利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)，在冷凝器和膨脹閥之間加入一個(gè)LNG過(guò)冷器，使冷凝器出口的制冷劑和低溫的LNG進(jìn)行換熱，LNG經(jīng)過(guò)180℃以上的溫升，吸熱變成常溫的氣態(tài)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室；制冷劑過(guò)冷度增加，然后通過(guò)膨脹閥節(jié)流后得到低溫的流體，降低制冷劑干度，從而提高了制冷量，同時(shí)可以降低冷凝壓力，減少了壓縮機(jī)耗功，提高了系統(tǒng)的COP。LNG過(guò)冷器采用LNG管道纏繞制冷劑管道的方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易生產(chǎn)，而且系統(tǒng)運(yùn)行高效、穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是以下申請(qǐng)的分案申請(qǐng):申請(qǐng)日:2011年9月16日；申請(qǐng)?zhí)?201110275385.9 ;發(fā)明名稱:“利用液化天然氣汽化潛熱實(shí)現(xiàn)過(guò)冷的汽車的空調(diào)系統(tǒng)”。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種汽車的空調(diào)系統(tǒng)，尤其涉及一種利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，液化天然氣作為一種清潔能源在汽車上應(yīng)用。天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的常壓沸點(diǎn)是_162°C，臨界溫度為-84°C，臨界壓力為4.1MPa0液化天然氣簡(jiǎn)稱LNG，是指在常壓下、溫度為-162度的液體天然氣，儲(chǔ)存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣(LNG)燃點(diǎn)高、安全性能強(qiáng)，適于長(zhǎng)途運(yùn)輸和儲(chǔ)存。LNG進(jìn)入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)必須在常溫狀態(tài)，在氣化過(guò)程中會(huì)放出大量的冷量。對(duì)于現(xiàn)有情況，儲(chǔ)液瓶中的液態(tài)天然氣在輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的管路中與空氣換熱，提高溫度后，再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，這就造成了冷量的浪費(fèi)。若將該部分冷量合理回收，利用其來(lái)增加制冷劑在冷凝器出口的過(guò)冷度，就可以提高制冷系統(tǒng)的制冷量和能效比(COP)，減少壓縮機(jī)耗功。
[0004]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)實(shí)用新型CN201646314U，名稱為“液化天然氣汽車空調(diào)系統(tǒng)”，及中國(guó)專利申請(qǐng)CN1431107A，名稱為“利用液態(tài)天然氣冷量的汽車空調(diào)器”中，都有利用LNG冷量的想法，但是他們都是采用直接利用LNG的冷量，并不使用現(xiàn)在廣泛使用的汽車空調(diào)系統(tǒng)，需要重新設(shè)計(jì)車載空調(diào)系統(tǒng)，且受燃燒所需的天然氣流量的限制，產(chǎn)生的制冷量有限，不足以提供車內(nèi)所需的冷量。
[0005]目前車用液化天然氣汽車應(yīng)用趨勢(shì)十分明顯，我國(guó)尚在起步階段，對(duì)于LNG汽車?yán)淞康幕厥占夹g(shù)國(guó)際上也剛剛起步。利用回收的冷量來(lái)服務(wù)于車載空調(diào)系統(tǒng)，可以降低能量的消耗，有著利國(guó)利民的重要的意義。
[0006]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種汽車空調(diào)系統(tǒng)，利用低溫的液化天然氣的氣化潛熱，增加制冷劑出口過(guò)冷度，從而提高制冷系統(tǒng)的制冷量和效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種汽車空調(diào)系統(tǒng)，利用低溫的液化天然氣的氣化潛熱，增加制冷劑出口過(guò)冷度，從而提高制冷系統(tǒng)的制冷量和效率。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)，所述汽車?yán)靡夯烊粴鉃槟茉矗隹照{(diào)系統(tǒng)包括串聯(lián)在一起的壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，串聯(lián)的管路中充注有制冷劑，其特征在于，所述空調(diào)系統(tǒng)還包括液化天然氣過(guò)冷器，所述液化天然氣過(guò)冷器纏繞在所述冷凝器與所述膨脹閥之間的所述串聯(lián)的管路上；從所述蒸發(fā)器出來(lái)的所述制冷劑形成的過(guò)熱氣體，經(jīng)過(guò)所述壓縮機(jī)后成為高溫高壓的氣體，再進(jìn)入所述冷凝器，與外界空氣換熱進(jìn)行冷卻；從所述冷凝器的出口流出的所述制冷劑為過(guò)冷的液體或者兩相流，再經(jīng)過(guò)所述液化天然氣過(guò)冷器，所述過(guò)冷器中，所述液化天然氣與所述制冷劑之間的溫差為200°C，所述制冷劑與所述液化天然氣過(guò)冷器中低溫的液化天然氣流體進(jìn)行換熱，增加所述制冷劑的過(guò)冷度，并且，所述液化天然氣溫升大于180°C，吸熱后成為常溫的氣態(tài)進(jìn)入所述汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室；然后，所述制冷劑通過(guò)所述膨脹閥節(jié)流后得到低溫的流體，在所述蒸發(fā)器內(nèi)與汽車內(nèi)的空氣換熱。
[0009]較佳地，所述空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改裝而成，所述改裝為在現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器和現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)的膨脹閥之間加入一個(gè)所述液化天然氣過(guò)冷器。
[0010]較佳地，所述制冷劑的充注量低于所述現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果包括:
[0012]I)克服了 LNG溫升過(guò)大給換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)的難題，利用纏繞設(shè)計(jì)的過(guò)冷器使天然氣和制冷劑換熱達(dá)到較好的效果。
[0013]2)增大了制冷系統(tǒng)的制冷量，減少了壓縮機(jī)的耗功，提高了系統(tǒng)的C0P。提供了一種高效節(jié)能的汽車空調(diào)系統(tǒng)。
[0014]3)可以降低充注量，減少了制冷劑的泄露，減輕了制冷劑泄露引起的環(huán)境問(wèn)題。
[0015]4)只需要對(duì)現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)單改造，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效。
[0016]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的制冷系統(tǒng)的循環(huán)裝置圖；
[0018]圖2是使用液態(tài)天然氣的制冷循環(huán)的log p-h圖及比較。

【具體實(shí)施方式】
[0019]汽車空調(diào)冷凝器內(nèi)制冷劑與外部的空氣換熱冷凝。冷凝器出口一般為過(guò)冷的液體或兩相流，當(dāng)過(guò)冷度過(guò)小或制冷劑處于兩相流時(shí)，經(jīng)膨脹閥節(jié)流后的制冷劑往往干度較大，這樣就減少了制冷量。所以一般希望膨脹閥前的制冷劑有較大的過(guò)冷度。因此可以在冷凝器的出口處增加一個(gè)過(guò)冷器，降低制冷劑進(jìn)入膨脹閥的溫度和焓值，以降低蒸發(fā)器入口的干度，從而提高制冷量。
[0020]隨著能源形勢(shì)的日漸緊張，提高制冷系統(tǒng)的效率是當(dāng)務(wù)之急。而直接回收液態(tài)天然氣的蒸發(fā)冷量可能不足以滿足汽車的冷量需求，因此考慮回收這部分冷量來(lái)冷卻冷凝器的出口制冷劑。相當(dāng)于在普通的制冷系統(tǒng)中加入一個(gè)高效的過(guò)冷器。過(guò)冷器中為制冷劑與液態(tài)天然氣之間換熱。以此達(dá)到提高制冷系統(tǒng)效率。
[0021]由于常壓下的液態(tài)天然氣為_(kāi)162°C，溫度很低，一般冷凝器的制冷劑出口溫度為40°C?50°C。在過(guò)冷器中，LNG可極大的降低制冷劑的溫度，起到了非常好的過(guò)冷效果。因此可以適當(dāng)?shù)慕档屠淠龎毫?，這樣可以提高容積效率并且降低壓縮機(jī)耗功。同時(shí)還可以適當(dāng)?shù)臏p少制冷系統(tǒng)的充注量，從可以降低制冷劑的泄漏量，對(duì)解決溫室效應(yīng)問(wèn)題有著重要的意義。
[0022]如圖1所示，整個(gè)使用LNG的過(guò)冷器制冷裝置主要由5個(gè)部件組成，包括壓縮機(jī)10，冷凝器20，LNG過(guò)冷器30，膨脹閥40，蒸發(fā)器50。從蒸發(fā)器出來(lái)的過(guò)熱氣體，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后變成高溫高壓的氣體，再進(jìn)入冷凝器，與空氣換熱進(jìn)行冷卻。冷凝器出口為過(guò)冷的液體或者兩相流，再進(jìn)入LNG過(guò)冷器，與低溫的LNG流體進(jìn)行換熱，增加制冷劑的過(guò)冷度。然后通過(guò)膨脹閥節(jié)流后得到低溫的流體，在蒸發(fā)器內(nèi)與車內(nèi)空氣換熱。
[0023]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，對(duì)使用LNG的汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行說(shuō)明。
[0024]在沒(méi)有LNG過(guò)冷器的空調(diào)裝置中，循環(huán)圖為1-2-3-4-1，。加上LNG過(guò)冷器后，循環(huán)圖為1-2' -3' -4' -1，可以降低壓縮機(jī)的壓縮比，壓縮機(jī)出口點(diǎn)由2變?yōu)?'，這樣就降低了壓縮機(jī)的耗功。這樣雖然降低了冷凝壓力，會(huì)降低汽車空調(diào)冷凝器中制冷劑的冷凝溫度，但是制冷劑在流過(guò)冷凝器后，還要流過(guò)LNG過(guò)冷器，與溫度低達(dá)_162°C的液態(tài)天然氣換熱。在過(guò)冷器中，液化天然氣與制冷劑之間的溫差可以達(dá)到200°C.即使過(guò)冷器不需要使用高效的換熱器，也可以達(dá)到很好的冷卻制冷劑的效果。進(jìn)入膨脹閥的狀態(tài)點(diǎn)由狀態(tài)點(diǎn)3變?yōu)?，膨脹閥出口的干度降低，制冷量相應(yīng)增大，從而COP也增大。在冷負(fù)荷不變的情況下，可以降低制冷劑流量，從而進(jìn)一步的降低了壓縮機(jī)耗功。由于壓縮機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，壓縮機(jī)功率降低，從而降低了對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，汽車的性能也得到了提高。
[0025]如圖1所示，整個(gè)裝置只需要對(duì)現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改裝即可。在冷凝器和膨脹閥之間加入一個(gè)LNG過(guò)冷器。
[0026]冷凝器出口的制冷劑和低溫的LNG進(jìn)行換熱，LNG吸熱變成常溫的氣態(tài)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。同時(shí)，從蒸發(fā)器出來(lái)的過(guò)熱氣體，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后變成高溫高壓的氣體，再進(jìn)入冷凝器，與空氣換熱進(jìn)行冷卻。冷凝器出口為過(guò)冷的液體或者兩相流，再進(jìn)入LNG過(guò)冷器，與低溫的LNG流體進(jìn)行換熱，增加了制冷劑的過(guò)冷度。然后通過(guò)膨脹閥節(jié)流后得到低溫的流體，在蒸發(fā)器內(nèi)與車內(nèi)空氣進(jìn)行換熱。
[0027]預(yù)計(jì)可回收的冷量在2?3KW之間。而在LNG換熱的過(guò)程中，天然氣的溫度變化很大，要從_162°C變化到20°C以上，溫升在180°C左右。這就給換熱器的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的難題，所以設(shè)計(jì)了比較簡(jiǎn)單易行的過(guò)冷器。將LNG的流動(dòng)管路纏繞在冷凝器與膨脹閥的管路上，這樣設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易生產(chǎn)，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，也保證了天然氣和制冷劑換熱的接觸面積，可以達(dá)到較好的換熱效果。LNG的流動(dòng)管路在冷凝器的出口處的纏繞長(zhǎng)度根據(jù)換熱效率和成本因素綜合設(shè)計(jì)。選用導(dǎo)熱效率高的管材時(shí)可以采用較短的纏繞長(zhǎng)度，反之，可以選擇較長(zhǎng)的纏繞長(zhǎng)度。
[0028]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用液化天然氣汽化提高制冷效率的汽車的空調(diào)系統(tǒng)，所述汽車?yán)靡夯烊粴鉃槟茉矗隹照{(diào)系統(tǒng)包括串聯(lián)在一起的壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，串聯(lián)的管路中充注有制冷劑，其特征在于，所述空調(diào)系統(tǒng)還包括液化天然氣過(guò)冷器，所述液化天然氣過(guò)冷器纏繞在所述冷凝器與所述膨脹閥之間的所述串聯(lián)的管路上； 從所述蒸發(fā)器出來(lái)的所述制冷劑形成的過(guò)熱氣體，經(jīng)過(guò)所述壓縮機(jī)后成為高溫高壓的氣體，再進(jìn)入所述冷凝器，與外界空氣換熱進(jìn)行冷卻； 從所述冷凝器的出口流出的所述制冷劑為過(guò)冷的液體或者兩相流，再經(jīng)過(guò)所述液化天然氣過(guò)冷器，所述過(guò)冷器中，所述液化天然氣與所述制冷劑之間的溫差為200°c，所述制冷劑與所述液化天然氣過(guò)冷器中低溫的液化天然氣流體進(jìn)行換熱，增加所述制冷劑的過(guò)冷度，并且，所述液化天然氣溫升大于180°C，吸熱后成為常溫的氣態(tài)進(jìn)入所述汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室； 然后，所述制冷劑通過(guò)所述膨脹閥節(jié)流后得到低溫的流體，在所述蒸發(fā)器內(nèi)與汽車內(nèi)的空氣換熱。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑充注量低于現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車的空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改裝而成，所述改裝為在現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器和現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)的膨脹閥之間加入一個(gè)所述液化天然氣過(guò)冷器。
【文檔編號(hào)】F25D3/10GK104354566SQ201410553453
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】陳江平, 梁媛媛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)