CN112186290A - 热循环系统 - Google Patents

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CN112186290A
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Abstract

本发明提供一种热循环系统，其能够实行发动机的废热回收和蓄电池的温控两者。为了解决上述问题，朗肯循环回路5，具有：循环有机介质的主循环流路50、冷凝器52、蒸发器56、压缩膨胀机51、电子膨胀阀54、及可在主循环流路50中的蓄电池容器55内与有机介质进行热交换的蓄电池81。控制装置7，在发动机冷却模式和混合冷却模式中，对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按照蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序循环，在蓄电池加热模式中，对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按照压缩膨胀机51、蓄电池容器55、电子膨胀阀54及冷凝器52的顺序循环。

Description

热循环系统
技术领域
本发明涉及一种热循环系统。更详细地，涉及一种具备内燃机的冷却回路与朗肯循环(Rankine cycle)回路的热循环系统。
背景技术
近年来，开发有一种废热回收系统，其使用朗肯循环，从车辆的内燃机的废热中提取机械能和电能等。在这种废热再生系统中，从废热中提取能量的朗肯循环，根据朗肯循环回路来实现，所述朗肯循环回路具备：泵，其压送工作介质；热交换器，其以内燃机的废热来加热工作介质；膨胀机，其根据使被热交换器加热后的工作介质膨胀，由此，产生机械能和电能；及，冷凝器，其使根据膨胀机膨胀后的工作介质凝缩(参考例如专利文献1)。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2006-118754号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
可是，在除了内燃机之外还包括电动机作为驱动力产生源的所谓的混合动力车辆中，安装有蓄电池温控系统，所述蓄电池温控系统将向电动机提供电力的蓄电池维持在优选的温度。然而，如果想要将这种蓄电池温控系统与上述废热回收系统分开构建，则需要对蓄电池进行加热的加热器和对蓄电池进行冷却的冷却回路等，可能增加整个车辆的零件数量、重量及成本等。
本发明的目的在于提供一种热循环系统，其能够实行发动机的废热回收和蓄电池的温控。
[解决问题的技术手段]
本发明的热循环系统(例如，后述的热循环系统1)，其具备：冷却回路(例如，后述的冷却回路3)，其中循环有与内燃机(例如，后述的发动机2)及其排气进行热交换的冷却水；朗肯循环回路(例如，后述的朗肯循环回路5)，其具有循环有绝缘性的有机介质的循环流路(例如，后述的主循环流路50)、设置在前述循环流路中且在有机介质与外部空气之间进行热交换的第一热交换器(例如，后述的冷凝器52)、设置在前述循环流路中且在有机介质与冷却水之间进行热交换的第二热交换器(例如，后述的蒸发器56)、设置在前述循环流路中且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩并对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压的压缩膨胀机(例如，后述的压缩膨胀机51)、及与前述压缩膨胀机连接的电动发电机(例如，后述的电动发电机57)；及，控制装置(例如，后述的控制装置7)，其在前述内燃机或与该发动机相关的部分的温度即内燃机温度比规定的可回收废热温度高的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环；
所述热循环系统的特征在于：
前述朗肯循环回路，其具有：膨胀阀(例如，后述的电子膨胀阀54)，其设置在前述循环流路中，且对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压；及，蓄电装置(例如，后述的蓄电池81)，其可在前述循环流路中的热交换部(例如，后述的蓄电池容器55)內与有机介质进行热交换；
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述压缩膨胀机、前述热交换部、前述膨胀阀及前述第一热交换器的顺序循环。
此时，优选的是，在前述循环流路中，并列设置有泵(例如，后述的第一泵53)与前述膨胀阀，所述泵对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述泵、前述热交换部、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环。
本发明的热循环系统(例如，后述的热循环系统1)，其具备：冷却回路(例如，后述的冷却回路3)，其中循环有与内燃机(例如，后述的发动机2)及其排气进行热交换的冷却水；朗肯循环回路(例如，后述的朗肯循环回路5)，其具有循环有绝缘性的有机介质的循环流路(例如，后述的主循环流路50)、设置在前述循环流路中且在有机介质与外部空气之间进行热交换的第一热交换器(例如，后述的冷凝器52)、设置在前述循环流路中且在有机介质与冷却水之间进行热交换的第二热交换器(例如，后述的蒸发器56)、设置在前述循环流路中且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩并对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压的压缩膨胀机(例如，后述的压缩膨胀机51)、及与前述压缩膨胀机连接的电动发电机(例如，后述的电动发电机57)；及，控制装置(例如，后述的控制装置7)，其在前述内燃机或与该发动机相关的部分的温度即内燃机温度比规定的可回收废热温度高的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环；
所述热循环系统的特征在于：
前述朗肯循环回路，其具有：泵，(例如，后述的第一泵53)，其设置在前述循环流路中，且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩；及，蓄电装置(例如，后述的蓄电池81)，其可在前述循环流路中的热交换部內与有机介质进行热交换；
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述泵、前述热交换部、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环。
此时，优选的是，在前述循环流路中，并列设置有膨胀阀(例如，后述的电子膨胀阀54)与前述泵，所述膨胀阀对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述压缩膨胀机、前述热交换部、前述膨胀阀及前述第一热交换器的顺序循环。
此时，优选的是，在前述循环流路中，沿第一流动方向，依序设置有前述泵、前述热交换部、前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述泵和前述电动发电机进行操作，使得前述热交换部内的有机介质维持在沸腾的状态。
此时，优选的是，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，使用前述泵和前述电动发电机来控制前述热交换部内的有机介质的量和压力，使得前述热交换部内的有机介质的沸点维持在前述蓄电装置的目标温度。
(发明的效果)
(1)在本发明的热循环系统中，控制装置，在内燃机温度比可回收废热温度高且能够根据内燃机的废热来使电动发电机发电的情况下，对朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照第二热交换器、压缩膨胀机及第一热交换器的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，在第二热交换器内被冷却水加热，该冷却水已根据内燃机及其排气而被加热，然后在压缩膨胀机内被减压，并在第一热交换器内与外部空气作热交换而被冷却。由此，在内燃机温度比可回收废热温度高的情况下，能够将内燃机的一部分废热，利用在压缩膨胀机内将有机介质减压的过程中，根据电动发电机转化成电能加以回收。另外，在本发明中，朗肯循环回路，在循环流路中，具有：膨胀阀，其对从第二热交换器侧流向第一热交换器侧的有机介质进行减压；及，蓄电装置，其可在循环流路中的热交换部内与有机介质进行热交换。另外，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照压缩膨胀机、热交换部、膨胀阀及第一热交换器的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，在压缩膨胀机内被压缩，并在热交换部内与蓄电装置作热交换而被冷却，然后根据膨胀阀而被减压，并在第一热交换器内与外部空气作热交换而被加热。由此，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求加热状态的情况下，根据将外部空气的一部分热能提供给蓄电装置，能够加热蓄电装置。由以上所述，根据本发明的热循环系统，能够实行内燃机的废热回收和蓄电装置的加热两者。
(2)在本发明中，在循环流路中，如以上所述，并列设置有膨胀阀与泵，所述膨胀阀对从第二热交换器侧流向第一热交换器侧的有机介质进行减压，所述泵对流向相反的从第一热交换器侧流向第二热交换器侧的有机介质进行压缩。另外，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照泵、热交换部、压缩膨胀机及第一热交换器的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，被泵压缩，并在热交换部内与蓄电装置作热交换而被加热，然后在压缩膨胀机内被减压，并在第一热交换器内与外部空气作热交换而被冷却。由此，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，根据将蓄电装置的一部分热能向外部空气排出，能够冷却蓄电装置。由以上所述，根据本发明的热循环系统，能够实行内燃机的废热回收与蓄电装置的加热和冷却。
(3)在本发明的热循环系统中，根据与上述(1)的发明同样的顺序，能够将内燃机的一部分废热，利用在压缩膨胀机内将有机介质减压的过程中，根据电动发电机转化成电能加以回收。另外，在本发明中，朗肯循环回路，在循环流路中，具有：泵，其对从第一热交换器侧流向第二热交换器侧的有机介质进行压缩；及，蓄电装置，其可在循环流路中的热交换部内与有机介质进行热交换。另外，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照泵、热交换部、压缩膨胀机及第一热交换器的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，被泵压缩，并在热交换部内与蓄电装置作热交换而被加热，然后在压缩膨胀机内被减压，并在第一热交换器内与外部空气作热交换而被冷却。由此，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，根据将蓄电装置的一部分热能向外部空气排出，能够冷却蓄电装置。由以上所述，根据本发明的热循环系统，能够实行内燃机的废热回收和蓄电装置的冷却两者。
(4)在本发明中，在循环流路中，如以上所述，并列设置有泵与膨胀阀，所述泵对从第一热交换器侧流向第二热交换器侧的有机介质进行压缩，所述膨胀阀对流向相反的从第二热交换器侧流向第一热交换器侧的有机介质进行减压。另外，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照压缩膨胀机、热交换部、膨胀阀及第一热交换器的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，在压缩膨胀机内被压缩，并在热交换部内与蓄电装置作热交换而被冷却，然后根据膨胀阀而被减压，并在第一热交换器内与外部空气作热交换而被加热。由此，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求加热状态的情况下，根据将外部空气的一部分热能提供给蓄电装置，能够加热蓄电装置。由以上所述，根据本发明的热循环系统，能够实行内燃机的废热回收与蓄电装置的加热和冷却。
(5)在本发明中，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对泵和电动发电机进行操作，使得可与蓄电装置作热交换的在热交换部内的有机介质维持在沸腾的状态。根据本发明，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，在热交换部内能够根据有机介质的潜热来冷却蓄电装置，所以能够有效地冷却蓄电装置。
(6)在本发明中，控制装置，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，使用泵和电动发电机来控制热交换部内的有机介质的量和压力，使得热交换部内的有机介质的沸点维持在蓄电装置的目标温度。根据本发明，在内燃机温度为可回收废热温度以下且蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，在热交换部内能够根据有机介质的潜热来冷却蓄电装置，并能够将此有机介质的温度维持在蓄电装置的目标温度，所以能够迅速地将蓄电装置冷却至目标温度。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的热循环系统的构成的图。
图2是用于说明根据控制装置实现的多个控制模式的内容的表。
图3A是示出在蓄电池加热模式下实现的有机介质的流动的图。
图3B是示出在蓄电池冷却模式下实现的有机介质的流动的图。
图3C是示出在第一和第二发动机冷却模式下实现的有机介质的流动的图。
图3D是示出在第一和第二混合冷却模式下实现的有机介质的流动的图。
图4A是在执行蓄电池加热模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。
图4B是在执行蓄电池冷却模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。
图4C是在执行第一和第二发动机冷却模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。
图4D是在执行第一和第二混合冷却模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。
其中，附图标记：
1 热循环系统
2 发动机(内燃机)
3 冷却回路
5 朗肯循环回路
7 控制装置
50 主循环流路
51 压缩膨胀机
52 冷凝器(第一热交换器)
53 第一泵(泵)
54 电子膨胀阀(膨胀阀)
55 蓄电池容器(热交换部)
56 蒸发器(第二热交换器)
57 电动发电机
60 旁路流路
61 第二泵
81 蓄电池(蓄电装置)
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的一实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式的热循环系统1的构成的图。热循环系统1，安装在具备内燃机2(以下，称为“发动机2”)的车辆中，在启动时对发动机2进行预热，或将预热后的发动机2产生的废热进行回收并转化成电能。
热循环系统1具备：冷却回路3，其路径的一部分中包括发动机2且其中循环有冷却水；朗肯循环回路5，其中循环有绝缘性的有机介质；控制装置7，其对这些冷却回路3和朗肯循环回路5进行操作；及，蓄电池81，可进行放电和充电。
冷却回路3由冷却水的循环流路33和设置在该循环流路33中的多个装置构成，所述冷却水的循环流路33中循环有与发动机2及其排气进行热交换的冷却水。更具体地，冷却回路3具备：循环流路33，其在流路中包括设置在朗肯循环回路5中的后述的蒸发器56；第一冷却水流路31，其作为该循环流路33的一部分；第二冷却水流路32，其作为循环流路33的一部分；第一水泵35和第二水泵36，其在循环流路33中压送冷却水；加热器芯37，其根据流经循环流路33的冷却水对舱体进行加热；及，旁路流路34，其绕过循环流路33之中的第二冷却水流路32、第二水泵36及加热器芯37。
第一冷却水流路31是形成在发动机2的气缸体中的冷却水的流路，促进冷却水与发动机2之间的热交换。第二冷却水流路32是促进冷却水与排气之间的热交换的冷却水的流路。此第二冷却水流路32，形成在排气管之中的比排气净化催化剂21更靠近下游侧。在环形的循环流路33中，当利用第一水泵35和第二水泵36使冷却水循环时，蒸发器56设置在比第二冷却水流路32和加热器芯37更靠近下游侧且比第一冷却水流路31更靠近上游侧的位置。
第一水泵35设置在循环流路33之中的蒸发器56与第一冷却水流路31之间。第一水泵35根据来自控制装置7的控制信号运行，并在循环流路33内从蒸发器56侧向第一冷却水流路31侧压送冷却水。
旁路流路34，与循环流路33之中的第一冷却水流路31和第二冷却水流路32之间的分支部38、及蒸发器56连接。因此，从第一冷却水流路31流出的一部分冷却水，经由该旁路流路34向蒸发器56或第一水泵35回流。
第二水泵36设置在循环流路33之中的分支部38与第二冷却水流路32之间。第二水泵36，根据来自控制装置7的控制信号运行，并在循环流路33中从第一冷却水流路31侧向第二冷却水流路32侧压送冷却水。
朗肯循环回路5具备：环形的主循环流路50，其中循环有比冷却水沸点低且比热低还具有绝缘性的有机介质；压缩膨胀机51、冷凝器52、第一泵53、电子膨胀阀54、蓄电池容器55及蒸发器56，均设置在该主循环流路50上；旁路流路60，其绕过设置在主循环流路50中的多个装置的一部分；及，第二泵61，其设置在该旁路流路60中。
压缩膨胀机51设置在主循环流路50之中的蒸发器56与冷凝器52之间。压缩膨胀机51，对在主循环流路50中从蒸发器56侧流向冷凝器52侧的有机介质进行减压(以下，也将此流动方向称为“第一流动方向F1”)，并对在主循环流路50中从冷凝器52侧流向蒸发器56侧的有机介质进行压缩(以下，也将此流动方向称为“第二流动方向F2”)。压缩膨胀机51，进行有机介质在主循环流路50中沿第一流动方向F1流动的正向旋转时，对经过蒸发器56的有机介质进行减压并提供给冷凝器52。另外，压缩膨胀机51，进行有机介质在主循环流路50中沿第二流动方向F2流动的逆向旋转时，对经过冷凝器52的有机介质进行压缩并提供给蒸发器56。
另外，在压缩膨胀机51的驱动轴51a上，连接有电动发电机57。此电动发电机57可根据来自控制装置7的控制信号，与蓄电池81之间进行电能的传递。因此，电动发电机57，能够利用由蓄电池81提供的电力来使压缩膨胀机51正向旋转或逆向旋转，或者能够利用在压缩膨胀机51内使有机介质减压的过程中回收的机械能进行发电，并利用此发电电力对蓄电池81进行充电。
冷凝器52，在主循环流路50中，沿第一流动方向F1设置在压缩膨胀机51的下游侧。冷凝器52，具备流通有机介质的有机介质流路、及向该有机介质流路提供外部空气的风扇，并在有机介质与外部空气之间进行热交换。
蒸发器56，在主循环流路50中，沿第一流动方向F1设置在压缩膨胀机51的上游侧。蒸发器56，具备流通有机介质的有机介质流路、及流通冷却回路3的冷却水的冷却水流路，并在有机介质与冷却水之间进行热交换。
蓄电池容器55，在主循环流路50中，沿第一流动方向F1设置在蒸发器56的上游侧。在蓄电池容器55的内部流通有机介质。另外，在蓄电池容器55的内部，以浸渍于有机介质中的方式设置有蓄电池81。因此，蓄电池81可与在蓄电池容器55内流通的有机介质之间进行热交换。
主循环流路50之中的冷凝器52与蓄电池容器55之间的部分，被分支成第一支路50a和第二支路50b。另外，在第一支路50a中设置有第一泵53，在第二支路50b中设置有电子膨胀阀54。也就是说，第一泵53和电子膨胀阀54并列设置在主循环流路50中。
第一泵53，在第一支路50a中，沿第一流动方向F1设置在冷凝器52的下游侧且蓄电池容器55的上游侧。第一泵53根据来自控制装置7的控制信号运行，对在第一支路50a中沿第一流动方向F1流动的有机介质进行压缩。第一泵53的转速控制装置7进行调整。
电子膨胀阀54，在第二支路50b中，沿第二流动方向F2设置在蓄电池容器55的下游侧且冷凝器52的上游侧。电子膨胀阀54是节流阀，对在第二支路50b中，沿第二流动方向F2流动的有机介质进行减压。电子膨胀阀54的开度，根据来自控制装置7的控制信号进行调整。
根据上述说明，按照沿第一流动方向F1的顺序，在主循环流路50中设置有压缩膨胀机51、冷凝器52、第一泵53、蓄电池容器55及蒸发器56。另外，按照沿第二流动方向F2的顺序，在主循环流路50中设置有压缩膨胀机51、蒸发器56、蓄电池容器55、电子膨胀阀54及冷凝器52。
旁路流路60，将主循环流路50之中的冷凝器52与分支路50a,50b之间、及蓄电池容器55与蒸发器56之间连接。也就是说，旁路流路60，在主循环流路50中，形成绕过第一泵53、电子膨胀阀54及蓄电池容器55的流路。
第二泵61，根据来自控制装置7的控制信号运行，对在主循环流路50中沿第一流动方向F1流动的有机介质进行压缩。第二泵61的转速根据控制装置7进行调整。也就是说，根据开启(ON)此第二泵61，使从冷凝器52沿第一流动方向F1流出的一部分有机介质，绕过第一泵53、电子膨胀阀54及蓄电池容器55，并回流至蒸发器56。
根据如上所述的热循环系统1，根据控制装置7对朗肯循环回路5的第一泵53、电子膨胀阀54、电动发电机57及第二泵61等进行操作，由此，可使朗肯循环回路5在多个控制模式下运行。
图2是汇总了根据控制装置7来实现的多个控制模式的内容的表。
如图2所示，控制模式分为以下6种模式，即：蓄电池加热模式，其主要对蓄电池81进行加热；蓄电池冷却模式，其主要对蓄电池81进行冷却；第一发动机冷却模式，其回收发动机2的废热，并对发动机2及其冷却水进行冷却；第一混合冷却模式，其回收发动机2的废热，并对蓄电池81和发动机2及其冷却水进行冷却；第二发动机冷却模式，其比第一发动机冷却模式更快地冷却发动机2；及，第二混合冷却模式，其比第一混合冷却模式更快地冷却蓄电池81和发动机2及其冷却水。此外，在上述6种控制模式之中，蓄电池冷却模式、第一发动机冷却模式及第一混合冷却模式，也可以说成是可回收蓄电池81和发动机2的废热的废热回收模式。
如图2所示，控制装置7，根据发动机2的冷却水温度，将发动机2的状态分成三种状态。更具体地，发动机2的状态分为如下状态，即：不可回收废热状态，其冷却水温度比规定的可回收废热温度低且在朗肯循环回路5中不能回收发动机2的废热；可回收废热状态，其冷却水温度在上述可回收废热温度以上且在朗肯循环回路5中可回收发动机2的废热；及，请求发动机保护状态，其冷却水温度为被设置成高于上述可回收废热温度的发动机保护温度以上，且需要迅速冷却发动机2及其冷却水。此外，以下，根据与发动机2相关的部分的温度即发动机2的冷却水的温度，将发动机2的状态，分成不可回收废热状态、可回收废热状态及请求发动机保护状态的情况进行了说明，但本发明不限于此。更具体地，也可以根据发动机2的温度来代替发动机2的冷却水温度，对发动机2的状态进行分类。
另外，如图2所示，控制装置7，根据其温度即蓄电池温度，将蓄电池81的状态分为两种状态。更具体地，蓄电池81的状态分为如下状态，即：请求蓄电池加热状态，其蓄电池温度低于其最优温度而需要对蓄电池81进行加热；及，请求蓄电池冷却状态，其蓄电池温度为上述最优温度以上而需要对蓄电池81进行冷却。
如图2所示，在发动机2的状态处于不可回收废热状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池加热状态的情况下，控制装置7在蓄电池加热模式下对朗肯循环回路5进行操作，在发动机2的状态处于不可回收废热状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池冷却状态的情况下，控制装置7在蓄电池冷却模式下对朗肯循环回路5进行操作。另外，在发动机2的状态处于可回收废热状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池加热状态的情况下，控制装置7在第一发动机冷却模式下对朗肯循环回路5进行操作，在发动机2的状态处于可回收废热状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池冷却状态的情况下，控制装置7在第一混合冷却模式下对朗肯循环回路5进行操作。另外，在发动机2的状态处于请求发动机保护状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池加热状态的情况下，控制装置7在第二发动机冷却模式下对朗肯循环回路5进行操作，在发动机2的状态处于请求发动机保护状态且蓄电池81的状态处于请求蓄电池冷却状态的情况下，控制装置7在第二混合冷却模式下对朗肯循环回路5进行操作。以下，对各控制模式的细节进行说明。
＜蓄电池加热模式＞
图3A是示出在执行蓄电池加热模式时，在朗肯循环回路5中实现的有机介质的流动的图。如图3A中的粗箭头所示，在蓄电池加热模式下，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第二流动方向F2按照压缩膨胀机51、蒸发器56、蓄电池容器55、电子膨胀阀54及冷凝器52的顺序循环。更具体地，在蓄电池加热模式下，控制装置7关闭(OFF)第一泵53和第二泵61，并由蓄电池81向电动发电机57提供电力，从而利用电动发电机57使压缩膨胀机51逆向旋转，进而打开电子膨胀阀54。在蓄电池加热模式下，根据控制装置7，按照上述方式对朗肯循环回路5进行操作，由此，实现了图4A所示的热循环。
图4A是示出在执行蓄电池加热模式时，在朗肯循环回路5中实现的热循环的莫里尔线图。在图4A中，用细虚线表示有机介质的饱和蒸汽线，用细点划线表示有机介质的饱和液线。即，有机介质在饱和蒸汽线的右侧成为过热蒸汽的状态，在饱和液线的左侧成为过冷液体的状态，在饱和蒸汽线和饱和液线之间成为沸腾的状态。如图4A所示，在执行蓄电池加热模式时，有机介质被压缩膨胀机51压缩，并以过热蒸汽的状态被提供给蒸发器56和蓄电池容器55。被压缩膨胀机51压缩后的有机介质，在流经蒸发器56和蓄电池容器55的过程中，与冷却水和蓄电池81作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给电子膨胀阀54。被提供给电子膨胀阀54的有机介质，根据电子膨胀阀54而被减压，并以过冷液体的状态或混相状态被提供给冷凝器52。由电子膨胀阀54提供的有机介质，在流经冷凝器52的过程中，与外部空气作热交换而被加热，并以过热蒸汽的状态被提供给压缩膨胀机51。因此，在执行蓄电池加热模式时，由于外部空气的一部分热能被提供给蓄电池81，由此，蓄电池81的温度上升。
＜蓄电池冷却模式＞
图3B是示出在执行蓄电池冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的有机介质的流动的图。如图3B中的粗箭头所示，在蓄电池冷却模式下，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第一流动方向F1按照第一泵53、蓄电池容器55、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序循环。更具体地，在蓄电池加热模式下，控制装置7关闭第二泵61，关闭电子膨胀阀54，并开启第一泵53，使压缩膨胀机51正向旋转。在蓄电池冷却模式下，根据控制装置7，按照上述方式对朗肯循环回路5进行操作，由此，实现了图4A所示的热循环。
图4B是示出在执行蓄电池冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的热循环的莫里尔线图。如图4B所示，在执行蓄电池冷却模式时，有机介质被第一泵53压缩，并以过冷液体的状态被提供给蓄电池容器55和蒸发器56。被第一泵53压缩后的有机介质，在流经蓄电池容器55和蒸发器56的过程中，与蓄电池81和冷却水作热交换而被加热，并以过热蒸汽的状态被提供给压缩膨胀机51。从蒸发器56以过热蒸汽的状态流出的有机介质，在压缩膨胀机51内被减压，并以过热蒸汽的状态被提供给冷凝器52。由压缩膨胀机51提供的有机介质，在流经冷凝器52的过程中，与外部空气作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给第一泵53。因此，在执行蓄电池冷却模式时，蓄电池81的一部分热能被向外部空气排出，由此，蓄电池81的温度下降。本文中，在蓄电池冷却模式下，控制装置7对第一泵53和电动发电机57进行操作，使得有机介质在蓄电池容器55内维持在沸腾的状态，换言之，使得蓄电池81在蓄电池容器55内被有机介质的潜热冷却。
本文中，有机介质在蓄电池容器55内的沸点，根据有机介质在蓄电池容器55内的量和压力的变化而变化。因此，在蓄电池冷却模式下，控制装置7使用第一泵53和电动发电机57对有机介质在蓄电池容器55内的量和压力进行控制，使得有机介质在蓄电池容器55内的沸点维持在被规定在蓄电池81的最优温度附近的目标温度。更具体地，控制装置7，计算出有机介质在蓄电池容器55内的目标量和目标压力，使得有机介质在蓄电池容器55内的沸点维持在上述目标温度，同时，调整第一泵53的转速，使得有机介质在蓄电池容器55内的量成为上述目标量，进而，使电动发电机57作为发电机、空载状态、或电动机运行，使得有机介质在蓄电池容器55内的压力成为上述目标压力。
＜第一发动机冷却模式＞
图3C是示出在执行第一和第二发动机冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的有机介质的流动的图。如图3C中的粗箭头所示，在第一发动机冷却模式下，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第一流动方向F1按照第二泵61、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序循环。更具体地，在第一发动机冷却模式下，控制装置7关闭第一泵53，关闭电子膨胀阀54，并开启第二泵61，使压缩膨胀机51正向旋转。在第一发动机冷却模式下，根据控制装置7，按照上述方式对朗肯循环回路5进行操作，由此，实现了图4C所示的热循环。
图4C是示出在执行第一和第二发动机冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的热循环的莫里尔线图。如图4C所示，在执行第一发动机冷却模式时，有机介质被第二泵61压缩，并以过冷液体的状态被提供给蒸发器56。被第二泵61压缩后的有机介质，在流经蒸发器56的过程中，与冷却水作热交换而被加热，并以过热蒸汽的状态被提供给压缩膨胀机51。从蒸发器56以过热蒸汽的状态流出的有机介质，在压缩膨胀机51内被减压，并以过热蒸汽的状态被提供给冷凝器52。由压缩膨胀机51提供的有机介质，在流经冷凝器52的过程中，与外部空气作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给第二泵61。本文中，在第一发动机冷却模式下，控制装置7，利用在压缩膨胀机51内对有机介质进行减压的过程中在驱动轴51a上产生的机械能，使电动发电机57发电，并利用由此获得的电力，对蓄电池81进行充电。因此，在执行第一发动机冷却模式时，冷却水的一部分热能被向外部空气排出，并被电动发电机57转化成电能进行回收，由此，冷却水和发动机2的温度下降。本文中，在第一发动机冷却模式下，控制装置7对第二泵61和电动发电机57进行操作，使得有机介质在蒸发器56内维持沸腾的状态，换言之，使得冷却水在蒸发器56内被有机介质的潜热冷却。
本文中，有机介质在蒸发器56内的沸点，根据有机介质在蒸发器56内的量和压力的变化而变化。因此，在第一发动机冷却模式下，控制装置7使用第二泵61和电动发电机57对有机介质在蒸发器56内的量和压力进行控制，使得有机介质在蒸发器56内的沸点维持在冷却水的目标温度。更具体地，控制装置7，计算出有机介质在蒸发器56内的目标量和目标压力，使得有机介质在蒸发器56内的沸点维持在上述目标温度，同时，调整第二泵61的转速，使得有机介质在蒸发器56内的量成为上述目标量，进而对电动发电机57的发电量进行调整，使得有机介质在蒸发器56内的压力成为上述目标压力。
如上所述，在第一发动机冷却模式下，由于控制装置7使电动发电机57作为发电机运行，因此，蒸发器56内的压力高于上述的蓄电池加热模式和蓄电池冷却模式(参考图2)。
＜第一混合冷却模式＞
图3D是示出在执行第一和第二混合冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的有机介质的流动的图。如图3D中的粗箭头所示，在第一混合冷却模式下，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第一循环流路和第二循环流路这两条循环流路循环，第一循环流路是有机介质沿第一流动方向F1按照第一泵53、蓄电池容器55、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序构成的，第二循环流路是有机介质沿第一流动方向F1按照第二泵61、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序构成的。更具体地，在第一混合冷却模式下，控制装置7关闭电子膨胀阀54，并开启第一泵53和第二泵61，使压缩膨胀机51正向旋转。在第一混合冷却模式下，根据控制装置7，按照上述方式对朗肯循环回路5进行操作，由此，实现了图4D所示的热循环4。
图4D是示出在执行第一和第二混合冷却模式时，在朗肯循环回路5中实现的热循环的莫里尔线图。如图4D所示，在执行第一混合冷却模式时，有机介质被第一泵53压缩，并以过冷液体的状态被提供给蓄电池容器55。被第一泵53压缩后的有机介质，在流经蓄电池容器55的过程中，与蓄电池81作热交换而被加热，并以过热蒸汽或沸腾的状态被提供给蒸发器56。从蓄电池容器55以过热蒸汽或沸腾的状态流出的有机介质，在流经蒸发器56的过程中，与冷却水作热交换而被进一步加热，并以过热蒸汽的状态被提供给压缩膨胀机51。从蒸发器56以过热蒸汽的状态流出的有机介质，在压缩膨胀机51内被减压，并以过热蒸汽的状态被提供给冷凝器52。由压缩膨胀机51提供的有机介质，在流经冷凝器52的过程中，与外部空气作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给第一泵53。另外，如上所述，在第一混合冷却模式下，除开启第一泵53之外还开启第二泵61。因此，从冷凝器52以过冷液体的状态流出的一部分有机介质被第二泵61压缩，绕过第一泵53和蓄电池容器55，并以过冷液体的状态被提供给蒸发器56。
本文中，在第一混合冷却模式下，控制装置7，利用在压缩膨胀机51内对有机介质进行减压的过程中在驱动轴51a上产生的机械能，使电动发电机57发电，并利用由此获得的电力对蓄电池81进行充电。因此，在执行第一混合冷却模式时，蓄电池81的一部分热能和冷却水的一部分热能被向外部空气排出，同时根据电动发电机57转化成电能而被回收，由此，蓄电池81及冷却水和发动机2的温度下降。
本文中，在第一混合冷却模式下，控制装置7对第一泵53、第二泵61及电动发电机57进行操作，使得有机介质以比沸点稍低的温度从蓄电池容器55流出，且使得有机介质在蒸发器56内维持在沸腾的状态，换言之，使得蓄电池81在蓄电池容器55内被有机介质的显热冷却，且冷却水在蒸发器56内被有机介质的潜热冷却。
如上所述，有机介质在蒸发器56内的沸点，根据有机介质在蒸发器56内的量和压力的变化而变化。因此，在第一混合冷却模式下，控制装置7使用第一泵53、第二泵61及电动发电机57，对有机介质在蒸发器56内的量和压力进行控制，使得从蓄电池容器55流出的有机介质的温度比沸点稍低，且使得有机介质在蒸发器56内的沸点维持在冷却水的目标温度。更具体地，控制装置7，计算出有机介质在蓄电池容器55内的目标量以及有机介质在蒸发器56内的有机介质的目标量和目标压力，使得有机介质以比沸点稍低的温度从蓄电池容器55流出且有机介质在蒸发器56内的沸点维持在上述目标温度，调整第一泵53的转速，使得有机介质在蓄电池容器55内的量成为上述目标量，调整第二泵61的转速，使得有机介质在蒸发器56内的量成为上述目标量，进而，调整电动发电机57的发电量，使得有机介质在蒸发器56内的压力成为上述目标压力。
如上所述，在第一混合冷却模式下，由于控制装置7将电动发电机57作为发电机运行，因此，蒸发器56内的压力高于上述的蓄电池加热模式和蓄电池冷却模式(参考图2)。
＜第二发动机冷却模式＞
如图3C中的粗箭头所示，在第二发动机冷却模式下，与上述的第一发动机冷却模式相同，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第一流动方向F1按照第二泵61、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序循环。由此，在第二发动机冷却模式下，如图4C所示，实现了在定性上与第一发动机冷却模式相同的热循环。
如参考图2所说明地，在蓄电池81处于请求蓄电池加热状态，且冷却水温度高于或等于可回收废热温度且低于发动机保护温度的情况下，控制装置7执行第一发动机冷却模式，在蓄电池81处于请求蓄电池加热状态，且冷却水温度高于或等于发动机保护温度且需要迅速冷却发动机2及其冷却水的情况下，执行第二发动机冷却模式。因此，在第二发动机冷却模式下，控制装置7将电动发电机57设为空载状态、或将蓄电池81的电力提供给电动发电机57，从而利用电动发电机57来驱动压缩膨胀机51，以便能够迅速地对冷却水进行冷却。由此，在第二发动机冷却模式下，蒸发器56内的压力低于上述的第一发动机冷却模式和第一混合冷却模式(参考图2)。
＜第二混合冷却模式＞
如图3D中的粗箭头所示，在第二混合冷却模式中，与上述的第一混合冷却模式相同，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质沿第一循环流路和第二循环流路这两条循环流路循环，第一循环流路是有机介质沿第一流动方向F1按照第一泵53、蓄电池容器55、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序构成的，第二循环流路是按照第二泵61、蒸发器56、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序构成的。由此，在第二混合冷却模式中，如图4D所示，实现了在定性上与第一混合冷却模式相同的热循环。
如参考图2所说明地，在蓄电池81处于请求蓄电池冷却状态，且冷却水温度高于或等于可回收废热温度且低于发动机保护温度的情况下，控制装置7执行第一混合冷却模式，在蓄电池81处于请求蓄电池冷却状态，且冷却水温度高于或等于发动机保护温度且需要迅速冷却发动机2及其冷却水的情况下，执行第二混合冷却模式。因此，在第二混合冷却模式下，控制装置7将电动发电机57设为空载状态、或将蓄电池81的电力提供给电动发电机57，从而利用电动发电机57来驱动压缩膨胀机51，以便能够迅速地对冷却水进行冷却。由此，在第二混合冷却模式下，蒸发器56内的压力低于上述的第一发动机冷却模式和第一混合冷却模式(参考图2)。
根据本实施方式的热循环系统1，起到以下的效果。
(1)控制装置7，在发动机2的冷却水温度比可回收废热温度高且能够根据发动机2的废热来使电动发电机57发电的情况下，对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按照蒸发器56、压缩膨胀机及冷凝器52的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，在蒸发器56内被冷却水加热，该冷却水已根据发动机2及其排气而被加热，然后在压缩膨胀机51内被减压，并在冷凝器52内与外部空气作热交换而被冷却。由此，在冷却水温度比可回收废热温度高的情况下，能够将发动机2的一部分废热，利用在压缩膨胀机51内将有机介质减压的过程中，根据电动发电机57转化成电能加以回收。另外，在热循环系统1中，朗肯循环回路5，在主循环流路50中，具有：电子膨胀阀54，其对沿第一流动方向F1流动的有机介质进行减压；及，蓄电池81，其可在主循环流路50中的蓄电池容器55内与有机介质进行热交换。另外，控制装置7，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求加热状态的情况下，对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按照压缩膨胀机51、蓄电池容器55、电子膨胀阀54及冷凝器52的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，在压缩膨胀机51内被压缩，并在蓄电池容器55内与蓄电池81作热交换而被冷却，然后根据电子膨胀阀54而被减压，并在冷凝器52内与外部空气作热交换而被加热。由此，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求加热状态的情况下，根据将外部空气的一部分热能提供给蓄电池81，能够加热蓄电池81。由以上所述，根据热循环系统1，能够实行发动机2的废热回收和蓄电池的加热两者。
(2)在主循环流路50中，如以上所述，并列设置有电子膨胀阀54与第一泵53，所述电子膨胀阀54对沿第一流动方向F1流动的有机介质进行减压，所述第一泵53对沿与第一流动方向F1相反的第二流动方向F2流动的有机介质进行压缩。另外，控制装置7，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按照第一泵53、蓄电池容器55、压缩膨胀机51及冷凝器52的顺序循环。若以这样的方式使有机介质循环，有机介质，被第一泵53压缩，并在蓄电池容器55内与蓄电池81作热交换而被加热，然后在压缩膨胀机51内被减压，并在冷凝器52内与外部空气作热交换而被冷却。由此，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，根据将蓄电池81的一部分热能向外部空气排出，能够冷却蓄电池81。由以上所述，根据热循环系统1，能够实行发动机2的废热回收与蓄电池的加热和冷却。
(5)控制装置7，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，对第一泵53和电动发电机57进行操作，使得在蓄电池容器55内可与蓄电池81作热交换的有机介质维持在沸腾的状态。根据热循环系统1，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，在蓄电池容器55内能够根据有机介质的潜热来冷却蓄电池81，所以能够有效地冷却蓄电池81。
(6)控制装置7，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，使用第一泵53和电动发电机57来控制蓄电池容器55内的有机介质的量和压力，使得蓄电池容器55内的有机介质的沸点维持在蓄电池81的目标温度。根据热循环系统1，在冷却水温度为可回收废热温度以下且蓄电池81处于请求冷却状态的情况下，在蓄电池容器55内能够根据有机介质的潜热来冷却蓄电池81，并能够将此有机介质的温度维持在蓄电池81的目标温度，所以能够迅速地将蓄电池81冷却至目标温度。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于此。也可以在本发明的主旨的范围内对细节部分的构成进行适当地变更。

Claims (6)

1.一种热循环系统，其具备：
冷却回路，其中循环有与内燃机及其排气进行热交换的冷却水；
朗肯循环回路，其具有循环有绝缘性的有机介质的循环流路、设置在前述循环流路中且在有机介质与外部空气之间进行热交换的第一热交换器、设置在前述循环流路中且在有机介质与冷却水之间进行热交换的第二热交换器、设置在前述循环流路中且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩并对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压的压缩膨胀机、及与前述压缩膨胀机连接的电动发电机；及，
控制装置，其在前述内燃机或与该发动机相关的部分的温度即内燃机温度比规定的可回收废热温度高的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环；
所述热循环系统的特征在于：
前述朗肯循环回路，其具有：膨胀阀，其设置在前述循环流路中，且对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压；及，蓄电装置，其可在前述循环流路中的热交换部內与有机介质进行热交换；
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述压缩膨胀机、前述热交换部、前述膨胀阀及前述第一热交换器的顺序循环。
2.根据权利要求1所述的热循环系统，其中，在前述循环流路中，并列设置有泵与前述膨胀阀，所述泵对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述泵、前述热交换部、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环。
3.一种热循环系统，其具备：
冷却回路，其中循环有与内燃机及其排气进行热交换的冷却水；
朗肯循环回路，其具有循环有绝缘性的有机介质的循环流路、设置在前述循环流路中且在有机介质与外部空气之间进行热交换的第一热交换器、设置在前述循环流路中且在有机介质与冷却水之间进行热交换的第二热交换器、设置在前述循环流路中且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩并对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压的压缩膨胀机、及与前述压缩膨胀机连接的电动发电机；及，
控制装置，其在前述内燃机或与该发动机相关的部分的温度即内燃机温度比规定的可回收废热温度高的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环；
所述热循环系统的特征在于：
前述朗肯循环回路，其具有：泵，其设置在前述循环流路中，且对从前述第一热交换器侧流向前述第二热交换器侧的有机介质进行压缩；及，蓄电装置，其可在前述循环流路中的热交换部內与有机介质进行热交换；
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述泵、前述热交换部、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器的顺序循环。
4.根据权利要求3所述的热循环系统，其中，在前述循环流路中，并列设置有膨胀阀与前述泵，所述膨胀阀对从前述第二热交换器侧流向前述第一热交换器侧的有机介质进行减压，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求加热状态的情况下，对前述朗肯循环回路进行操作，使得有机介质按照前述压缩膨胀机、前述热交换部、前述膨胀阀及前述第一热交换器的顺序循环。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的热循环系统，其中，在前述循环流路中，沿第一流动方向，依序设置有前述泵、前述热交换部、前述第二热交换器、前述压缩膨胀机及前述第一热交换器，
并且，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，对前述泵和前述电动发电机进行操作，使得前述热交换部内的有机介质维持在沸腾的状态。
6.根据权利要求5所述的热循环系统，其中，前述控制装置，在前述内燃机温度为前述可回收废热温度以下且前述蓄电装置处于请求冷却状态的情况下，使用前述泵和前述电动发电机来控制前述热交换部内的有机介质的量和压力，使得前述热交换部内的有机介质的沸点维持在前述蓄电装置的目标温度。
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