朗肯循环系统及降压控制方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种朗肯循环系统及降压控制方法。


背景技术：

2.朗肯循环系统试验过程中，冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得整个管路中存有少量气态工质，该部分气态工质进入储液罐，导致罐内压力升高，从而造成膨胀机排气不畅，大大降低膨胀机做功功率，降低系统效率。
3.目前，为了稳定系统压力，采用的技术手段是：储液罐与外部的一定压力的压缩空气或者氮气相连通，以实时通入或输出压缩空气或者氮气，也就是系统运行过程中储液罐需要一直与一定压力的压缩空气或者氮气连接，以此来平衡储液罐内压力，达到稳压的作用。
4.然而，利用压缩空气或者氮气来平衡储液罐压力的手段，需要实时通入或输出压缩空气或者氮气，对于系统运行现场有一定要求，要求必须有一定压力的压缩空气或者氮气，在没有压缩空气或者氮气的情况下，系统将无法处于正常压力或者预设压力将不能得到保证。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种朗肯循环系统及降压控制方法，以解决现有技术中的由于朗肯循环系统的冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得气态工质进入储液罐，从而导致储液罐内压力升高的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种朗肯循环系统，包括循环管路、储液罐、蒸发器、膨胀机和冷凝器，储液罐、蒸发器、膨胀机和冷凝器依次设置在循环管路上，朗肯循环系统还包括：射流器，具有流入口、流出口和吸入口，流入口与循环管路的第一连通口相连通，第一连通口位于膨胀机的进口和储液罐的出口之间；流出口与循环管路的第二连通口相连通，第二连通口位于膨胀机的出口和冷凝器的进口之间；吸入口与储液罐的出气口相连通。
7.进一步地，朗肯循环系统还包括：第一连接管，第一连接管的第一端与第一连通口相连通，第一连接管的第二端与流入口相连通；控制阀，设置在第一连接管上。
8.进一步地，朗肯循环系统还包括：第二连接管，第二连接管的第一端与流出口相连通，第二连接管的第二端与第二连通口相连通；第一单向阀，设置在第二连接管上，以使流体由第二连接管第一端流至第二端。
9.进一步地，朗肯循环系统还包括：第三连接管，第三连接管的第一端与出气口相连通，第三连接管的第二端与吸入口相连通；第二单向阀，设置在第三连接管上，以使气体由第三连接管第一端流至第二端。
10.进一步地，朗肯循环系统还包括：泵体，设置在循环管路上且位于储液罐和蒸发器之间；其中，第一连通口位于泵体和蒸发器之间；或者，第一连通口位于蒸发器和膨胀机之
间。
11.进一步地，朗肯循环系统还包括：压力传感器，设置在储液罐上，以检测储液罐内的压力值。
12.进一步地，储液罐的进口位于储液罐的顶部，出气口设置在储液罐的侧壁上且位于侧壁的顶部。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种降压控制方法，适用于上述的朗肯循环系统，降压控制方法包括：获取储液罐内的压力值；判断压力值与压力阈值p之间的大小关系，当压力值大于压力阈值p时，控制射流器运行；当压力值小于或等于压力阈值p时，控制射流器停止运行。
14.进一步地，降压控制方法适用于上述的朗肯循环系统，当压力值大于压力阈值p时，控制射流器运行；当压力值小于或等于压力阈值p时，控制射流器停止运行的方法，包括：当压力值大于压力阈值p时，开启控制阀；当压力值小于或等于压力阈值p时，关闭控制阀。
15.进一步地，降压控制方法还包括：计算压力值与压力阈值p之间的压差值δp；根据压差值δp与压力阈值p之间的比值调节控制阀的开度；其中，控制阀的开度与压差值δp与压力阈值p之间的比值呈正相关。
16.应用本发明的技术方案，朗肯循环系统包括循环管路、储液罐、蒸发器、膨胀机、冷凝器和射流器，射流器具有流入口、流出口和吸入口，流入口与循环管路的第一连通口相连通，流出口与循环管路的第二连通口相连通，吸入口与储液罐的出气口相连通。高压工质依次流经第一连通口和流入口进入射流器，在射流器内形成负压，负压作用使得储液罐中的气态工质依次流经出气口和吸入口被吸入射流器，此时气态工质与高压工质在射流器中混合后依次流经流出口、第二连通口和冷凝器的进口流入冷凝器，混合后的工质在冷凝器中进行换热冷却后进入储液罐。通过射流器将储液罐中的气态工质吸出进而降低储液罐内的压力，同时气态工质流出射流器后加入整个循环，避免工质外排造成浪费，从而解决了现有技术中的由于朗肯循环系统的冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得气态工质进入储液罐，从而导致储液罐内压力升高的问题，进而避免膨胀机的做功功率和朗肯循环系统的效率降低，降低成本，避免污染环境，节约停机放气时间，减少用户的劳动强度。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本发明的朗肯循环系统的一个实施例(第一连通口位于泵体和蒸发器之间)的示意图；
19.图2示出了根据本发明的朗肯循环系统的另一个实施例(第一连通口位于蒸发器和膨胀机之间)的示意图；
20.图3示出了根据本发明的朗肯循环系统的降压控制方法的流程图。
21.其中，上述附图包括以下附图标记：
22.10、循环管路；20、储液罐；21、出气口；30、蒸发器；40、膨胀机；50、冷凝器；60、射流器；61、流入口；62、流出口；63、吸入口；70、第一连接管；80、控制阀；90、第二连接管；100、第
一单向阀；110、第三连接管；120、第二单向阀；130、泵体；140、压力传感器。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
26.本发明提供了一种朗肯循环系统，请参考图1和图2，包括循环管路10、储液罐20、蒸发器30、膨胀机40和冷凝器50，储液罐20、蒸发器30、膨胀机40和冷凝器50依次设置在循环管路10上，朗肯循环系统还包括：射流器60，有流入口61、流出口62和吸入口63，流入口61与循环管路10的第一连通口相连通，第一连通口位于膨胀机40的进口和储液罐20的出口之间；流出口62与循环管路10的第二连通口相连通，第二连通口位于膨胀机40的出口和冷凝器50的进口之间；吸入口63与储液罐20的出气口21相连通。
27.本发明的朗肯循环系统包括循环管路10、储液罐20、蒸发器30、膨胀机40、冷凝器50和射流器60，射流器60具有流入口61、流出口62和吸入口63，流入口61与循环管路10的第一连通口相连通，流出口62与循环管路10的第二连通口相连通，吸入口63与储液罐20的出气口21相连通。高压工质依次流经第一连通口和流入口61进入射流器60，在射流器60内形成负压，负压作用使得储液罐20中的气态工质依次流经出气口21和吸入口63被吸入射流器60，此时气态工质与高压工质在射流器60中混合后依次流经流出口62、第二连通口和冷凝器50的进口流入冷凝器50，混合后的工质在冷凝器50中进行换热冷却后进入储液罐20。通过射流器60将储液罐20中的气态工质吸出进而降低储液罐20内的压力，气态工质再次进入冷凝器50中进行换热冷凝为液体，同时气态工质流出射流器60后加入整个循环，避免工质外排造成浪费，从而解决了现有技术中的由于朗肯循环系统的冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得气态工质进入储液罐，从而导致储液罐内压力升高的问题，进而避免膨胀机的做功功率和朗肯循环系统的效率降低，降低成本，避免污染环境，节约停机放气时间，减少用户的劳动强度。
28.具体地，在朗肯循环系统中，工质依次流经储液罐20、蒸发器30、膨胀机40和冷凝器50后回到储液罐20，完成整个循环；射流器60还包括喷嘴、吸入室和扩压管，流入口61、流出口62和吸入口63均与吸入室相连通，高压工质依次流入流入口61和喷嘴后进入吸入室，在吸入室内形成真空，使得储液罐20中的低压气态工质从吸入口63被吸入，气态工质与高压工质在吸入室中进行混合后依次流经扩压管和流出口62流出射流器60；本发明采用射流器60替代体积较大的稳压装置，调节储液罐20内压力，保证储液罐20内压力稳定，使得朗肯循环系统集成度更高。
29.具体地，朗肯循环系统主要组成部分包括蒸发器30、膨胀机40、冷凝器50、储液罐
20及相应的管路连接。同时系统中可以根据需求安装有一定数量的温度传感器、压力传感器、流量计、膨胀机转速传感器、振动传感器等传感器，以及一定数量的电动阀、手动阀、过滤器，以及根据需要设置相应的膨胀机旁通支路等。系统可使用包括r245fa、r1233zd、r1234yf等在内的有机制冷剂作为循环工质，也可以使用烷类如环戊烷作为循环工质，但不局限于这些工质。一般情况下，朗肯循环系统是一个独立的密封系统，不存在工质对外的流动。
30.在本实施例中，朗肯循环系统还包括：第一连接管70，第一连接管70的第一端与第一连通口相连通，第一连接管70的第二端与流入口61相连通；控制阀80，设置在第一连接管70上。
31.具体地，高压工质流经第一连通口流入第一连接管70，从第一连接管70流出后从流入口61进入射流器60；控制阀80的开闭可以控制第一连接管70的通断，且控制阀80的开度可调节地设置，使得用户可以根据储液罐20内的压力灵活调节流入射流器60的高压工质的流量，进而调节射流器60吸入储液罐20中的气态工质的流量。
32.可选地，控制阀80为电动阀。
33.在本实施例中，朗肯循环系统还包括：第二连接管90，第二连接管90的第一端与流出口62相连通，第二连接管90的第二端与第二连通口相连通；第一单向阀100，设置在第二连接管90上，以使流体由第二连接管90第一端流至第二端。
34.具体地，混合工质从流出口62进入第二连接管90，从第二连接管90流经第二连通口和冷凝器50的进口流入冷凝器50；第一单向阀100可以保证工质只能由第二连接管90第一端流至第二端，即避免工质从冷凝器50反向流入射流器60，影响系统循环。
35.在本实施例中，朗肯循环系统还包括：第三连接管110，第三连接管110的第一端与出气口21相连通，第三连接管110的第二端与吸入口63相连通；第二单向阀120，设置在第三连接管110上，以使气体由第三连接管110第一端流至第二端。
36.具体地，气态工质从出气口21进入第三连接管110，从第三连接管110流经吸入口63进入射流器60；第二单向阀120可以保证气态工质只能由第三连接管110第一端流至第二端，即避免气态工质从射流器60反向流入储液罐20，导致储液罐20的压力增大。
37.具体地，为了防止工质泄漏，第一连通口与第一连接管70之间，第二连通口与第二连接管90之间，出气口21与第三连接管110之间均设置有密封结构，比如o型橡胶密封圈。
38.在本实施例中，朗肯循环系统还包括：泵体130，设置在循环管路10上且位于储液罐20和蒸发器30之间；其中，第一连通口位于泵体130和蒸发器30之间。
39.具体地，泵体130用于对储液罐20流出的工质进行加压，使得流入射流器60的工质为高压工质，同时由于第二连通口的压力较小，有利于高压工质顺利流入射流器60，进而保证高压工质可以在射流器60内形成负压，使得射流器60可以顺利将储液罐20内的气态工质吸出。
40.在另一个实施例中，第一连通口位于蒸发器30和膨胀机40之间，储液罐20流出的工质经由蒸发器30进行加热，泵体130进行加压后变成高温高压的工质，高温高压的工质流入射流器60后使得储液罐20内的气态工质被顺利吸出。
41.在本实施例中，朗肯循环系统还包括：压力传感器140，设置在储液罐20上，以检测储液罐20内的压力值。
42.具体地，压力传感器140用于检测储液罐20内的压力值，使得用户可以根据储液罐20内的压力灵活调节流入射流器60的高压工质的流量，进而调节射流器60吸入储液罐20中的气态工质的流量，进而精准调节储液罐20内的压力。
43.在本实施例中，储液罐20的进口位于储液罐20的顶部，出气口21设置在储液罐20的侧壁上且位于侧壁的顶部。
44.具体地，气态工质由于重量较轻会上浮到储液罐20的顶部，出气口21设置在储液罐20的侧壁上且位于侧壁的顶部，有助于射流器60将气态工质吸出。此外，储液罐20的进口和出气口21间隔设置，一个设置在储液罐20的顶部，另一个设置在储液罐20的侧壁，避免出气口21吸入储液罐20的进口流入的工质。
45.具体实施时，由于朗肯循环系统运行过程中，冷凝后气态工质较少，从而流量也较小，因此本发明中的第一连接管70、第二连接管90、第三连接管110所用的管路都采用小口径管就可以实现，即直径小于8mm的管路，这样的设置方便进行管路改造，且容易实现。
46.具体地，第一连接管70、第二连接管90、第三连接管110三者与循环管路10的连接处均设置有密封结构，这样的设置避免流体泄漏。可选地，密封结构为橡胶圈。
47.具体地，朗肯循环系统用于发动机或柴油机的排气的余热回收。
48.本发明还提供了一种降压控制方法，请参考图3，适用于上述实施例中的朗肯循环系统，降压控制方法包括：
49.步骤s100，获取储液罐20内的压力值；
50.步骤s200，判断压力值与压力阈值p之间的大小关系，当压力值大于压力阈值p时，控制射流器60运行；当压力值小于或等于压力阈值p时，控制射流器60停止运行。
51.本发明的降压控制方法包括：利用压力传感器140获取储液罐20内的压力值，用户判断压力值与压力阈值p之间的大小关系，当压力值大于压力阈值p时，控制射流器60运行，射流器60吸入储液罐20中的气态工质，进而调节储液罐20内的压力；当压力值小于或等于压力阈值p时，控制射流器60停止运行。
52.在本实施例中，当压力值大于压力阈值p时，控制射流器60运行；当压力值小于或等于压力阈值p时，控制射流器60停止运行的方法，包括：当压力值大于压力阈值p时，开启控制阀80；当压力值小于或等于压力阈值p时，关闭控制阀80。
53.具体实施时，当压力值大于压力阈值p时，开启控制阀80，控制射流器60运行，第一连接管70连通，高压工质流经第一连通口流入第一连接管70，从第一连接管70流出后从流入口61进入射流器60，高压工质在射流器60内形成负压，使得射流器60可以顺利将储液罐20内的气态工质吸出，而调节储液罐20内的压力；当压力值小于或等于压力阈值p时，关闭控制阀80，控制射流器60停止运行，第一连接管70断开。
54.在本实施例中，降压控制方法还包括：计算压力值与压力阈值p之间的压差值δp；根据压差值δp与压力阈值p之间的比值调节控制阀80的开度；其中，控制阀80的开度与压差值δp与压力阈值p之间的比值呈正相关。这样的设置能够精准的调控储液罐内的压力值。
55.具体实施时，控制阀80的开度系数为k，控制阀80的开度等于k*δp/p，通过调整开度系数k，可调节射流器60的响应速度，即储液罐20内的降压速度。利用压力传感器140获取储液罐20内的压力值，用户计算压力值与压力阈值p之间的压差值δp，根据压差值δp与压
力阈值p之间的比值调节控制阀80的开度，当压差值δp与压力阈值p之间的比值增大时，控制阀80的开度随之增大，储液罐20内被吸入射流器60的气态工质流速增大，实现储液罐20内压力较大时的快速降压，进而精准调节储液罐20内的压力。
56.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
57.本发明的朗肯循环系统包括循环管路10、储液罐20、蒸发器30、膨胀机40、冷凝器50和射流器60，射流器60具有流入口61、流出口62和吸入口63，流入口61与循环管路10的第一连通口相连通，流出口62与循环管路10的第二连通口相连通，吸入口63与储液罐20的出气口21相连通。高压工质依次流经第一连通口和流入口61进入射流器60，在射流器60内形成负压，负压作用使得储液罐20中的气态工质依次流经出气口21和吸入口63被吸入射流器60，此时气态工质与高压工质在射流器60中混合后依次流经流出口62、第二连通口和冷凝器50的进口流入冷凝器50，混合后的工质在冷凝器50中进行换热冷却后进入储液罐20。通过射流器60将储液罐20中的气态工质吸出进而降低储液罐20内的压力，同时气态工质流出射流器60后加入整个循环，避免工质外排造成浪费，从而解决了现有技术中的由于朗肯循环系统的冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得气态工质进入储液罐，从而导致储液罐内压力升高的问题，进而避免膨胀机的做功功率和朗肯循环系统的效率降低，降低成本，避免污染环境，节约停机放气时间，减少用户的劳动强度。
58.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
59.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种朗肯循环系统，包括循环管路(10)、储液罐(20)、蒸发器(30)、膨胀机(40)和冷凝器(50)，所述储液罐(20)、所述蒸发器(30)、所述膨胀机(40)和所述冷凝器(50)依次设置在所述循环管路(10)上，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：射流器(60)，具有流入口(61)、流出口(62)和吸入口(63)，所述流入口(61)与所述循环管路(10)的第一连通口相连通，所述第一连通口位于所述膨胀机(40)的进口和所述储液罐(20)的出口之间；所述流出口(62)与所述循环管路(10)的第二连通口相连通，所述第二连通口位于所述膨胀机(40)的出口和所述冷凝器(50)的进口之间；所述吸入口(63)与所述储液罐(20)的出气口(21)相连通。2.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：第一连接管(70)，所述第一连接管(70)的第一端与所述第一连通口相连通，所述第一连接管(70)的第二端与所述流入口(61)相连通；控制阀(80)，设置在所述第一连接管(70)上。3.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：第二连接管(90)，所述第二连接管(90)的第一端与所述流出口(62)相连通，所述第二连接管(90)的第二端与所述第二连通口相连通；第一单向阀(100)，设置在所述第二连接管(90)上，以使流体由所述第二连接管(90)第一端流至第二端。4.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：第三连接管(110)，所述第三连接管(110)的第一端与所述出气口(21)相连通，所述第三连接管(110)的第二端与所述吸入口(63)相连通；第二单向阀(120)，设置在所述第三连接管(110)上，以使气体由所述第三连接管(110)第一端流至第二端。5.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：泵体(130)，设置在所述循环管路(10)上且位于所述储液罐(20)和所述蒸发器(30)之间；其中，所述第一连通口位于所述泵体(130)和所述蒸发器(30)之间；或者，所述第一连通口位于所述蒸发器(30)和所述膨胀机(40)之间。6.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述朗肯循环系统还包括：压力传感器(140)，设置在所述储液罐(20)上，以检测所述储液罐(20)内的压力值。7.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于，所述储液罐(20)的进口位于所述储液罐(20)的顶部，所述出气口(21)设置在所述储液罐(20)的侧壁上且位于所述侧壁的顶部。8.一种降压控制方法，其特征在于，适用于权利要求1至7中任一项所述的朗肯循环系统，所述降压控制方法包括：获取所述储液罐(20)内的压力值；判断所述压力值与压力阈值p之间的大小关系，当所述压力值大于所述压力阈值p时，控制所述射流器(60)运行；当所述压力值小于或等于所述压力阈值p时，控制所述射流器(60)停止运行。9.根据权利要求8所述的降压控制方法，其特征在于，所述降压控制方法适用于权利要
求2所述的朗肯循环系统，所述当所述压力值大于所述压力阈值p时，控制所述射流器(60)运行；当所述压力值小于或等于所述压力阈值p时，控制所述射流器(60)停止运行的方法，包括：当所述压力值大于所述压力阈值p时，开启控制阀(80)；当所述压力值小于或等于所述压力阈值p时，关闭所述控制阀(80)。10.根据权利要求9所述的降压控制方法，其特征在于，所述降压控制方法还包括：计算所述压力值与所述压力阈值p之间的压差值δp；根据所述压差值δp与所述压力阈值p之间的比值调节所述控制阀(80)的开度；其中，所述控制阀(80)的开度与所述压差值δp与所述压力阈值p之间的比值呈正相关。

技术总结
本发明提供了一种朗肯循环系统及降压控制方法，朗肯循环系统包括循环管路、储液罐、蒸发器、膨胀机和冷凝器，储液罐、蒸发器、膨胀机和冷凝器依次设置在循环管路上，朗肯循环系统还包括：射流器，具有流入口、流出口和吸入口，流入口与循环管路的第一连通口相连通，第一连通口位于膨胀机的进口和储液罐的出口之间；流出口与循环管路的第二连通口相连通，第二连通口位于膨胀机的出口和冷凝器的进口之间；吸入口与储液罐的出气口相连通，本发明的朗肯循环系统解决了现有技术中的由于朗肯循环系统的冷凝器后工质存在不完全冷凝，使得气态工质进入储液罐，从而导致储液罐内压力升高的问题。从而导致储液罐内压力升高的问题。从而导致储液罐内压力升高的问题。


技术研发人员：张继刚 李敏 王国华 王培伦 王思洋 冯树梁 张春垒
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11