CN110953779B - 朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置，根据膨胀机入口的工质参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口的工质压强，计算出膨胀机出口的工质温度，用膨胀机出口的工质参数，冷凝器的换热量和工质的物理特性，计算出冷凝器的工质出口温度，根据基础压力值对应的工质饱和液温度和过冷度计算出目标温度后，将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；若匹配成功，将储液罐压力调整为基础压力值；若匹配失败，修正基础压力值，并将储液罐压力调整为修正后的压力值；修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。本方案通过控制储液罐的压力维持储液罐中的工质的过冷度，从而消除储液罐中工质的气泡。

Description

朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置。

背景技术

朗肯循环系统是一种动力循环系统，包括工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器和储液罐。储液罐的工质在工质泵中被压缩升压，然后进入蒸发器被加热成过热蒸汽，过热蒸汽进入膨胀机做功，做功后的低压蒸汽在冷凝器中被冷凝后进入储液罐，完成一个循环。

在朗肯循环系统中，储液罐存储的工质有时会夹杂有气泡，而这些夹杂的气泡会显著的降低工质泵的效率，进而导致工质泵消耗的功增加，系统整体的效率降低。

因此，为了提高朗肯循环系统的效率，目前亟需一种消除储液罐存储的工质中的气泡的方法。

发明内容

基于上述现有技术缺点，本发明提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置，通过控制储液罐的压力维持储液罐中的工质的过冷度，从而消除储液罐中工质的气泡。

本发明第一方面提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，所述朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵，所述控制方法包括：

根据所述膨胀机入口处的工质的参数，所述膨胀机的绝热效率和所述膨胀机出口处的工质的压强，计算得到所述膨胀机出口处的工质的温度；

利用所述膨胀机出口处的工质的温度和压强，所述冷凝器的换热量以及所述工质的物理特性，计算得到所述冷凝器的工质出口温度；

将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；其中，所述目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差；

若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功，将所述基础压力值确定为所述储液罐的目标压力值；

若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败，根据所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度修正所述基础压力值，得到修正后的压力值，并将所述修正后的压力值确定为所述储液罐的目标压力值；其中，所述修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于所述冷凝器的工质出口温度与所述过冷度之和；

将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值。

可选的，计算所述冷凝器的换热量的方法包括：

计算所述冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到所述冷凝器的冷却液温差；

用所述冷凝器的冷却液流量，所述冷却液温差以及所述冷却液的比热容，计算得到所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量；

根据所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和所述冷凝器的换热效率，计算得到所述冷凝器的换热量。

可选的，所述储液罐包括工质腔，压缩空气腔，以及设置于所述工质腔和所述压缩空气腔之间的活动隔板，所述压缩空气腔通过空气阀与压缩空气罐连接；

其中，所述将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值，包括：

根据所述储液罐的目标压力值调整所述空气阀的开度，使所述空气阀的开度和所述储液罐的目标压力值相匹配。

可选的，所述将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配，包括：

用所述冷凝器的工质出口温度减去所述目标温度，得到温度差值；

判断所述温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

若所述温度差值的绝对值大于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功。

可选的，计算所述基础压力值的方法，包括：

计算所述冷凝器的冷却液出口温度和所述冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度；

根据工质的物理特性以及所述基础饱和温度确定所述基础饱和温度对应的饱和压力，并将所述饱和压力确定为所述基础压力值。

本发明第二方面提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制装置，所述朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵，所述控制装置包括：

第一计算单元，用于根据所述膨胀机入口处的工质的参数，所述膨胀机的绝热效率和所述膨胀机出口处的工质的压强，计算得到所述膨胀机出口处的工质的温度；

第二计算单元，用于利用所述膨胀机出口处的工质的温度和压强，所述冷凝器的换热量以及所述工质的物理特性，计算得到所述冷凝器的工质出口温度；

匹配单元，用于将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；其中，所述目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差；

确定单元，用于若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功，将所述基础压力值确定为所述储液罐的目标压力值；还用于若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败，根据所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度修正所述基础压力值，得到修正后的压力值，并将所述修正后的压力值确定为所述储液罐的目标压力值；其中，所述修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于所述冷凝器的工质出口温度与所述过冷度之和；

调整单元，用于将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值。

可选的，还包括：

换热量计算单元，用于：计算所述冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到所述冷凝器的冷却液温差；并用所述冷凝器的冷却液流量，所述冷却液温差以及所述冷却液的比热容，计算得到所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量；再根据所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和所述冷凝器的换热效率，计算得到所述冷凝器的换热量。

可选的，所述储液罐包括工质腔，压缩空气腔，以及设置于所述工质腔和所述压缩空气腔之间的活动隔板，所述压缩空气腔通过空气阀与压缩空气罐连接；

其中，所述调整单元将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值时，具体用于：

根据所述储液罐的目标压力值调整所述空气阀的开度，使所述空气阀的开度和所述储液罐的目标压力值相匹配。

可选的，所述匹配单元将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配时，具体用于：

用所述冷凝器的工质出口温度减去所述目标温度，得到温度差值；

判断所述温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

其中，若所述温度差值的绝对值大于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败；若所述温度差值的绝对值小于或等于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功。

可选的，还包括：

压力值确定单元，用于：计算所述冷凝器的冷却液出口温度和所述冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度；并用于根据工质的物理特性以及所述基础饱和温度确定所述基础饱和温度对应的饱和压力，并将所述饱和压力确定为所述基础压力值。

本申请提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法和装置，根据膨胀机入口的工质参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口的工质压强，计算出膨胀机出口的工质温度，用膨胀机出口的工质参数，冷凝器的换热量和工质的物理特性，计算出冷凝器的工质出口温度，根据基础压力值对应的工质饱和液温度和过冷度计算出目标温度后，将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；若匹配成功，将储液罐压力调整为基础压力值；若匹配失败，修正基础压力值，并将储液罐压力调整为修正后的压力值；修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。过冷是液体温度低于液体所处环境的压力对应的饱和温度的状态，过冷度则是过冷状态下液体温度和饱和温度的差值，只要保持液体的过冷度大于一定的阈值，就可以消除液体中的气泡。本方案能够计算出冷凝器的工质出口处的工质温度，然后基于此处的工质温度将储液罐的压力调整为目标压力值，确保储液罐中压力对应的工质饱和温度和冷凝器的工质出口处的工质温度之间的差值满足预先设定的过冷度，从而消除储液罐存储的工质的气泡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种朗肯循环系统的结构简图；

图3为本申请实施例提供的朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法控制的一种储液罐的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种确定基础压力值的方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

朗肯循环系统是一种动力循环系统，包括工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器和储液罐。储液罐的工质在工质泵中被压缩升压，然后进入蒸发器被加热成过热蒸汽，过热蒸汽进入膨胀机做功，做功后的低压蒸汽在冷凝器中被冷凝后进入储液罐，完成一个循环。

一种常见的朗肯循环系统的应用方式是，将朗肯循环系统作为一种余热回收技术，用于处理工厂或汽车的废气，回收利用废气中的热量。

以汽车中的用于余热回收的朗肯循环系统为例，这类系统一般采用分子量较大的有机物(例如，戊烷)作为工质，储液罐中液态的工质被工质泵压缩后进入蒸发器，在蒸发器中从汽车排出的废气吸收热量蒸发为过热蒸气，然后经过膨胀机做功，再被冷凝器冷凝成液态(或者汽液混合态)，最终回到储液罐中，完成一次循环。通过这样的循环，废气中的一部分热量被转换为膨胀机输出的功率，从而实现废气的余热回收。

然而，朗肯循环系统存在的一个问题是，储液罐中存储的液态工质可能夹杂有一部分气泡，这些气泡会导致工质泵的效率降低，进而导致朗肯循环系统整体的效率降低。

为了解决这一问题，本申请实施例提供了一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，请参考图1，该方法包括以下步骤：

S101、根据膨胀机入口处的工质的参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口处的工质的压强，计算得到膨胀机出口处的工质的温度。

在热力学中，流经膨胀机的每一单位质量的工质所输出的功，一般用膨胀机入口的单位质量工质的焓值(记为h1)减去膨胀机出口的单位质量工质的焓值(记为h2)得到的差值表示，这一差值可以记为，膨胀机的实际焓降。

膨胀机的等熵焓降，则等于膨胀机入口的单位质量工质的焓值h1，减去等熵膨胀后的膨胀机出口的单位质量工质的焓值(记为h2’)得到的差值。这里的h2’是在假设工质在膨胀机中膨胀做功的过程等熵过程的前提下根据膨胀机入口处的工质的参数和膨胀机出口处的工质的压强计算得到的膨胀机出口的单位质量工质的焓值。

膨胀机的绝热效率，就等于膨胀机的实际焓降除以膨胀机的等熵焓降。

另外需要说明的是，膨胀机的出口和入口的工质均为气态。而对于特定种类的气体，只需要确定当前该气体的任意两种物性参数(包括压强，温度，单位质量气体的焓值，单位质量气体的熵值等)，就可以唯一的确定该气体当前的状态，进而从该气体的物性参数表中查找(直接查找，或者根据查找的结果进行插值计算)得到当前该气体的其他物性参数。

因此，可以利用温度和压力传感器测量得到膨胀机入口工质的压强和温度，进而利用工质气体的物性参数表确定膨胀机入口处的工质的其他参数(包括单位质量气体的焓值，单位质量气体的熵值等)。

结合上述说明，步骤S101的具体计算过程是：

首先假设工质在膨胀机中做功的过程是等熵膨胀过程，也就是说，膨胀机出口处单位质量的工质的熵值等于膨胀机入口处单位质量的工质的熵值，然后膨胀机出口处的工质的压强以及膨胀机出口处单位质量的工质的熵值，从工质气体的物性参数表中查找得到等熵膨胀的情况下膨胀机出口处单位质量工质的焓值，即前述h2’，进而用h2’减去膨胀机入口的单位质量工质的焓值h1，得到膨胀机的等熵焓降。

然后，用膨胀机的等熵焓降乘以膨胀机的绝热效率，得到的结果就是膨胀机的实际焓降。再用h1加上膨胀机的实际焓降，得到的结果就是实际情况下膨胀机出口的单位质量工质的焓值h2。

最后，用h2和膨胀机出口处的工质的压强就可以从工质气体的物性参数表中查找出包括膨胀机出口的工质温度在内的多种参数。

S102、利用膨胀机出口处的工质的温度和压强，冷凝器的换热量以及工质的物理特性，计算得到冷凝器的工质出口温度。

从膨胀机流出的工质直接进入冷凝器，因此，膨胀机的出口，就相当于冷凝器的工质入口，膨胀机出口处的工质的温度和压强，等于冷凝器的工质入口处的工质温度和压强。

冷凝器的换热量，是指，单位时间内，流过冷凝器的工质失去的热量。

冷凝器的换热量可以通过以下方法计算：

一方面利用设置在冷凝器的冷却液出口和冷却液入口的两个温度传感器实时采集冷凝器的冷却液进口温度(指代冷却液进口位置的冷却液的温度)和冷却液出口温度(指代冷却液出口位置的冷却液的温度)。

需要计算换热量时，先计算冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到冷凝器的冷却液温差。

用冷凝器的冷却液流量，冷却液温差以及冷却液的比热容，计算得到冷凝器单位时间内的冷却液吸热量。

用冷却液流量乘以单位时间，就得到单位时间内流经冷凝器的冷却液的质量，比热容是单位质量的冷却液温度每升高一度所吸收的热量，因此，将单位时间内流经冷凝器的冷却液的质量，冷却液温差和冷却液的比热容相乘，得到的乘积就是，单位时间内流经冷凝器的冷却液所吸收的热量。

根据冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和冷凝器的换热效率，计算得到冷凝器的换热量。

这里需要说明的是，考虑到冷凝器结构自身会吸收工质的一部分热量，同时工质管路周围的空气也会吸收一部分工质的热量，因此，单位时间内流经冷凝器的工质失去的热量一般会大于单位时间内流经冷凝器的冷却液吸收的热量。冷凝器的换热效率，即用于衡量两者之间的关系。

具体的，冷凝器的换热效率，等于单位时间内流经冷凝器的冷却液吸收的热量，除以单位时间内流经冷凝器的工质失去的热量得到的商。

所以，直接用前面计算得到的单位时间内流经冷凝器的冷却液所吸收的热量除以冷凝器的换热效率，得到的结果就是单位时间内流经冷凝器的工质失去的热量，也就是冷凝器的换热量。

用于余热回收的朗肯循环系统中，一般用水作为冷凝器的冷却液。

得到冷凝器的换热量后，步骤S102具体可以按下述方法计算：

首先利用工质的气化潜热，计算出在冷凝器的工质入口处的工质压强下，单位质量的工质气体从冷凝器的工质入口处的工质温度液化为工质饱和液所放出的热量，再用计算结果乘以冷凝器的工质流量，得到的就是单位时间内流经冷凝器的工质气体凝结为工质饱和液所放出的热量。

若单位时间内流经冷凝器的工质气体凝结为工质饱和液所放出的热量大于冷凝器的换热量，则从冷凝器流出的是气液混合状态的工质，此时冷凝器的工质出口温度(即冷凝器工质出口处的工质温度)就等于，冷凝器的工质入口处的工质压强对应的饱和温度。

若单位时间内流经冷凝器的工质气体凝结为工质饱和液所放出的热量小于冷凝器的换热量，则用冷凝器的换热量减去单位时间内流经冷凝器的工质气体凝结为工质饱和液所放出的热量，根据得到的差值以及工质饱和液的比热容，计算得到冷凝器的工质出口温度。

S103、将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配。

工质从冷凝器流出后就直接进入储液罐，因此，计算得到的冷凝器的工质出口温度就相当于储液罐中工质的实际温度。

其中，目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差。

若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配成功，则执行步骤S104。

若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配失败，则执行步骤S105。

具体的匹配过程是：

用冷凝器的工质出口温度减去目标温度，得到温度差值；

判断温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

若温度差值的绝对值大于温度阈值，则冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配失败；

若温度差值的绝对值小于或等于温度阈值，则冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配成功。

上述预设的过冷度，是通过实验测定的，保持储液罐的液态工质不夹杂气泡所需的过冷度(记为t_spc)。换言之，为了确保储液罐的液态工质不夹杂气泡(或者说，夹杂的气泡的数量足够小)，需要是储液罐内的液态工质的温度低于储液罐内的压强所对应的工质饱和液温度，并且两者之间的差值应当接近于上述预设的过冷度t_spc。

基础压力值，可以是一个预先设定的固定的压力值，也可以根据冷凝器的冷却液入口温度计算得到。其具体计算方法可以参考后续实施例的介绍。

S104、将基础压力值确定为储液罐的目标压力值。

若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配成功，说明前述基础压力值可以满足对于储液罐中工质的过冷度的要求，换言之，基础压力值所对应的饱和温度，和冷凝器的工质出口温度的差值，接近于前述预设的过冷度t_spc。因此，可以直接将储液罐的压力值调整为基础压力值。

S105、根据冷凝器的工质出口温度和目标温度修正基础压力值，得到修正后的压力值，并将修正后的压力值确定为储液罐的目标压力值。

其中，修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。

若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配失败，可能出现下述两方面情况，根据具体情况的不同，修正方式也不同：

第一方面，冷凝器的工质出口温度大于目标温度。此时，若将储液罐的压力值设置为基础压力值，那么储液罐的压力值将无法满足对于储液罐中工质的过冷度的要求，换言之，基础压力值所对应的饱和温度，和冷凝器的工质出口温度的差值，显著小于前述预设的过冷度。

这种情况下，就需要适应性的上调基础压力值，压力值提高后，对应的工质饱和温度也会提高，在冷凝器的工质出口温度，通过提高压力值就可以提高这一压力值对应的过冷度。因此，可以通过提高基础压力值，使得修正后的压力值对应的工质饱和温度，与冷凝器的工质出口温度之差，等于前述预设的过冷度。

第二方面，冷凝器的工质出口温度小于目标温度。此时，若将储液罐的压力值设置为基础压力值，则储液罐的压力值对应的饱和工质温度和冷凝器的工质出口温度的差值显著大于前述预设的过冷度，因而能够确保储液罐的工质不夹杂有气泡，但是储液罐的压力过大会影响朗肯循环系统的零部件的使用寿命，因此一般希望储液罐的压力在满足过冷度的要求的前提下尽可能小。

这种情况下，就需要下调基础压力值，使得修正后的压力值对应的工质饱和温度恰好满足过冷度的要求即可，从而避免储液罐的压力过大影响整个系统的使用寿命。

S106、将储液罐的压力调整为储液罐的目标压力值。

根据储液罐的结构的不同，步骤S106的具体的调整方式也不同。下面结合一种具体的储液罐的结构以及安装有这一储液罐的朗肯循环系统的结构说明步骤S106的一种具体实现方式。

请参考图2和图3，其中，图2是本申请实施例提供的一种能够适用于本申请实施例所提供的控制方法的一种朗肯循环系统的结构简图，图3是这种朗肯循环系统中的储液罐的结构示意图。

图2中，1表示工质泵，2表示蒸发器，3表示膨胀机，4是与储液罐的空气腔相连的压缩空气罐，5是压缩空气阀，6是冷凝器，9是用于存储液态工质的储液罐，7和8分别是冷凝器的冷却液入口和冷却液出口，冷却液(一般是水)从7处流入冷凝器，吸收工质的热量后从8流出，系统中工质的流向如各部件之间的箭头所示。

储液罐9的具体结构参考图3，储液罐上方为工质腔1，用于存储液态工质，下方为空气腔3，工质腔和空气腔之间为活动隔板2，4表示工质腔入口，5表示工质腔的出口，6表示压缩空气腔的入口。

结合图2和图3可以发现，储液罐的空气腔通过压缩空气阀连接至压缩空气罐，通过改变压缩空气阀的开度，可以改变储液罐的空气腔的压强。另一方面，工质腔和空气腔由活动隔板分隔，因此，工质腔的压强就等于空气腔的压强。

基于上述朗肯循环系统以及储液罐的结构，步骤S106中调整储液罐的压力的方法，可以是：

根据储液罐的目标压力值调整压缩空气阀的开度，使压缩空气阀的开度和储液罐的目标压力值相匹配，也就是调整压缩空气阀的开度，使得储液罐的空气腔的压强等于前述步骤中的目标压力值，对应的储液罐中保存工质的工质腔的压强也等于目标压力值，这一压强下工质的饱和温度和储液罐中工质的实际温度之间的差值，接近于预先设定的过冷度，换言之，储液罐中的工质处于过冷状态。

最后需要说明的是，上述控制方法可以在被控制的朗肯循环系统工作期间按一定的时间间隔反复执行，从而实时根据冷凝器的工质出口处的工质温度调节储液罐的压力，使得朗肯循环系统在任意工况下其储液罐的工质均满足预设的过冷度的要求，防止储液罐的工质中出现气泡。

本申请提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，根据膨胀机入口的工质参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口的工质压强，计算出膨胀机出口的工质温度，用膨胀机出口的工质参数，冷凝器的换热量和工质的物理特性，计算出冷凝器的工质出口温度，根据基础压力值对应的工质饱和液温度和过冷度计算出目标温度后，将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；若匹配成功，将储液罐压力调整为基础压力值；若匹配失败，修正基础压力值，并将储液罐压力调整为修正后的压力值；修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。过冷是液体温度低于液体所处环境的压力对应的饱和温度的状态，过冷度则是过冷状态下液体温度和饱和温度的差值，只要保持液体的过冷度大于一定的阈值，就可以消除液体中的气泡。本方案能够计算出冷凝器的工质出口处的工质温度，然后基于此处的工质温度将储液罐的压力调整为目标压力值，确保储液罐中压力对应的工质饱和温度和冷凝器的工质出口处的工质温度之间的差值满足预先设定的过冷度，从而消除储液罐存储的工质的气泡。

请参考图4，本申请实施例提供的一种可选的确定基础压力值的方法,包括以下步骤：

S401、获取冷凝器的冷却液出口处的冷却液温度。

S402、计算前述冷却液温度和冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度。

冷凝器的换热窄点温差，是一个由冷凝器的结构决定的参数。冷凝器要实现工质和冷却液之间的热量交换，就需要工质和冷却液之间具有一定的温差，冷凝器的换热窄点温差，就指代这个冷凝器保持较高的换热效率所需要的工质和冷却液之间最小温差。换言之，只有冷却液和工质之间的温差大于或等于换热窄点温度，冷凝器才能以较高的换热效率工作，若冷却液和工质之间的温差小于换热窄点温度，则冷凝器的换热效率会显著下降，导致对工质的冷却效果较差。

S403、从工质的临界状态曲线中查找基础饱和温度对应的饱和压力。

S404、将查找得到的基础饱和温度对应的饱和压力确定为基础压力值。

结合本申请任一实施例所提供的朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，本申请再一实施例提供了一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制装置，如图5所示，该装置包括下述单元：

第一计算单元501，用于根据膨胀机入口处的工质的参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口处的工质的压强，计算得到膨胀机出口处的工质的温度。

第二计算单元502，用于利用膨胀机出口处的工质的温度和压强，冷凝器的换热量以及工质的物理特性，计算得到冷凝器的工质出口温度。

匹配单元503，用于将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配。

其中，目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差。

确定单元504，用于若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配成功，将基础压力值确定为储液罐的目标压力值。

确定单元504，用于若冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配失败，根据冷凝器的工质出口温度和目标温度修正基础压力值，得到修正后的压力值，并将修正后的压力值确定为储液罐的目标压力值。

其中，修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。

调整单元505，用于将储液罐的压力调整为储液罐的目标压力值。

本实施例提供的控制装置还包括：

换热量计算单元506，用于：计算所述冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到所述冷凝器的冷却液温差；并用所述冷凝器的冷却液流量，所述冷却液温差以及所述冷却液的比热容，计算得到所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量；再根据所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和所述冷凝器的换热效率，计算得到所述冷凝器的换热量。

具体的，储液罐包括工质腔，压缩空气腔，以及设置于工质腔和压缩空气腔之间的活动隔板，压缩空气腔通过空气阀与压缩空气罐连接；

其中，调整单元505将储液罐的压力调整为储液罐的目标压力值时，具体用于：

根据储液罐的目标压力值调整空气阀的开度，使空气阀的开度和储液罐的目标压力值相匹配。

匹配单元503将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配时，具体用于：

用冷凝器的工质出口温度减去目标温度，得到温度差值；

判断温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

若温度差值的绝对值大于温度阈值，则冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配失败；

若温度差值的绝对值小于或等于温度阈值，则冷凝器的工质出口温度和目标温度匹配成功。

本实施例提供的控制装置还包括：

压力值确定单元507，用于：计算所述冷凝器的冷却液出口温度和所述冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度；并用于根据工质的物理特性以及所述基础饱和温度确定所述基础饱和温度对应的饱和压力，并将所述饱和压力确定为所述基础压力值。

本申请实施例所提供的控制装置，其具体工作原理如前述实施例提供的朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，此处不再赘述。

本申请提供一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制装置，第一计算单元501根据膨胀机入口的工质参数，膨胀机的绝热效率和膨胀机出口的工质压强，计算出膨胀机出口的工质温度，第二计算单元502用膨胀机出口的工质参数，冷凝器的换热量和工质的物理特性，计算出冷凝器的工质出口温度，根据基础压力值对应的工质饱和液温度和过冷度计算出目标温度后，匹配单元503将冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；若匹配成功，确定单元504将储液罐压力调整为基础压力值；若匹配失败，确定单元504修正基础压力值，最后调整单元505将储液罐压力调整为修正后的压力值；修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于冷凝器的工质出口温度与过冷度之和。过冷是液体温度低于液体所处环境的压力对应的饱和温度的状态，过冷度则是过冷状态下液体温度和饱和温度的差值，只要保持液体的过冷度大于一定的阈值，就可以消除液体中的气泡。本方案能够计算出冷凝器的工质出口处的工质温度，然后基于此处的工质温度将储液罐的压力调整为目标压力值，确保储液罐中压力对应的工质饱和温度和冷凝器的工质出口处的工质温度之间的差值满足预先设定的过冷度，从而消除储液罐存储的工质的气泡。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制方法，其特征在于，所述朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵，所述控制方法包括：

根据所述膨胀机入口处的工质的参数，所述膨胀机的绝热效率和所述膨胀机出口处的工质的压强，计算得到所述膨胀机出口处的工质的温度；

利用所述膨胀机出口处的工质的温度和压强，所述冷凝器的换热量以及所述工质的物理特性，计算得到所述冷凝器的工质出口温度；

将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；其中，所述目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差；

若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功，将所述基础压力值确定为所述储液罐的目标压力值；

若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败，根据所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度修正所述基础压力值，得到修正后的压力值，并将所述修正后的压力值确定为所述储液罐的目标压力值；其中，所述修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于所述冷凝器的工质出口温度与所述过冷度之和；

将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，计算所述冷凝器的换热量的方法包括：

计算所述冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到所述冷凝器的冷却液温差；

用所述冷凝器的冷却液流量，所述冷却液温差以及所述冷却液的比热容，计算得到所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量；

根据所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和所述冷凝器的换热效率，计算得到所述冷凝器的换热量。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述储液罐包括工质腔，压缩空气腔，以及设置于所述工质腔和所述压缩空气腔之间的活动隔板，所述压缩空气腔通过空气阀与压缩空气罐连接；

其中，所述将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值，包括：

根据所述储液罐的目标压力值调整所述空气阀的开度，使所述空气阀的开度和所述储液罐的目标压力值相匹配。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配，包括：

用所述冷凝器的工质出口温度减去所述目标温度，得到温度差值；

判断所述温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

若所述温度差值的绝对值大于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败；

若所述温度差值的绝对值小于或等于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，计算所述基础压力值的方法，包括：

计算所述冷凝器的冷却液出口温度和所述冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度；

根据工质的物理特性以及所述基础饱和温度确定所述基础饱和温度对应的饱和压力，并将所述饱和压力确定为所述基础压力值。

6.一种朗肯循环系统的储液罐压力的控制装置，其特征在于，所述朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵，所述控制装置包括：

第一计算单元，用于根据所述膨胀机入口处的工质的参数，所述膨胀机的绝热效率和所述膨胀机出口处的工质的压强，计算得到所述膨胀机出口处的工质的温度；

第二计算单元，用于利用所述膨胀机出口处的工质的温度和压强，所述冷凝器的换热量以及所述工质的物理特性，计算得到所述冷凝器的工质出口温度；

匹配单元，用于将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配；其中，所述目标温度等于基础压力值对应的工质饱和液温度和预设的过冷度之差；

确定单元，用于若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功，将所述基础压力值确定为所述储液罐的目标压力值；还用于若所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败，根据所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度修正所述基础压力值，得到修正后的压力值，并将所述修正后的压力值确定为所述储液罐的目标压力值；其中，所述修正后的压力值对应的工质饱和液温度，等于所述冷凝器的工质出口温度与所述过冷度之和；

调整单元，用于将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括：

换热量计算单元，用于：计算所述冷凝器的冷却液进口温度和冷却液出口温度的差值，得到所述冷凝器的冷却液温差；并用所述冷凝器的冷却液流量，所述冷却液温差以及所述冷却液的比热容，计算得到所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量；再根据所述冷凝器单位时间内的冷却液吸热量和所述冷凝器的换热效率，计算得到所述冷凝器的换热量。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述储液罐包括工质腔，压缩空气腔，以及设置于所述工质腔和所述压缩空气腔之间的活动隔板，所述压缩空气腔通过空气阀与压缩空气罐连接；

其中，所述调整单元将所述储液罐的压力调整为所述储液罐的目标压力值时，具体用于：

根据所述储液罐的目标压力值调整所述空气阀的开度，使所述空气阀的开度和所述储液罐的目标压力值相匹配。

9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述匹配单元将所述冷凝器的工质出口温度和目标温度进行匹配时，具体用于：

用所述冷凝器的工质出口温度减去所述目标温度，得到温度差值；

判断所述温度差值的绝对值是否大于预设的温度阈值；

其中，若所述温度差值的绝对值大于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配失败；若所述温度差值的绝对值小于或等于所述温度阈值，则所述冷凝器的工质出口温度和所述目标温度匹配成功。

10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括：

压力值确定单元，用于：计算所述冷凝器的冷却液出口温度和所述冷凝器的换热窄点温差之和，得到基础饱和温度；并用于根据工质的物理特性以及所述基础饱和温度确定所述基础饱和温度对应的饱和压力，并将所述饱和压力确定为所述基础压力值。

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