朗肯循环系统.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102418622 A (43)申请公布日 2012.04.18 C N 1 0 2 4 1 8 6 2 2 A *CN102418622A* (21)申请号 201110290626.7 (22)申请日 2011.09.22 2010-213465 2010.09.24 JP F02G 5/02(2006.01) (71)申请人株式会社丰田自动织机 地址日本爱知县刈谷市 (72)发明人榎岛史修 井口雅夫 森英文 (74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人朱胜 李春晖 (54) 发明名称 朗肯循环系统 (57) 摘要 本发明公开了一种朗肯循

2、环系统，安装在车 辆上的朗肯循环系统包括朗肯循环回路、压力检 测器、温度检测器和控制器。朗肯循环回路包括流 体膨胀装置、流体传输装置、第一和第二通道、加 热器、冷却装置、旁路通道和节流阀。旁路通道连 接第一通道和第二通道，并且节流阀设置在旁路 通道内以打开和关闭旁路通道。控制器连接到节 流阀以控制节流阀的操作，并且连接到压力检测 器和温度检测器以分别从压力检测器和温度检测 器接收压力和温度的信号。控制器基于根据压力 和温度的信号计算出的工作流体的过热度，控制 节流阀的操作。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2

3、页 说明书 11 页 附图 4 页 CN 102418632 A 1/2页 2 1.一种安装在车辆上的朗肯循环系统(101，201)，包括： 工作流体流通经过的朗肯循环回路(100，200)，所述朗肯循环回路(100，200)包括： 流体膨胀装置(114)，使所述工作流体膨胀以产生功； 流体传输装置(111)，将所述工作流体传输到所述流体膨胀装置(114)； 第一通道(1)，将所述流体传输装置(111)连接到所述流体膨胀装置(114)； 第二通道(2)，将所述流体膨胀装置(114)连接到所述流体传输装置(111)； 加热器(112，113)，设置在所述第一通道(1)中以对所述工作流体进行加热；

4、 冷却装置(115)，设置在所述第二通道(2)中以冷却所述工作流体； 旁路通道(3)，将所述第一通道(1)连接到所述第二通道(2)；以及 节流阀(120，220)，设置在所述旁路通道(3)中以打开和关闭所述旁路通道(3)， 压力检测器(121，222)，设置在所述第一通道(1)中以检测所述工作流体的压力； 温度检测器(122，221)，设置在所述加热器(112，113)与所述流体膨胀装置(114)之间 的所述第一通道(1)中以检测所述工作流体的温度；以及 控制器(119，220)，连接到所述节流阀(120)以控制所述节流阀(120，220)的操作， 并且连接到所述压力检测器(121，222)和

5、所述温度检测器(122，221)以从所述压力检测 器(121，222)和所述温度检测器(122，221)接收压力和温度的信号，所述控制器(119)基 于根据所述压力和所述温度的信号计算出的所述工作流体的过热度(SH)，控制所述节流阀 (120，220)的操作。 2.根据权利要求1所述的朗肯循环系统(101)，其特征在于，当所述工作流体的过热度 (SH)低于过热度基准值(SHt)时，所述控制器(119)使所述节流阀(120)打开。 3.根据权利要求2所述的朗肯循环系统(101)，其特征在于，当所述工作流体的过热度 (SH)小于所述过热度基准值(SHt)时，所述控制器(119)以所述节流阀(120

6、)的开口随着 所述工作流体的过热度(SH)的减小而增大的这种方式进行控制，从而提高流过所述旁路 通道(3)的所述工作流体的流速。 4.根据权利要求1所述的朗肯循环系统(201)，其特征在于，所述压力检测器(222)是 将所述第一通道(1)连接到所述节流阀(120)的连通通道，所述温度检测器(221)是热敏 筒体，所述热敏筒体连接到所述节流阀(220)并且填充有在气液混合物相的、与在所述朗 肯循环回路(200)中流通的所述工作流体相同类型的热敏流体，并且所述节流阀(220)兼 任所述控制器，其中，所述控制器基于所述连通通道中的所述工作流体的压力与所述热敏 筒体内的所述热敏流体的压力之间的压力差、

7、根据所述工作流体的过热度(SH)而工作。 5.根据权利要求4所述的朗肯循环系统(201)，其特征在于，所述节流阀(220)被操作 以在所述压力差小于压力差基准值(Pdt)时打开。 6.根据权利要求5所述的朗肯循环系统(201)，其特征在于，当所述压力差小于第二基 准值(Pdt)时，所述节流阀(220)的开口随着所述工作流体的过热度(SH)的减小而增大， 从而提高流过所述旁路通道(3)的所述工作流体的流速。 7.根据权利要求4至6中任一项所述的朗肯循环系统(101，201)，其特征在于，所述节 流阀(220)包括： 设置在所述旁路通道(3)中的阀室(220C)，所述阀室(220C)包括： 阀座(

8、220D)； 权 利 要 求 书CN 102418622 A CN 102418632 A 2/2页 3 阀体(220A)，被配置成使得当所述阀体(220A)位于所述阀座(220D)上时关闭所述旁 路通道(3)，并且当所述阀体(220A)移动远离所述阀座(220D)时打开所述旁路通道(3)； 第一弹簧(220B1)，将所述阀体(220A)推向所述阀座(220D)，以使所述阀体(220A)位 于所述阀座(220D)上；以及 第二弹簧(220B2)，将所述阀体(220A)推离所述阀座(220D)， 压力室(220E)，包括： 第一压力室(220E1)； 第二压力室(220E2)；以及 隔板(220

9、F)，将所述压力室(220E)分隔成所述第一压力室(220E1)和所述第二压力室 (220E2)， 连接轴(220G)，延伸穿过所述阀室(220C)和所述压力室(220E)并且连接到所述阀体 (220A)和所述隔板(220F)，所述连接轴(220G)是由所述第二弹簧(220B2)推动的。 8.根据权利要求1所述的朗肯循环系统(101，201)，其特征在于，所述旁路通道(3)将 所述流体传输装置(111)与所述加热器(112，113)之间的所述第一通道(1)连接到所述第 二通道(2)。 9.根据权利要求1所述的朗肯循环系统(101，201)，其特征在于，所述旁路通道(3)将 所述第一通道(1)连

10、接到所述流体膨胀装置(114)与所述冷却装置(115)之间的所述第二 通道(2)。 10.根据权利要求1所述的朗肯循环系统(101，201)，其特征在于，所述旁路通道(3) 将所述加热器(112，113)与所述流体膨胀装置(114)之间的所述第一通道(1)连接到所述 第二通道(2)。 权 利 要 求 书CN 102418622 A CN 102418632 A 1/11页 4 朗肯循环系统 技术领域 0001 本发明涉及一种具有朗肯循环回路的朗肯循环系统。 背景技术 0002 已开发了如下的朗肯循环系统：其将从内燃机排出的热转换成用于电动发电机的 电力。朗肯循环回路具有：锅炉(加热器)，以恒压

11、对液体形式的工作流体加热，以产生过 热蒸汽；膨胀装置(流体膨胀装置)，以绝热方式使过热蒸汽膨胀，以产生电力；冷凝器(冷 却装置)，以恒压使膨胀的蒸汽冷却，以将蒸汽冷凝成液体；以及泵，将处于液体状态下的 工作流体输送到锅炉。膨胀装置使得工作流体膨胀，从而使用于将工作流体的膨胀能量转 换成转动电力的装置(诸如，涡轮机)的转子转动，并且转动电力被传输作为用于电力发电 机的电力。 0003 然而，当工作流体未能在锅炉内吸收足够的热时，在湿蒸汽状态(气液混合物状 态)下的工作流体流入膨胀装置中，或者工作流体的液体部分流回到膨胀装置中。在膨胀 装置中，工作流体的液体部分冲掉润滑油，通过与润滑油混合而减小润

12、滑油的黏度，或者通 过附着于涡轮机而腐蚀涡轮机。 0004 日本专利申请公布第8-68501号公开了一种汽水分离器(moisture separator)， 其产生湿蒸汽的漩涡以利用离心力从湿蒸汽中分离水分。汽水分离器具有湿蒸汽流过的圆 柱形管道以及布置在管道中且由多个定子叶片形成的喷嘴。汽水分离器还具有在管道中布 置在如在制冷剂的流动方向上看到的喷嘴下游的位置处的涡轮机、以及布置在涡轮机的下 游位置处并可与涡轮机一起转动的压缩机。流过管道的湿蒸汽经受喷嘴产生的旋流。涡轮 机加强旋流，从而利用离心力从湿蒸汽中分离液体部分。然后，压缩机压缩分离出的液体， 从而增加液体的干燥度和过热度。 0005

13、 然而，上述公布中具有管道以及都布置在管道中的喷嘴、涡轮机和压缩机的汽水 分离器的结构复杂，因此，制造成本高。 0006 本发明旨在提供一种具有简化结构的朗肯循环系统，以防止工作流体的液体部分 流回到朗肯循环系统中的流体膨胀装置。 发明内容 0007 根据本发明，一种安装在车辆上的朗肯循环系统包括朗肯循环回路、压力检测器、 温度检测器和控制器。工作流体流通经过的朗肯循环回路包括流体膨胀装置、流体传输装 置、第一通道、第二通道、加热器、冷却装置、旁路通道(bypass passage)和节流阀。流体膨 胀装置使工作流体膨胀以产生功。流体传输装置将工作流体传输到流体膨胀装置。第一通 道将流体传输装

14、置连接到流体膨胀装置。第二通道将流体膨胀装置连接到流体传输装置。 加热器设置在第一通道内以对工作流体进行加热。冷却装置设置在第二通道内以冷却工作 流体。旁路通道将第一通道连接到第二通道。节流阀设置在旁路通道内以打开和关闭旁路 通道。压力检测器设置在第一通道内以检测工作流体的压力。温度检测器设置在加热器与 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 2/11页 5 流体膨胀装置之间的第一通道内，以检测工作流体的温度。控制器连接到节流阀以控制节 流阀的操作，并且连接到压力检测器和温度检测器以从压力检测器和温度检测器接收压力 和温度的信号。控制器基于根据压力和温度的信号计算

15、出的、工作流体的过热度，控制节流 阀的操作。 0008 根据结合附图得到的、通过示例说明本发明的原理的以下描述，本发明的其他方 面和优点将变得明显。 附图说明 0009 通过参考目前优选的实施例的以下描述以及附图，本发明及其目的和优点将更好 理解，在附图中： 0010 图1是示出根据本发明的第一优选实施例的朗肯循环系统的示意图； 0011 图2是其数据存储在图1的朗肯循环系统的ECU中的制冷剂的p-h图； 0012 图3是示出根据本发明的第二优选实施例的朗肯循环系统的示意图；以及 0013 图4是示出图3的朗肯循环系统的节流阀的放大示意图。 具体实 施方式 0014 以下将参照图1和图2描述根

16、据本发明的第一优选实施例的朗肯循环系统。以下 描述将论述朗肯循环系统用于具有内燃机的车辆的示例。参照图1，附图标记10表示装配 有具有朗肯循环回路100的朗肯循环系统101的发动机。 0015 朗肯循环系统100具有泵111、冷却水锅炉112、废气锅炉113、膨胀装置114和冷 凝器115。制冷剂作为工作流体流过朗肯循环回路100。泵111用作本发明的流体传输装 置，冷却水锅炉112和废气锅炉113用作加热器，膨胀装置114用作流体膨胀装置，以及冷 凝器115用作冷却装置。 0016 泵111被操作以抽吸并传输流体，即，在本发明的第一优选实施例中为液体制冷 剂。泵111在其出口(未示出)处通过

17、通道1A连接到用作换热器的冷却水锅炉112，并且 泵111传输的制冷剂流过冷却水锅炉112。 0017 冷却水锅炉112连接到冷却水通道10A，在该冷却水通道中，连接了散热器20，并 且作为由来自发动机10的余热加热的流体的发动机冷却水流过该冷却水通道。在冷却水 锅炉112中，通过与发动机冷却水的热交换来加热制冷剂。通过泵(未示出)从发动机10 传输到冷却水通道10A的发动机冷却水流过冷却水锅炉112，在该冷却水锅炉中，通过与冷 却水锅炉112中的制冷剂的热交换来冷却发动机冷却水，然后，冷却后的发动机冷却水返 回到发动机10。同时，通过与冷却水锅炉112中的发动机冷却水的热交换来加热制冷剂。

18、0018 冷却水锅炉112在其出口处通过通道1B连接到用作换热器的废气锅炉113，并且 来自冷却水锅炉112的制冷剂流过废气锅炉113。废气锅炉113连接到旁路通道30A。旁 路通道30A是从排气系统30分支并且返回到该排气系统30的通道，其中，排气系统30从车 辆里排出作为由来自发动机10的余热加热的流体的废气。在废气锅炉113中，在制冷剂与 废气之间进行热交换。从发动机10排进排气系统30中的废气的一部分流进旁路通道30A， 并且接着流过废气锅炉113，在该废气锅炉113中，通过与废气锅炉113中的制冷剂的热交 换冷却废气。然后，冷却后的废气返回到排气系统30，并且从车辆里排出。同时，在废

19、气锅 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 3/11页 6 炉113中，通过与温度比发动机冷却水的温度高的废气的热交换来加热制冷剂。因而，制冷 剂的温度进一步升高。 0019 废气锅炉113在其出口处通过通道1C连接到膨胀装置114的入口，以使得在冷却 水锅炉112和废气锅炉113中加热的高温高压制冷剂流过膨胀装置114。膨胀装置114使 高温高压制冷剂膨胀，以使装置(诸如涡轮机)(未示出)的转子和膨胀装置114的驱动轴 114A转动，以使得转动的驱动力产生功。膨胀装置114通过驱动轴114A连接到可操作为电 力发电机的电动发电机116。 0020 电动发电机1

20、16通过泵111的驱动轴111A连接到泵111。在电动发电机116中， 泵111的驱动轴111A和膨胀装置114的驱动轴114A彼此连接，以使得其转动的驱动力传 送至彼此。电动发电机116电连接到可操作为逆变器或变流器的逆变器117，并且逆变器 117电连接到车辆电池118。 0021 因此，膨胀装置114进行驱动以使驱动轴114A转动，从而启动电动发电机116的 操作。因此，电动发电机116作为用于产生交流电力并且将交流电力提供给逆变器117的 电力发电机进行工作。在这种情况下，逆变器117起到将交流电力变换成直流电力并将直 流电力提供给车辆电池118的变流器的作用。直流电力储存在车辆电池1

21、18中，或者用直 流电力对车辆电池118充电。 0022 当逆变器117起逆变器的作用时，储存在车辆电池118中的直流电力被转换成交 流电力，并且交流电力被提供给电动发电机116。因而，电动发电机116可操作为电力发电 机。通道1A、1B和1C组成朗肯循环回路100的第一通道1。 0023 膨胀装置114在其出口(未示出)处通过通道2A连接到用作换热器的冷凝器115， 并且从膨胀装置114流出的制冷剂流过冷凝器115。在冷凝器115中，在流过其的制冷剂与 周围空气之间进行热交换。通过与周围空气的热交换来冷却冷凝器115中的制冷剂，从而 使其冷凝。冷凝器115在其出口处通过通道2B连接到泵111

22、的入口(未示出)。从冷凝器 115流出的液体制冷剂被抽进泵111中，并且泵111再次将制冷剂传输到冷却水锅炉112。 因此，制冷剂在朗肯循环回路100中循环。通道2A和2B组成朗肯循环回路100的第二通 道2。 0024 朗肯循环回路100具有将第一通道1连接到第二通道2的旁路通道3。根据本发 明的第一优选实施例，旁路通道3的一端连接到第一通道1的通道1A，并且旁路通道3的另 一端连接到第二通道2的通道2A。由电磁阀组成的节流阀120设置在旁路通道3中，以打 开和关闭旁路通道3并且控制旁路通道3的流道区域。 0025 朗肯循环系统101具有在第一通道1的通道1C中布置在邻近于膨胀装置114的

23、位置处的压力传感器121和温度传感器122。压力传感器121和温度传感器122分别在刚 好在制冷剂流进膨胀装置114前的位置处检测流过通道1C的制冷剂的压力和温度。由于 制冷剂在第一通道1中在第一通道1与旁路通道3之间的连接点的下游的压力变化小，因 此，压力传感器121可布置在第一通道1中第一通道1与旁路通道3之间的连接的下游的 任何位置。例如，压力传感器121可布置在通道1C中通道1A与旁路通道3之间的连接的 下游的位置处、或者布置在通道1B中。压力传感器121用作压力检测器，并且温度传感器 122用作本发明的温度检测器。 0026 ECU 119电连接到节流阀120并且还电连接到逆变器11

24、7，以分别控制节流阀120 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 4/11页 7 和逆变器117的操作。ECU 119还电连接到压力传感器121和温度传感器122，以分别从压 力传感器121和温度传感器122接收压力传感器121和温度传感器122检测到的制冷剂的 压力数据和温度数据。 0027 以下将描述根据本发明的第一优选实施例的朗肯循环系统101的操作。参照图1， 在发动机10的操作期间，通过泵(未示出)传输发动机10中的发动机冷却水，以在连接发 动机10和冷却水锅炉112的冷却水通道10A中流通。然后，在冷却水锅炉112中的发动机 冷却水与在朗肯循环回路1

25、00中流通的制冷剂之间进行热交换。同时，废气从发动机10被 排出到排气系统30中，并且排气系统30中的废气的一部分流过旁路通道30A并接着返回 到排气系统30，以从车辆排出，其中，废气流过排气系统30。因而，在废气锅炉113中，在旁 路通道30A中流动的废气与在朗肯循环回路100中流通的制冷剂之间进行热交换。 0028 当从发动机10排出的废气的温度升高到高于预定温度水平，并且发动机冷却水 的温度也升高到高于另一预定温度水平时，启动朗肯循环回路100。此时，ECU 119启动逆 变器117以如逆变器一样进行工作，以使得来自车辆电池118的直流电力被转换成交流电 力以提供给电力发电机116，并且

26、电动发电机116如电力发电机那样工作。 0029 电动发电机116进行驱动以使分别用于驱动泵111和膨胀装置114的驱动轴111A 和驱动轴114A转动。此时，旁路通道3中的节流阀120关闭。由电动发电机116驱动的泵 111以恒定温度压缩液体制冷剂，并且将压缩后的制冷剂传输到冷却水锅炉112。同时，由 电动发电机116驱动的膨胀装置114使涡轮机(未示出)的转子转动，从而将制冷剂从通 道1C传输到通道2A。 0030 由泵111传输的低温液体制冷剂通过通道1A流到冷却水锅炉112。在冷却水锅炉 112中，通过与在冷却水锅炉112中流通的发动机冷却水的热交换而以恒压加热制冷剂，从 而使制冷剂蒸

27、发。结果，制冷剂变为具有高压和较高温度的气液混合物。 0031 气液制冷剂从冷却水锅炉112流出，并且接着通过通道1B进入废气锅炉113中。 在废气锅炉113中，通过与流过废气锅炉113并且温度高于发动机冷却水的温度的废气的 热交换而以恒压加热制冷剂，从而使制冷剂蒸发。结果，制冷剂变成具有高温和高压的过热 蒸汽。 0032 过热蒸汽制冷剂从废气锅炉113流出并且通过通道1C，接着进入膨胀装置114。在 膨胀装置114中，以绝热方式使高温高压过热蒸汽制冷剂膨胀，并且将制冷剂在降低其压 力时的膨胀能量转换成作为可再生能量的转动能量。在膨胀装置114中，由电动发电机116 驱动以转动的转子(未示出)

28、接收上述转动能量产生的其他转动驱动力，并且转动驱动力 通过驱动轴114A被传送到电动发电机116和驱动轴111A。ECU 119将逆变器117作为逆 变器的操作切换为作为变流器的操作，以使得停止从车辆电池118到电动发电机116的供 电。通过驱动轴114A和驱动轴111A、利用从膨胀装置114传输的转动驱动力驱动泵111， 并且通过驱动轴114A、利用从膨胀装置114传输的转动驱动力驱动电动发动机116作为电 力发电机，以产生交流电力。逆变器117将电动发电机116产生的交流电力转换成直流电 力，并且以直流电力对车辆电池118充电。 0033 流过膨胀装置114的制冷剂从该膨胀装置114中作为

29、高温低压制冷剂排出，并且 通过通道2A流进冷凝器115中。在冷凝器115中，通过与冷凝器115附近的周围空气的热 交换而以恒压冷却制冷剂，从而使其冷凝成液体。液体制冷剂通过通道2B流进泵111中， 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 5/11页 8 并且接着从泵111流出。因而，制冷剂在朗肯循环回路100中流通。 0034 在朗肯循环回路100的工作期间，ECU 119不断地接收分别由压力传感器121和 温度传感器122检测到的制冷剂的压力数据和温度数据。图2中的p-h图(莫里尔图)的 数据预先存储在ECU 119中或者在ECU 119中计算出。ECU 119

30、基于所存储或所计算出的 数据、以及分别从压力传感器121和温度传感器122接收到的制冷剂的压力和温度的数据， 计算制冷剂的过热度，并且基于所计算出的制冷剂的过热度控制节流阀120的操作。 0035 以下将详细地描述图2的p-h图。p-h图示出笛卡尔坐标系的图，其中，纵轴表示 制冷剂的压力，以及横轴表示制冷剂的焓。由参考符号SL表示的区域表示制冷剂处于过冷 液相的过冷液体区域，由参考符号WS表示的区域表示制冷剂处于湿蒸汽相的湿蒸汽区域， 以及由参考符号SS表示的区域表示制冷剂处于过热蒸汽相的过热蒸汽区域。作为过冷液 体区域SL与湿蒸汽区域WS之间的边界的饱和液体线由实线A表示，其中，该饱和液体线

31、的 临界点K在实线A的顶点处，并且作为湿蒸汽区域WS与过热蒸汽区域SS之间的边界的饱 和蒸汽线由虚线B表示，其中，该饱和蒸汽线的临界点K在虚线B的顶点处。 0036 ECU 119预先存储过冷液体区域SL、湿蒸汽区域WS、过热蒸汽区域SS、饱和液体线 A、干饱和蒸汽线B和包括各温度的等温线(未示出)或者被配置为计算数据的等温线TL 的数据。从压力传感器121接收到表示制冷剂的压力P的信号后，ECU 119计算干饱和蒸汽 线B上与压力P对应的点Bp的坐标，并且从等温线TL中选择经过点Bp的等温线TLp。然 后，ECU 119确定在所选等温线TLp上的干饱和蒸汽温度Tp是制冷剂在点Bp处的温度、或

32、 者制冷剂在压力P处的干饱和蒸汽温度。ECU 119还根据所计算出的干饱和蒸汽温度Tp与 从温度传感器122接收到的温度T之间的温度差以及压力P计算过热度SH，如SHT-Tp 表示。 0037 然后，ECU 119将过热度SH与过热度的基准值SHt(例如，在该优选实施例中为3 开尔文)进行比较。基准值SHt用作本发明的过热度基准值。当过热度SH高于基准值SHt 时，ECU 119确定通道1C中的制冷剂处于足以使制冷剂成为过热蒸汽或者制冷剂的干燥度 足够的状态下，并且进行控制以使节流阀120保持关闭。另一方面，当过热度SH低于基准 值SHt时，ECU 119确定通道1C中的制冷剂处于不足以使制冷

33、剂成为过热水汽或者制冷剂 的干燥度不足够的状态下，并且接着进行控制以使节流阀120打开。 0038 过热度和干燥度彼此相关。具体地，当过热度为零或者以上时，干燥度是为其最大 水平的干燥度，并且当过热度小于零时，干燥度大于或等于零且小于一。因而，干燥度随着 过热度的减小而减小。当干燥度为一时，制冷剂处于过热蒸汽相或者干饱和蒸汽相，当干燥 度为零时，制冷剂处于过冷液相或者饱和液相，并且当干燥度大于零且小于一时，制冷剂处 于湿蒸汽相。因而，基于所计算出的制冷剂过热度对节流阀120的操作的控制与基于干燥 度对节流阀120的操作的控制基本相同。 0039 返回到图1，当节流阀120打开时，从泵111输送

34、到通道1A中的高压制冷剂的一部 分通过旁路通道3流到通道2A，其中，刚好在经膨胀装置114减压后的低压制冷剂流过通道 2A。流过旁路通道3的制冷剂与流过通道1A、1B和1C的制冷剂在通道2A处合并，并且接 着与来自通道1A、1B和1C的制冷剂一起流进冷凝器115中。 0040 流过通道1B和1C的制冷剂的流速降低，因此，通道1C中在膨胀装置114的上游 的制冷剂的压力也降低。由冷却水锅炉112和废气锅炉113加热的制冷剂的流速降低，因 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 6/11页 9 此，流过膨胀装置114的制冷剂的温度升高。由压力传感器121检测到的压力降

35、低，并且由 温度传感器122检测到的温度升高。膨胀装置114的入口与出口之间的压力差减小，因此， 膨胀装置114上的负荷降低。节流阀120的开口增大，从而增大了旁路通道3的流道区域， 以使得流过旁路通道3的制冷剂的流速增大。因而，由压力传感器121检测到的压力的降 低量增加，并且温度传感器122检测到的温度的升高量增加。 0041 返回到图2，P1描绘了由压力传感器121检测到的第一压力，以及T1描绘了由温 度传感器122检测到的第一温度，并且当节流阀120关闭时，ECU 119基于第一压力P1和 第一温度T1计算第一过热度SH1。在图2的p-h图上的点P1T1处的压力和温度分别对应 于第一压

36、力P1和第一温度T1。然后，从等温线TL中选择经过位于干饱和蒸汽线B上并具 有第一压力P1的点Bp1的等温线TLp1，ECU 119计算干饱和蒸汽温度Tp1，并且根据该干 饱和蒸汽温度Tp1计算第一过热度SH1，即SH1T1-Tp1。当第一过热度SH1小于基准值 SHt时，ECU 119使节流阀120以与第一过热度SH1对应或与基准值SHt和第一过热度SH1 之间的差对应的开度打开。即，第一过热度SH1越小，节流阀120的开口越大。 0042 结果，压力传感器121检测到的压力从第一压力P1降低到第二压力P2，并且由温 度传感器122检测到的温度从第一温度T1升高到第二温度T2。在图2的p-h

37、图上的点 P2T2处的压力和温度分别对应于第二压力P2和第二温度T2。 0043 从等温线TL中选择经过位于干饱和蒸汽线B上并具有第二压力P2的点Bp2的 等温线TLp2，ECU 119计算干饱和蒸汽温度Tp2，并且根据该干饱和蒸汽温度Tp2计算第二 过热度SH2，即SH2T2-Tp2。干饱和蒸汽温度Tp2低于干饱和蒸汽温度Tp1，或者等温线 TLp2的温度低于等温线TLp1的温度。第二过热度SH2与图2的p-h图上的点P2T2与点 Bp2之间的距离相关，并且第一过热度SH1与p-h图上的点P1T1与点Bp1之间的距离相关。 因而，第二过热度SH2大于第一过热度SH1。如图2的p-h图所示，即

38、使当制冷剂的温度处 于恒定水平并且制冷剂的压力降低时以及当制冷剂的压力处于恒定水平并且制冷剂的温 度升高时，制冷剂的过热度也会增加。根据本发明的第一优选实施例，过热度的增加量随着 制冷剂压力的降低和制冷剂温度的升高而增大，以使得利于过热度的控制。 0044 ECU 119将第二过热度SH2与基准值SHt进行比较，并且当第二过热度SH2大于基 准值SHt时，维持节流阀120的开口。另一方面，当第二过热度SH2小于基准值SHt时，ECU 119以增大节流阀120的开口的这种方式进行控制，以使得流过旁路通道3的制冷剂的流速 增大。 0045 然后，当所计算出的过热度高于基准值SHt时，维持节流阀12

39、0的开口，并且当所 计算出的过热度低于基准值SHt时，进一步增大节流阀120的开口。ECU 119使节流阀120 重复上述调节，直到过热度变得高于基准值SHt。ECU 119重复计算过热度，同时维持节流 阀120的开口。另外，ECU 119以保持过热度高于基准值SHt的这种方式控制节流阀120的 操作。 0046 因此，ECU 119控制节流阀120的开口，以使根据分别从压力传感器121和温度传 感器122接收到的制冷剂压力以及温度计算出的制冷剂的过热度高于基准值SHt。 0047 即使维持节流阀120的开口不变，制冷剂的过热度也可能由于车辆的任何工作条 件而改变，从而过热度可能相对于基准值S

40、Ht变得极其大。因此，节流阀120的开口变得极 其大，并且流过膨胀装置114的制冷剂的流速变得极其小，因此，膨胀装置114的入口与出 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 7/11页 10 口之间的压力差变得极其小，并且再生能量变得极其小。为了减少再生能量的这种降低，可 设置过热度的任意适当的上限SHmax。 0048 在这种情况下，ECU 119可操作用于在所计算出的过热度变得大于上限SHmax时 减小节流阀120的开口，从而减小流过旁路通道3的制冷剂的流速并增大流过通道1C的制 冷剂的流速。当在减小节流阀120的开口后所计算出的过热度大于上限SHmax时，调

41、节节 流阀120，以进一步减小其开口。当所计算出的过热度变得低于上限SHmax时，维持节流阀 120的开口。ECU 119使节流阀120重复执行上述调节，直到过热度变得小于上限SHmax。 ECU 119在维持节流阀120的开度的同时适当地计算制冷剂的过热度，并且控制节流阀120 的开口，以使过热度维持为小于上限SHmax。 0049 如上所述，根据本发明的第一优选实施例的朗肯循环系统101包括制冷剂流过 的朗肯循环回路100，并且朗肯循环回路100具有允许制冷剂膨胀从而产生功的膨胀装置 114、将制冷剂传输到膨胀装置114的泵111、将泵111连接到膨胀装置114的第一通道1、 将膨胀装置1

42、14连接到泵111的第二通道2、设置在第一通道1中用于加热制冷剂的冷却 水锅炉112和废气锅炉113、设置第二通道2中用于冷却制冷剂的冷凝器115、将第一通道 1连接到第二通道2的旁路通道3、以及设置在旁路通道3中用于打开和关闭旁路通道3的 节流阀120。朗肯循环系统101具有布置在第一通道1中用于检测制冷剂的压力的压力传 感器121、布置在废气锅炉113与膨胀装置114之间的第一通道1中用于检测制冷剂的温度 的温度传感器122、以及ECU 119，该ECU 119与节流阀120连接以控制节流阀120的操作， 并且与压力传感器121和温度传感器122连接以从其接收分别由压力传感器121和温度传

43、 感器122检测到的压力和温度的信号。ECU 119基于根据压力和温度的上述信号计算出的 过热度控制节流阀120的操作。旁路通道3将在泵111与冷却水锅炉112之间延伸的第一 通道1连接到第二通道2。 0050 在朗肯循环系统101中，当节流阀120打开时，制冷剂流过旁路通道3，以使得流 进膨胀装置114中的制冷剂的流速减小。因而，由压力传感器121检测到的、流进膨胀装置 114中的制冷剂的压力减小。通过冷却水锅炉112和废气锅炉113流到膨胀装置114的制 冷剂的流速减小，以使得由温度传感器122检测到的、流进膨胀装置114中的制冷剂的温度 增大。由于流过膨胀装置114的制冷剂处于水汽相，因

44、此，可通过减小制冷剂的压力以及/ 或者升高制冷剂的温度来增大制冷剂的过热度。调节节流阀120的开口以控制流过膨胀装 置114的制冷剂的压力和温度并因此控制制冷剂的过热度，可将制冷剂维持在过热蒸汽相 或者在干饱和蒸汽相，以使得防止液体制冷剂流回到膨胀装置114。可仅通过设置旁路通道 3和节流阀120来防止液体制冷剂流回到膨胀装置114。因而，可简化防止液体制冷剂倒流 进膨胀装置114中的朗肯循环系统101的结构。压力传感器121和温度传感器122可布置 在可检测到流进膨胀装置114中的制冷剂的压力和温度的位置处，优选地，布置在邻近于 膨胀装置114的入口的位置处。 0051 当根据所监控的制冷剂

45、的压力和温度计算出的制冷剂过热度低于基准值SHt时， ECU 119使得节流阀120打开。当基准值SHt被设置为大于零时，过热度为基准值SHt的 制冷剂处于仍然在干饱和蒸汽相的过热蒸汽相。进行控制以使得制冷剂的过热度大于基准 值SHt，可将制冷剂稳定地维持在过热水汽相。这可预先防止制冷剂的干燥度小于一或者制 冷剂的过热度小于零。与在干饱和蒸汽相或在过热蒸汽相的制冷剂的干燥度为一的情况相 说 明 书CN 102418622 A CN 102418632 A 8/11页 11 比，可以通过如下操作来确保液体制冷剂的流回安全：通过为用与制冷剂的干饱和水汽相 和过热水汽相的各个相对应的数字表示的过热度

46、引入阈值，控制制冷剂的相。 0052 在朗肯循环系统101中，当制冷剂的过热度小于基准值SHt时，ECU119以节流阀 120的开口随着制冷剂的过热度的减小而增大的这种方式进行控制，从而增大流过旁路通 道3的制冷剂的流速。因而，ECU 119控制朗肯循环系统101，以使得所计算出的制冷剂过 热度越小，制冷剂的压力降低得越多，并且制冷剂的温度升高得越多，从而有效地将制冷剂 的过热度增大到大于基准值SHt。 0053 在朗肯循环系统101的朗肯循环回路100中，旁路通道3将在泵111与冷却水锅 炉112之间的第一通道1连接到第二通道2。由于允许流过旁路通道3的制冷剂之前被加 热并且因此具有高浓度，

47、所以即使当旁路通道3以小直径形成并且使得节流阀120较小时， 也可适当地确保制冷剂在旁路通道3中的流速。也就是说，旁路通道3和节流阀120可形成 为较小。由于使得由冷却水锅炉112和废气锅炉113加热的全部制冷剂流过膨胀装置114， 因此，可有效地利用从冷却水锅炉112和废气锅炉113接收到的热能，以转换成制冷剂在膨 胀装置114中的膨胀能量，而不会浪费。因而，可在朗肯循环系统101中有效地利用从冷却 水锅炉112和废气锅炉113接收到的热。 0054 在朗肯循环系统101的朗肯循环回路100中，旁路通道3将第一通道1连接到膨 胀装置114与冷凝器115之间的第二通道2。因而，第二通道2中的全

48、部制冷剂流过冷凝器 115以进行冷却。这可降低传输到泵111中的过冷制冷剂的缺乏，因此，可防止泵111空化 (cavitation)。 0055 以下将描述根据本发明第二优选实施例的朗肯循环系统201。第二优选实施例不 同于第一优选实施例之处在于，替代节流阀120，节流阀布置在旁路通道3中。以下描述将 相同的附图标记用于第一和第二实施例中共同的元件或部件，并且将省略这样的元件或部 件的描述。 0056 返回到图3，第二实施例的朗肯循环系统201具有朗肯循环回路200，该朗肯循环 回路200具有上述的旁路通道3中的节流阀220和在通道1C中布置在邻近于膨胀装置114 的位置处的热敏筒体(temp

49、erature sensitive cylinder)221。节流阀220可操作用于在 连接到通道1A的通道3A与连接到通道2A的通道3B之间连接以及断开，以调节通道3A与 通道3B之间的流道区域。 0057 图4详细地示出了节流阀220的结构。节流阀220具有形成在其中的、将旁路通 道3的通道3A连接到通道3B的阀室220C。节流阀220在阀室220C中还具有阀座220D、 以及布置在阀座220D的通道3A侧的阀体220A、用于将阀体220A推向阀座220D的第一弹 簧220B1以及用于将阀体220A推离阀座220D的第二弹簧220B2。节流阀220在其中还具 有连接轴220G，该连接轴220G沿第一弹簧220B1的推动方向延伸并且在其一端连接到阀体 220A并且在其另一端连接到隔板220F。第二弹簧220B2利用阀体220A推动连接轴220G。 0058 如从图4认识到，当阀体220A位于阀座220D上时，阻断通道3A与通道3B之间的 流体连通或者旁路通道3关闭，并且当阀体220A移动远离阀座220D时，通道3A与通道3B 连通或者旁路通道3打