CN100340826C - 利用内燃机的废热的系统 - Google Patents

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Abstract

一种废热能量回收系统具有制冷剂循环(10A)和兰金循环(30A)。当循环操作从制冷剂循环(10A)变为兰金循环(30A)时，膨胀装置(100)在泵(32)被起动之后起动。当循环操作从兰金循环(30A)变为制冷剂循环(10A)时，膨胀装置(100)在泵(32)被停止之后停止。

Description

利用内燃机的废热的系统
技术领域
本发明涉及利用内燃机的废热的系统。所述系统回收内燃机的废热，尤其是带有制冷剂循环和兰金循环的内燃机。
背景技术
日本专利No.2540738示出了利用内燃机的废热的传统系统。该系统包括压力泵和加热器，所述压力泵和加热器平行于制冷剂循环的蒸发器排列。压力泵对制冷剂循环中的制冷剂进行加压，并且加热器通过在内燃机冷却剂与制冷剂之间实施热交换来加热制冷剂循环中的制冷剂。三通阀能够被切换以使压力泵和加热器有选择地流体连接至制冷剂循环。被内燃机驱动的压缩机用作膨胀装置，该膨胀装置使制冷剂膨胀以将制冷剂压力改变为动能。
当制冷剂流过压力泵和加热器时，使用压缩机作为膨胀装置来建立兰金循环。从内燃机冷却剂获得的热量被回收作为动能。所述动能返回至内燃机以提高燃料经济性。
上述日本专利示出了每个部件的控制条件，诸如三通阀、压力泵和压缩机等。然而，没有示出适当的控制，以使循环在制冷剂循环和兰金循环之间改变。
本发明的发明者经过实验确认了以下事实：在工作循环从制冷剂循环改变至兰金循环的情况下，如果压力泵被操作，并且膨胀装置处于操作条件下，则制冷剂流入膨胀装置中并且在其中膨胀，因此压力泵很难在短时间内增加制冷剂的压力，从而能量很难被有效地回收。如果能量不能在短时间内被回收，则空气调节可能会变差。
并且，当兰金循环被改变到制冷剂循环时，由于在制冷剂循环中，在压缩机起动时制冷剂的低压侧压力高于压缩机正常操作时制冷剂的低压侧压力，因此需要比通常高的起动扭矩来起动压缩机。这样，压缩机的功率损耗增加，使得内燃机很难平稳地起动。当工作循环被改变成制冷剂循环，同时被压力泵加压的制冷剂不用作有效功率时，压力泵的工作被浪费，压力泵的功率损耗增加。
如上所述，当制冷剂循环和兰金循环交替运行时，产生各种损耗，并且能量效率不能很好地提高。
发明内容
在考虑上述情况的基础上提出本发明，本发明的目的是提供一种使用内燃机的废热的系统，所述系统能够减少在制冷剂循环与兰金循环之间进行变换时的能量损耗，并且能够有效地回收能量。
根据本发明的热交换器，所述系统包括制冷剂循环、兰金循环和控制器。制冷剂循环包括压缩机和冷凝器。压缩机接收来自内燃机的驱动力压缩制冷剂。冷凝器冷却从压缩机排出的制冷剂。兰金循环包括：与制冷剂循环共用的冷凝器；对从冷凝器流出的制冷剂加压的泵；利用内燃机的废热对从泵排出的制冷剂进行加热的加热器；以及膨胀装置，所述膨胀装置通过使流出加热器的气相制冷剂膨胀来产生动能。控制器在制冷剂循环与兰金循环之间切换工作循环，并且控制制冷剂循环和兰金循环的操作。当从制冷剂循环变为兰金循环时，控制器在泵开动之后起动膨胀装置的操作。
根据本发明的一方面，提出一种利用功率源的废热的系统，所述系统包括：兰金循环，所述兰金循环包括：冷却制冷剂的冷凝器；从冷凝器泵吸制冷剂的泵；利用功率源的废热对通过泵泵吸的制冷剂进行加热的加热器；以及膨胀装置，所述膨胀装置通过使来自加热器的制冷剂膨胀而使来自加热器的制冷剂的压力能转变为动能；以及控制器，所述控制器切换泵和膨胀装置的操作状态以使兰金循环被激活或被减活，所述控制器(在泵的操作状态切换与膨胀装置的操作状态切换之间获得时间延迟。
根据本发明的另一方面，提出一种利用内燃机的废热的系统，所述系统包括：制冷剂循环，所述制冷剂循环包括压缩机和冷凝器，压缩机接收来自内燃机的驱动力对制冷剂进行压缩，冷凝器冷却从压缩机排出的制冷剂；兰金循环，所述兰金循环包括：在制冷剂循环中被共用的冷凝器；对从冷凝器流出的制冷剂加压的泵；利用内燃机的废热对从泵排出的制冷剂进行加热的加热器；以及膨胀装置，所述膨胀装置通过使流出加热器的气相制冷剂膨胀来产生动能；以及控制器，所述控制器在制冷剂循环与兰金循环之间切换工作循环，并且控制制冷剂循环和兰金循环的操作，其中，当从制冷剂循环变为兰金循环时，控制器在泵运行之后起动膨胀装置的操作。
根据本发明的另一方面，提出一种利用内燃机的废热的系统，所述系统包括：制冷剂循环，所述制冷剂循环包括压缩机和冷凝器，压缩机接收来自内燃机的驱动力对制冷剂进行压缩，冷凝器冷却从压缩机排出的制冷剂；兰金循环，所述兰金循环包括：在制冷剂循环中被共用的冷凝器；对从冷凝器流出的制冷剂加压的泵；利用内燃机的废热对从泵排出的制冷剂进行加热的加热器；以及膨胀装置，所述膨胀装置通过使流出加热器的气相制冷剂膨胀来产生动能；以及控制器，所述控制器在制冷剂循环与兰金循环之间切换工作循环，并且控制制冷剂循环和兰金循环的操作，其中当从兰金循环变为制冷剂循环时，控制器在泵已被停止之后停止膨胀装置的操作。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中相同的部件由相同的附图标记表示，并且其中：
图1是根据本发明第一实施例的用于内燃机的使用废热的系统的示意图；
图2是根据本发明第一实施例的膨胀-压缩装置的纵向剖视图；
图3是主流程图，其中制冷剂循环和兰金循环交替运行；
图4是子流程图，其中兰金循环起动它的操作；
图5是子流程图，其中根据本发明第一实施例，制冷剂循环被重新起动；
图6是子流程图，其中空气冷却模式被实施；
图7是子流程图，其中根据本发明第二实施例，制冷剂循环被重新起动；
图8是子流程图，其中根据本发明第二实施例，制冷剂循环被重新起动；
图9是子流程图，其中根据本发明第二实施例，制冷剂循环被重新起动；
图10是根据本发明第一实施例的膨胀-压缩装置的纵向剖视图；
图11是根据本发明另一实施例的膨胀-压缩装置的纵向剖视图；
图12是根据本发明另一实施例的用于内燃机的利用废热的系统的示意图；以及
图13是液泵、转动电机和泵-马达机构的组件的纵向剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
[第一实施例]
在第一实施例中，使用内燃机的废热的系统被安装在混合式车辆或者带有在空转时停止的发动机的车辆上。以下使用内燃机的废热的系统被称为废热利用系统1，并且内燃机被称为发动机(engine)20。废热利用系统1包括制冷剂循环10A和兰金循环30A，所述两个循环回收发动机20中产生的废热的能量。以下被称为ECU40的电子控制单元40控制每个循环10A、30A。参考图1，描述废热利用系统1的总的结构。
膨胀-压缩装置10是流体机器，运行在气相制冷剂被压缩和排放的泵模式以及过热气相制冷剂的膨胀流体压力被转换成动能以输出机械能的马达模式下。与膨胀-压缩装置10的出口(高压口110，以下将被描述)连通的冷凝器11冷却制冷剂，辐射制冷剂的热量。以下将详细描述膨胀-压缩装置10。
气-液分离器12是将从冷凝器11流出的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂的接收器。解压装置13是热操作膨胀阀，通过调节它的孔而在恒定的焓下使液相制冷剂解压和膨胀。这样，在膨胀-压缩装置10处于泵操作模式的情况下，膨胀-压缩装置10的制冷剂上游的过热度被保持在预定值。
蒸发器14使流过它的制冷剂蒸发。当膨胀-压缩装置10运行在泵模式下时，止回阀14a允许制冷剂流向抽吸口(低压口111，以下将被描述)。
制冷剂循环10A包括膨胀-压缩装置10、冷凝器11、气-液分离器12、解压装置13和蒸发器。
加热器30设置在膨胀-压缩装置10与冷凝器11之间的制冷剂电路中。加热器30在流经它的制冷剂与发动机冷却剂之间实施热交换，从而加热制冷剂。三通阀21在使发动机冷却剂流入加热器30的状态和使发动机冷却剂不流入加热器30的状态之间切换。ECU40控制三通阀21。
第一旁路通道31将分离器12中的液相制冷剂引入加热器30的入口。与本发明的泵对应的液泵32和允许朝向加热器30的流动的止回阀31a设置在第一旁路通道31中。在本实施例中液泵32是电子泵，并且被ECU40控制。
第二旁路通道33使马达模式下的膨胀-压缩装置10的排放侧(低压口111)与冷凝器11的入口侧流体连通。第二旁路通道33设有止回阀33a，其允许制冷剂从膨胀-压缩装置10流向冷凝器11。
打开/关闭阀34是设置在冷凝器11与加热器30之间的电磁阀。ECU40控制打开/关闭阀34。阀机构107设置在膨胀-压缩装置10的排放侧(高压室104，以下将被描述)。阀机构107在泵模式与马达模式之间切换膨胀-压缩装置10的操作。
通过膨胀-压缩装置10从废热回收能量的兰金循环30A包括气-液分离器12、液泵32、加热器30、与制冷剂循环10A共同使用的冷凝器11。
水泵22使发动机冷却剂在发动机20、冷凝器23与加热器30之间循环。冷凝器23在发动机冷却剂与环境空气之间实施热交换，以冷却发动机冷却剂。水泵22是由发动机20驱动的机械泵。被电动马达驱动的电泵能够被用作水泵22，代替机械泵。
水温传感器24检测从发动机20流出的发动机冷却剂的温度，以将冷却剂温度信号输出至ECU40。
ECU40接收A/C信号，该信号是根据由乘客、环境条件等设定的设定温度而确定的。ECU40控制三通阀21、液泵32、打开/关闭阀34，以及包括阀机构107、转动电机200和电磁离合器300的膨胀-压缩装置10的操作。
电池25将经调整的电流供至转动电机200。变换器26设置在电池25与转动电机200之间，用于将AC电流转变成DC电流。转动电机200所产生的电力被充入电池25，用于供至电负载27，诸如前灯和辅助设备等。
参考图2，以下将详细描述膨胀-压缩装置10的结构。
膨胀-压缩装置10包括：泵-马达机构100，所述泵-马达机构100压缩或膨胀制冷剂；转动电机200，所述转动电机200被连接至泵-马达机构100的轴；电磁离合器300，所述电磁离合器300将转动扭矩传递至轴108。
转动电机200包括定子210和在定子210中旋转的转子220。定子壳体230容纳定子210和转子220。当电流通过变换器26从电池25供至定子210时，转子220驱动泵-马达机构100，从而转动电机200用作电动马达。另一方面，当向转子220提供扭矩时，转动电机200用作产生电流的发电机。
电磁离合器300包括皮带轮310、线圈320和摩擦板330。皮带轮310通过V形带(未示出)接收来自发动机20的旋转力。线圈320产生磁场。当线圈320被激励时，摩擦板330被位移，以便从皮带轮310把转动扭矩传递至轴108。
泵-马达机构100具有与已知涡旋式压缩机相同的结构。即，中间壳体101被连接至定子壳体230，固定涡旋件(scroll)102固定至所述定子壳体230。中间壳体101和固定涡旋件102容纳可动涡旋件103。可动涡旋件103相对于固定涡旋件102以绕动方式运行。固定涡旋件102和可动涡旋件103之间形成操作室“V”。高压室104被设置以接收高压制冷剂。阀机构107打开/关闭流体连接操作室“V”和高压室104的连通通道105和106。
固定涡旋件102包括基板102a和可动螺旋叶片102b，所述可动螺旋叶片102b从基板102a突出。可动涡旋件103包括基板103a和与可动螺旋叶片102b接合的可动螺旋叶片103b。可动涡旋件103绕轨道运行，同时可动螺旋叶片102b和固定螺旋叶片103b彼此接合，使得操作室“V”的体积在泵模式下减小，在马达模式下增加。
轴108用作转子220的旋转轴，并且在其末端处具有偏心部分108a。可动涡旋件103通过轴承103c可转动地连接至偏心部分108a。
转动防止机构109使得可动涡旋件103能够绕动运行，同时防止它转动。当轴108旋转时，可动涡旋件103相对于轴108绕动运行，使得操作室“V”在靠近可动涡旋件103的中心时体积减小，在移离中心时体积增加。
连通通道105是用于将最小体积下的操作室“V”流体连接至高压室104以便将被压缩制冷剂排至高压室“V”的出口。连通通道106是用于将最大体积下的操作室“V”流体连接至高压室104以便将高压室104中的过热气相制冷剂引入操作室“V”的入口。连通通道105被称为出口105，连通通道106被称为入口106。
高压室104具有能够减少被排放制冷剂的脉动的功能。高压室104设有流体连接至加热器30和冷凝器11的高压口110。
定子壳体230设有流体连接至蒸发器14和第二旁路通道33的低压口111。低压口111还流体连接至定子壳体230、中间壳体101和固定涡旋件102之间的空间。
排出阀107a是止回阀，所述止回阀设置在出口105上，用于防止高压室104中的被排放制冷剂回流到操作室“V”中。利用螺栓107c将阀止动件107b固定在基板102a上，用于限制阀107a的最大抬升高度。
阀塞(spool)107a是用于打开/关闭入口106的阀体。电磁阀107e通过控制低压口111与背压室107f之间的连通来控制背压室107f中的压力。弹簧107g沿入口106被关闭的方向推动阀塞107a。约束件107h使背压室107f与具有特定量流体阻力的高压室104流体连接。
当电磁阀107e被打开时，背压室107f中的压力变得小于高压室104中的压力。然后，阀塞107d向图2中的右方移动，使得入口106打开。由于在约束件107h处的压力损失非常小，因此从高压室104流到背压室107f的制冷剂的量可以忽略。
另一方面，当电磁阀107e被关闭时，阀塞107d在弹簧107g的偏压力作用下向图2中的左方移动，从而入口106被关闭。即，打开/关闭入口106的电动导阀由阀塞107d、电磁阀107e、背压室107f、弹簧107g和约束件107h构成。阀机构107包括电动导阀和排出阀107a，阀机构107使泵-马达机构100在泵模式与马达模式之间切换。ECU40控制阀机构107的操作，更精确地说是控制电磁阀107e。
参考图3至6，下面将描述系统1的操作。图3是主流程图，图4至6是子流程图。在这些流程图中，当泵-马达机构100运行在泵模式下时，泵-马达机构100被称为压缩机，当泵-马达机构100运行在马达模式下时，泵-马达机构100被称为膨胀装置。当转动电机200产生电流时，转动电机200被称为发电机。当转动电机200被用作功率源时，转动电机200被称为马达。
当ECU40接收来自乘客的空气调节需求信号时，ECU400在步骤100中起动空气调节操作。泵-马达机构100起动以在制冷剂循环10A中压缩制冷剂。
打开/关闭阀34被操作，同时液泵32不被驱动。三通阀21以没有发动机冷却剂流入加热器30中的方式转动。电动阀107e通过阀塞107d被关闭以关闭入口106。
当发动机20运转时，发动机20的旋转力通过电磁离合器300的接合而传递到轴108。当发动机20被停止时，转动电机200随着电磁离合器300的分离而使轴108旋转。
在本实施例中，轴108被转子220和泵-马达机构100共用。当轴108被发动机驱动时，转动电机200作为发电机运行。这样，优选所产生的电流被充入电池25中，或者转动电机200不会变成发动机20的一些负载，接收电流至定子210。
膨胀-压缩装置10通过低压口111将制冷剂吸入操作室“V”，并且压缩其中的制冷剂。被压缩的制冷剂以与已知的涡旋式压缩机相同的方式通过出口105、高压室104和高压口110排向冷凝器11。
被排出的制冷剂通过加热器30、打开/关闭阀34、冷凝器11、气-液分离器12、解压装置13、蒸发器14、止回阀14a以及膨胀-压缩装置10的低压口111并以此序列循环，从而建立制冷剂循环10A。蒸发器14从被引入车辆内部的空气吸收热量。由于发动机冷却剂不流入加热器30，因此制冷剂不被发动机冷却剂加热。加热器30只是在此循环中制冷剂流经的通道。
接着，过程进行到步骤S110，在该步骤中，ECU40基于空气调节需求信号或类似信号确定空气调节是否应该被维持。当在步骤S110处为“Yes”时，过程进行到步骤S120，在该步骤中，制冷剂循环保持运行(稳定操作)。
当在步骤S110处为“No”时，过程运行至步骤S130，在该步骤中，空气冷却操作被终止。即，电磁离合器300被分离开，或者泵-马达机构100的操作被停止。
在步骤S140中，ECU40基于水温传感器24的被检测信号确定用于操作兰金循环的条件是否建立。当发动机冷却剂的温度高于预定值时，确定用于操作兰金循环的条件已经被满足，从而废热的能量被回收。相反地，当发动机冷却剂的温度低于预定值时，确定所述条件还未被确立。
当在步骤S140中确定“Yes”时，过程进行至步骤200，在步骤200中，兰金循环开始它的操作。当在步骤S140中确定“No”时，过程回到步骤S110。
在步骤S200中，处于马达模式下的液泵32和泵-马达机构100被精确地控制。参考图4，以下将描述兰金循环的操作。
在步骤S210中，操作从制冷剂循环10A变到兰金循环30A。即，打开/关闭阀34被关闭，并且三通阀21转动，从而使发动机冷却剂向加热器30循环流动。
在步骤S220中，液泵32开始运行以增加从液体-流体分离器12流入加热器30中的制冷剂的压力。这时，由于入口106被阀塞107d关闭，因此制冷剂很难流入操作室“V”。
在步骤S230中，确定是否已经过了预定时间段t1(对应于本发明的第一预定时间段)。在步骤S240中，泵-马达机构100被起动且在马达模式下作为膨胀装置被驱动。预定时间段t1是这样的时间段，在该时间段中加热器30中的制冷剂的温度相对于发动机冷却剂的温度能够升高得足够高。在马达模式下，泵-马达机构100起动时，需要通过外力驱动泵-马达机构100。在该实施例中，转动电机200被作为马达操作，以便首先使可动涡旋件103绕动运行达到预定的转速。在马达模式下可动涡旋件103的转动方向与泵模式下可动涡旋件103的转动方向相反。
在步骤S250中，电磁阀107e被打开，从而阀塞107d向图2中的右方移动以打开入口106，从而泵-马达机构100能够在马达模式下运行。然后，兰金循环30A的起动的子程序结束，前进到步骤S300。
在步骤S300中，兰金循环30A被连续操作。制冷剂被加热器30加热，并且被引入高压室104中。高压室104中的过热气相制冷剂通过入口106被引入操作室“V”中，以驱动可动涡旋件，从而获得驱动轴108的旋转。轴108使转子220旋转，以通过转动电机产生电流。所产生的电流被充入电池25中。
操作室“V”中的被引入制冷剂膨胀，从而可动涡旋件103保持转动。如上所述，可动涡旋件103在初始时刻被转动电机200旋转。在可动涡旋件103开始被膨胀制冷剂的膨胀力驱动旋转之后，转动电机200停止作为马达的操作。膨胀和压缩制冷剂通过低压口111被排出，并且可动涡旋件103的转动能量被传递至转动电机200的转子220。
通过低压口111排出的制冷剂经过第二旁路通道33、止回阀33a、冷凝器11、气-液分离器12、第一旁路通道31、止回阀31a、液泵32、加热器30、膨胀-压缩装置100的高压口110并且以这样的顺序循环，以建立兰金循环30A。
在兰金循环30A运行的同时，转动电机200的转速基于发动机制冷剂温度而被控制，以便获得最大电流。即，当经过加热器30的制冷剂的压力相对于发动机冷却剂温度太高时，转动电机的转速增加，以加速制冷剂的膨胀，从而减小它的压力。另一方面，当制冷剂的压力太低时，转动电机的转速减小，以增加它的压力。兰金循环30A良好地运行，以获得如上所述的电流。
在兰金循环30A被连续运行时，以与步骤S110中相同的方式确定步骤S310中是否需要空气冷却。即，在兰金循环30A运行的同时，制冷剂循环10a被停止，从而车辆内部温度可能比预设温度高。
当在步骤S310中为“No”时，步骤S300的过程被重复。当步骤S310为“Yes”时，兰金循环30A的操作被停止，其中三通阀21转动，使得发动机冷却剂很难流过加热器30。
然后，在步骤S400中，制冷剂循环10A被重复运行。马达模式下液泵32和泵-马达机构100的停止时机在步骤S400中被精确地控制。在泵模式下泵-马达机构100的起始时机也在步骤S400下被精确地控制。参考图5和6，下面将详细地描述所述过程。
在步骤S405中，液泵32被停止，同时在步骤S410中利用转动电机200的电流回收被保持。然后，在步骤S415A中确定是否从液泵停止以后已经过了与本发明中的第二预定时间段对应的预定时间段t2。预定时间段t2是这样的时间段，在该时间段中，从加热器30排出的过热气体制冷剂的压力降低直到没有膨胀发生。
当在步骤S415A处为“No”时，步骤S410的过程被重复。当在步骤S415A处为“Yes”时，泵-马达机构100变为泵模式。电磁阀107e关闭，从而阀塞107d关闭入口106。然后，在步骤S425中转动电机200停止以产生电流。在步骤S430中，打开/关闭阀34打开，从而循环操作从兰金循环30A变为制冷剂循环10A。
当制冷剂循环10A运行时，在步骤S435中确定兰金循环30A是否在前-步骤被运行。当在步骤S435处为“Yes”时，过程进行到步骤S440，在该步骤中确定泵-马达机构100的低压侧的压力是否不小于预定值P3，所述预定值P3与本发明中的第三预定压力对应。当确定压力不小于预定值P3时，过程进行至步骤S445。预定压力P3是这样的压力，在该压力下，泵-马达机构100能够运行在泵模式下，而不会出现过大的初始扭矩。
在步骤S445中，转动电机200作为电动机被操作，它驱动泵模式下的泵-马达机构100。在低压侧压力减少到低于预定压力P3时，在步骤S450中，泵-马达机构100的驱动功率源从转动电机200变到发动机20。这一点通过停止转动电机200和接合电磁离合器300来实现。
当在步骤S435处为“No”时，过程进行至步骤S445。当在步骤S440处为“No”时，确定低压侧压力不足以通过转动电机200驱动泵-马达机构100，然后过程进行至步骤S450，在该步骤中泵-马达机构100被发动机20驱动。之后，过程进行至步骤S120，在该步骤中制冷剂循环10A如上所述连续地运行。
根据本发明，能够获得以下效果：
当循环操作从制冷剂循环10A变为兰金循环30A时，泵-马达机构100在液泵32被启动后经过预定时间段t1之后在马达模式下运行(步骤S220-步骤S240)。
这时，在转动电机200作为马达运行之后，阀塞107d打开入口106，以便将操作模式从泵模式变为马达模式(步骤S240-S250)。这样，被加热的制冷剂的能量能够被有效地转换成动能。
当循环操作从兰金循环30A改变为制冷剂循环10A时，马达模式下的泵-马达机构100在液泵32被停止后经过预定时间段t2后被停止(步骤S405-步骤S420)。这样，过热气体制冷剂在预定的时间t2内在泵-马达机构100中膨胀，以有效地回收制冷剂的热能。
这时，制冷剂的压力由于泵-马达机构100的操作而被减小，并且能够防止用于在泵模式下驱动泵-马达机构100的初始扭矩变高。这样，发动机20的负载减小。
并且，当泵-马达机构100被停止时，转动电机200在阀塞107d关闭入口106后停止，以将操作模式从马达模式变为泵模式(步骤S420-步骤S425)。这样，马达模式(膨胀)下的泵-马达机构100的旋转动力被消耗，转动电机200被停止，从而转动电机200不用作消除膨胀能量的制动器。即，不必要的电流很难被消耗。
当泵-马达机构100被起动以运行在泵模式下时，转动电机200首先驱动泵-马达机构100，然后发动机20代表转动电机200驱动泵-马达机构100(步骤S445-S450)。这样，发动机20不需要在初始时被起动以驱动泵-马达机构100，从而发动机速度的波动被限制。
这时，确定转动电机200是否应该被运行(步骤S440-S445)，从而防止转动电机200被不必要地运行。
并且，泵-马达机构100用作压缩机和膨胀装置，使得系统1变得紧凑。
在图4中所示子流程图的步骤S230中，预定时间段t1能够被制冷剂的预定压力P1代替(在本发明中为第-预定压力)。当被液泵32压缩的制冷剂的压力变得高于预定压力P1时，泵-马达机构100能够被起动以运行在马达模式下。
在图6中所示的子流程图的步骤S440-S445中，转动电机200根据低压侧压力操作泵-马达机构100。作为代替，在转动电机200驱动泵-马达机构100运行预定时间段t3(本发明的第三预定时间段)之后，发动机20可操作转动电机200。
[第二实施例]
参考图7至9，以下描述本发明的第二实施例。图5与图7之间的不同之处在于，图5中的步骤S415A被图7中的步骤S415B代替。
即，在步骤S405中液泵32被停止之后，在步骤S415B中确定制冷剂的高压侧压力是否降低到低于预定压力P2(本发明的第二预定压力)。第二预定压力P2是这样的压力，在该压力下，在泵-马达机构100中没有膨胀发生。
可选地，如图8中步骤S415C所示，可以确定液泵32的高压侧压力和低压侧压力之间的压力差是否减小到小于预定压力差ΔP。
当在步骤S415B中使用预定压力P2时，在兰金循环30A的高压侧压力处于低水平时，预定压力P2不总是精确的。通过使用预定的压力差ΔP，对马达模式下泵-马达机构100被停止的确定能够被精确地进行。
可选的是，如图9中步骤S415D所示，可以确定通过转动电机200所产生的电流量是否降低到低于所产生的电流W的预定量。
[第三实施例]
图10示出了第三实施例，其中与第一和第二实施例相比，所述膨胀-压缩装置10被改变。
膨胀-压缩装置10具有变速机构400，所述变速机构400包括行星齿轮机构，所述行星齿轮机构能够切换动力传输路线，并且增加/降低转速。
变速机构400的中心具有恒星齿轮401，并且具有小齿轮402a、行星齿轮架402以及环形齿轮403。
恒星齿轮401与转动电机200的转子220形成整体。行星齿轮架402与轴331形成整体，所述轴331随着电磁离合器300的摩擦板330转动。环形齿轮403与轴108形成整体。
单向离合器500设置在轴331与定子壳体230之间。单向离合器500允许轴331沿一个方向转动，该方向与皮带轮310的转动方向对应。轴承404相对于轴331可转动地支撑恒星齿轮401和转子220，并且轴承405相对于轴108可转动地支撑轴331(行星齿轮架402)。
当电磁离合器300被接合以将转动动力从发动机20传递至膨胀-压缩装置10时，通过将电流施加到转动电机200上，以使转动扭矩在转子220中产生，以便不转动恒星齿轮401和转子220，从而使泵-马达机构100以高速运行在泵模式下。通过改变转动电机200的转速，改变泵-马达机构100的转速。
当电磁离合器300被分离开时，转动电机200接收电流，使泵-马达机构100以转动电机200沿与皮带轮310的旋转相反的方向转动的方式旋转，从而泵-马达机构100运行在泵-模式下。这时，轴331和行星齿轮架402不被单向离合器500转动，从而转动电机200的旋转力被变速机构400降低，并且被传递至泵-马达机构100。
泵-马达机构100运行在马达模式下，在电磁离合器300被分离开的条件下接收来自加热器30的过热制冷剂。这时，轴331不通过单向离合器500转动，从而泵-马达机构100的转动力被加速传递至转动电机200，以便产生电流。
在膨胀-压缩装置10中，在制冷剂循环10A的运行期间，转动电机200被作为发电机操作。这样，当制冷剂循环10A在图3中的步骤S400中被重新运行时，图5中的步骤S425能够被跳过，以便减少由于转动电机200的加速和减速所引起的能量损耗。
[其他实施例]
在上述实施例中，泵-马达机构100具有压缩机的功能和膨胀装置的功能。可选的是，压缩机和膨胀装置可以被单独地设置，它们平行地布置在蒸发器14与加热器30之间。
除了涡旋式以外，泵-马达机构100可采用旋转式、活塞式、叶片式以及类似形式。所产生的电流能够通过飞轮或弹簧被变为动能。
尽管在上述实施例中泵-马达机构100被发动机20驱动，然而泵-马达机构100可以被如图11所示的转动电机200驱动。在图11中，与图2所示相同的部件和部分的相同描述不再被重复。
并且，液泵32以液泵32的转轴被连接至转动电机200的转轴的方式设置，如图12所示。图13是液泵32、转动电机200和泵-马达机构100的组件的纵向剖视图。如图1和2中所示相同的部分和部件的相同描述将不再重复。

Claims (23)

1.一种利用功率源(20)的废热的系统，所述系统包括：
兰金循环(30A)，所述兰金循环包括：冷却制冷剂的冷凝器(11)；从冷凝器(11)泵吸制冷剂的泵(32)；利用功率源(20)的废热对通过泵(32)泵吸的制冷剂进行加热的加热器(30)；以及膨胀装置(100)，所述膨胀装置通过使来自加热器(30)的制冷剂膨胀而使来自加热器的制冷剂的压力能转变为动能；以及
控制器(40)，所述控制器切换泵(32)和膨胀装置(100)的操作状态以使兰金循环(30A)被激活或被减活，所述控制器(40)在泵(32)的操作状态切换与膨胀装置(100)的操作状态切换之间获得时间延迟。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
在泵(32)被起动后经过了第一预定时间段(t1)之后，所述控制器(40)起动膨胀装置(100)的操作。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括，
制冷剂循环(10A)，所述制冷剂循环包括在兰金循环(30A)中被共用的冷凝器(11)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，
所述控制器(40)切换泵(32)和膨胀装置(100)的操作状态，以将被激活的循环从制冷剂循环(10A)变换至兰金循环(30A)。
5.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述控制器(40)切换泵(32)和膨胀装置(100)的操作状态，以将被激活的循环从兰金循环(30A)变换至制冷剂循环(10A)。
6.一种利用内燃机(20)的废热的系统，所述系统包括：
制冷剂循环(10A)，所述制冷剂循环包括压缩机(100)和冷凝器(11)，压缩机(100)接收来自内燃机(20)的驱动力对制冷剂进行压缩，冷凝器(11)冷却从压缩机(100)排出的制冷剂；
兰金循环(30A)，所述兰金循环包括：在制冷剂循环(10A)中被共用的冷凝器(11)；对从冷凝器(11)流出的制冷剂加压的泵(32)；利用内燃机(20)的废热对从泵(32)排出的制冷剂进行加热的加热器(30)；以及膨胀装置(100)，所述膨胀装置通过使流出加热器(30)的气相制冷剂膨胀来产生动能；以及
控制器(40)，所述控制器在制冷剂循环(10A)与兰金循环(30A)之间切换工作循环，并且控制制冷剂循环(10A)和兰金循环(30A)的操作，其中
当从制冷剂循环(10A)变为兰金循环(30A)时，控制器(40)在泵(32)运行之后起动膨胀装置(100)的操作。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，
在泵(32)被起动后经过了第一预定时间段(t1)之后，所述控制器(40)起动膨胀装置(100)的操作。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，
在被泵(32)加压的制冷剂的压力增大到大于第一预定压力(P1)之后，所述控制器(40)起动膨胀装置(100)的操作。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，
所述膨胀装置(100)被连接至具有发电机(200)功能和马达(200)功能的转动电机(200)，以及
控制器(40)在膨胀装置(100)被运行之前起动作为马达(200)的转动电机(200)的操作。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括：
阀机构(107)，所述阀机构在制冷剂流入的膨胀装置(100)和压缩机(100)之间切换，其中，
当膨胀装置(100)被操作时，控制器(40)控制阀机构(107)，使得压缩机(100)在转动电机(200)已经被作为马达(200)操作之后被切换至制冷剂流入的膨胀装置(100)。
11.一种利用内燃机(20)的废热的系统，所述系统包括：
制冷剂循环(10A)，所述制冷剂循环包括压缩机(100)和冷凝器(11)，压缩机(100)接收来自内燃机(20)的驱动力对制冷剂进行压缩，冷凝器(11)冷却从压缩机(100)排出的制冷剂；
兰金循环(30A)，所述兰金循环包括：在制冷剂循环(10A)中被共用的冷凝器(11)；对从冷凝器(11)流出的制冷剂加压的泵(32)；利用内燃机(20)的废热对从泵(32)排出的制冷剂进行加热的加热器(30)；以及膨胀装置(100)，所述膨胀装置通过使流出加热器(30)的气相制冷剂膨胀来产生动能；以及
控制器(40)，所述控制器在制冷剂循环(10A)与兰金循环(30A)之间切换工作循环，并且控制制冷剂循环(10A)和兰金循环(30A)的操作，其中
当从兰金循环(30A)变为制冷剂循环(10A)时，控制器(40)在泵(32)已被停止之后停止膨胀装置(100)的操作。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，
在泵(32)被停止后经过了第二预定时间段(t2)之后，所述控制器(40)停止膨胀装置(100)的操作。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，
在被泵(32)加压的制冷剂的压力减小到小于或等于第二预定压力(P2)之后，所述控制器(40)停止膨胀装置(100)的操作。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，
在泵(32)的高压侧压力和低压侧压力之间的压力差减小到小于或等于预定压力差(ΔP)之后，控制器(40)停止膨胀装置(100)的操作。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，
所述膨胀装置(100)被连接至发电机(200)，以及
在发电机(200)所产生的电流量减小到小于或等于预定发电量(W)之后，控制器(40)停止膨胀装置(100)的操作。
16.根据权利要求11所述的系统，还包括：
阀机构(107)，所述阀机构在制冷剂流入的膨胀装置(100)和压缩机(100)之间切换，其中，
膨胀装置(100)被连接至发电机(200)，以及
当膨胀装置(100)被停止时，控制器(40)控制阀机构(107)，使得发电机(200)在膨胀装置(100)被切换至制冷剂流入的压缩机(100)之后被停止。
17.根据权利要求11所述的系统，还包括：
马达(200)，所述马达驱动压缩机(100)，其中，
所述控制器(40)选择马达(200)和内燃机(20)中的至少一个作为压缩机(100)的驱动功率源；以及
当膨胀装置(100)被停止以运行制冷剂循环(10A)时，控制器(40)控制压缩机(100)，使得压缩机(100)在被马达(200)驱动之后被内燃机(20)驱动。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，
所述控制器(40)基于压缩机(100)的低压侧压力确定是否有必要由马达(200)驱动压缩机(100)。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，
所述控制器(40)控制马达(200)，以驱动压缩机(100)直到压缩机(100)的低压侧压力变得小于第三预定压力(P3)。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，
所述控制器(40)控制压缩机(100)，以使压缩机(100)被马达(200)操作第三预定时间段(t3)。
21.根据权利要求6所述的系统，其中，
当压缩机(10)接收来自加热器(30)的制冷剂时，压缩机(100)用作膨胀装置(100)。
22.根据权利要求6所述的系统，其中
所述膨胀装置(100)连接至将动能转化为电能的发电机(200)。
23.根据权利要求6所述的系统，还包括：
马达(200)，所述马达驱动压缩机(100)，其中，
所述控制器(40)选择内燃机(20)和马达(200)中的至少一个作为压缩机(100)的驱动功率源。
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