多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，包括噴射器制冷循環(huán)回路及壓縮機(jī)制冷循環(huán)回路，所述噴射器制冷循環(huán)回路包括由泵、發(fā)生器、噴射器和冷凝器依次相連所組成的回路，所述壓縮機(jī)制冷循環(huán)回路包括由電子膨脹閥、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、噴射器和冷凝器依次相連所組成的回路；本發(fā)明提出了一種新的汽車空調(diào)噴射式制冷循環(huán)，用于改良現(xiàn)在普遍使用的汽車空調(diào)壓縮制冷循環(huán)。通過將壓縮制冷方式與噴射式制冷方式相結(jié)合，有效的利用了汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的廢熱，同時(shí)克服了傳統(tǒng)噴射器式制冷方式能量利用率低，冷凝器側(cè)壓力不易控制等問題。利用噴射器將傳統(tǒng)系統(tǒng)中壓縮機(jī)功耗大幅降低，并調(diào)高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【專利說明】多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是屬于一種多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車 空調(diào)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的能源問題現(xiàn)在已經(jīng)變得日益尖銳，能源已成為 制約我'國長期持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。與此同時(shí)，隨著居民收入的相應(yīng)提高，我國的汽 車保有量也在逐年高速增長，汽車能耗在總能耗中所占比例也越來越大。汽車產(chǎn)業(yè)作為典 型的重工業(yè)，上世紀(jì)初期開始蓬勃發(fā)展，一直以來就是重要的耗能來源。目前市場上的車型 大部分用汽油、柴油作為驅(qū)動(dòng)能源，只有極少部分為電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛，汽車成為了石 油消耗的主要部分。如何同時(shí)保證汽車行業(yè)發(fā)展和減少汽車的能耗，成為了很多學(xué)科的研 究內(nèi)容，有著很多等待改進(jìn)的方向。
[0003] 這對(duì)于解決今天的能源問題具有十分重要的價(jià)值。而且由于現(xiàn)代汽車本身的工作 原理，汽車燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量絕大部分都沒有被有效地利用，更多的是以廢熱的形式 進(jìn)入了外界環(huán)境中，浪費(fèi)了巨大的能源。
[0004] 汽車尾氣是導(dǎo)致霧霾天氣的重要原因之一，汽車廢熱回收用于噴射器空調(diào)制冷是 一種新穎的汽車節(jié)能減排思路，但是目前廢熱噴射器空調(diào)較低的COP還難以滿足汽車多工 況下穩(wěn)定運(yùn)行的需求，已成為制約該類空調(diào)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。
[0005] 在傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)中，制冷壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的核心耗能部件，如何通過降 低壓縮機(jī)的功耗，并且使系統(tǒng)能耗顯著降低，就顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，通過將 壓縮制冷方式與噴射式制冷方式相結(jié)合，有效的利用了汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的廢熱，同 時(shí)有效克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)中壓縮機(jī)功耗大，系統(tǒng)穩(wěn)定性低等問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0008] 多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，包括噴射器制冷循環(huán)回路及壓縮機(jī)制冷循環(huán)回路， 所述噴射器制冷循環(huán)回路是由泵、發(fā)生器、噴射器和冷凝器依次相連所組成的回路，所述壓 縮機(jī)制冷循環(huán)回路是由電子膨脹閥、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、噴射器和冷凝器依次相連所組成的回 路。
[0009] 所述蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的管路上及發(fā)生器與噴射器之間的管路上分別設(shè)有第 一閥及第三閥，冷凝器與噴射器之間的公共端與蒸發(fā)器之間的管路上依次設(shè)有第四閥及第 二閥，第四閥及第二閥之間的管路與噴射器和壓縮機(jī)之間的管路交叉相連，即壓縮機(jī)的出 口與噴射器的二次流入口可連通。
[0010] 壓縮機(jī)的壓縮比為壓縮機(jī)排氣壓與進(jìn)氣壓之比，傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī) 出口與冷凝器相連，而冷凝器的側(cè)壓力不易調(diào)節(jié)，冷凝器的溫度及壓力與外界環(huán)境相關(guān)，是 在一定范圍內(nèi)的確切值。本發(fā)明中壓縮機(jī)出口與噴射器二次流入口相連，噴射器的壓縮比 為混合壓力與引射壓力之比，一般大于1，此處的混合壓力即為冷凝器壓力，引射壓力即為 壓縮機(jī)的排氣壓，這樣壓縮機(jī)的壓縮比就大幅度降低了，相對(duì)于傳統(tǒng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中 的壓縮機(jī)出口直接與冷凝器相連的狀態(tài)。壓縮機(jī)的壓縮比降低，會(huì)顯著降低壓縮機(jī)的功耗， 并且使得系統(tǒng)的功耗也隨之降低。
[0011] 所述低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)包括三種工作模式：壓縮機(jī)模式、混合模 式及噴射器模式。該三種工作模式，是針對(duì)汽車怠速、低速、正常行使等不同的運(yùn)行工況下 進(jìn)行切換的，充分利用汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的廢熱，有效地減少了汽車空調(diào)的能耗，不僅 節(jié)省能源，并且能夠很好地解決系統(tǒng)COP較低的問題。
[0012] 所述低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)三種工作模式的根據(jù)汽車運(yùn)行工況切換 運(yùn)行，最大限度的節(jié)省了制冷能耗，三種模式切換由設(shè)置在發(fā)生器中的溫度傳感器進(jìn)行反 饋控制。
[0013] 溫度傳感器測量發(fā)生器收集的廢熱量的溫度，設(shè)定兩個(gè)溫度閾值，發(fā)生器的第一 溫度閾值，即工作在噴射器模式下產(chǎn)生特定的制冷量需要的最小廢熱量的溫度值，發(fā)生器 的第二溫度閾值，即工作在噴射器模式下產(chǎn)生特定的制冷量需要的最大廢熱量的溫度值。 當(dāng)汽車剛剛啟動(dòng)時(shí)，這時(shí)汽車產(chǎn)生的廢熱溫度小于發(fā)生器的第一溫度閾值，開啟第一閥及 第四閥，關(guān)閉第二閥及第三閥，系統(tǒng)只有壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)，為壓縮機(jī)模式；
[0014] 隨著汽車的行駛，產(chǎn)生的廢熱量溫度大于發(fā)生器的第一溫度閾值但小于發(fā)生器的 第二溫度閾值，開啟第二閥及第三閥，關(guān)閉第一閥及第四閥，噴射器單獨(dú)工作，為噴射器模 式；
[0015] 當(dāng)汽車產(chǎn)生的廢熱足夠多，大于發(fā)生器的第二溫度閾值，汽車空調(diào)由廢熱驅(qū)動(dòng)，開 啟第一閥及第三閥，關(guān)閉第二閥及第四閥，壓縮機(jī)和噴射器協(xié)調(diào)工作，為混合模式。
[0016] 所述汽車空調(diào)系統(tǒng)的廢熱主要從散熱水箱和汽車尾氣環(huán)節(jié)獲得。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] 本發(fā)明所提出的低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，利用汽車廢熱驅(qū)動(dòng)噴射器進(jìn) 行制冷，無需再額外消耗燃料；壓縮機(jī)出口與噴射器二次流入口相連，使得壓縮機(jī)的壓縮比 大為降低，進(jìn)而顯著降低壓縮機(jī)的功耗；三種工作模式的最佳切換，最大限度的利用了廢 熱，減少了制冷能耗，對(duì)節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
[0019] 汽車空調(diào)的壓縮機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料來提供動(dòng)力，一般來說汽車空調(diào)要消耗 8%-12%的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，同時(shí)增加12%-17%的油耗。然而，本發(fā)明所提出的一種低 能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)出口與噴射器二次流入口相連，使得壓縮機(jī)的 壓縮比大為降低，進(jìn)而顯著降低壓縮機(jī)的功耗。另外，通過將壓縮制冷方式與噴射式制冷方 式相結(jié)合，有效的利用了汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的廢熱；系統(tǒng)中加入的廢熱回收裝置，可以 有效收集汽車所產(chǎn)生的廢熱，減少了汽車不必要的負(fù)荷損耗，并且改進(jìn)了汽車運(yùn)行效率。
[0020] 從能源方面來看，一般來說汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最多能將30%燃燒產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效 的功，70%的熱量通過各種方式以廢熱的形式，通過冷卻液、廢氣、發(fā)動(dòng)機(jī)升溫等方式散失 掉，這部分能量超過發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的兩倍。而汽車正常運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)不可能一直保 持在最1?效率狀態(tài)，也就是說隨著發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率的降低，廣生的廢熱會(huì)逐步升1?，也就會(huì) 有更多的能量可以去回收與再利用。
[0021] 在眾多利用廢熱為空調(diào)系統(tǒng)供能的技術(shù)中，噴射器型的空調(diào)系統(tǒng)因其極少的移動(dòng) 部件、低成本、高可靠性等特性被廣泛的研究。利用這種技術(shù)，可以利用汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的 廢熱來得到汽車所需的冷量，一方面可以減少汽車的油耗，在相同的情況下提高汽車的動(dòng) 力性能，同時(shí)保證用戶的使用感受。
[0022] 汽車空調(diào)的制冷量會(huì)跟隨車速的變化而發(fā)生變化，當(dāng)汽車低速運(yùn)行時(shí)，開啟壓縮 機(jī)模式；汽車運(yùn)行一段時(shí)間，廢熱量足夠時(shí)，開啟混合模式；當(dāng)所需的制冷量很小時(shí)，開啟 噴射器模式。三種工作模式的最佳切換，有效解決了系統(tǒng)COP較低的問題。
[0023] 本發(fā)明提出的低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，通過將壓縮制冷方式與噴射式 制冷方式相結(jié)合，有效的利用了汽車運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的廢熱，同時(shí)克服了傳統(tǒng)噴射器式 制冷方式能量利用率低，冷凝器側(cè)壓力不易控制等問題。利用噴射器將傳統(tǒng)系統(tǒng)中壓縮機(jī) 功耗大幅降低，并提1? 了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0026] 如圖1所示，該空調(diào)系統(tǒng)是一種混合空調(diào)系統(tǒng)，包括兩種循環(huán)和三種工作模 式。系統(tǒng)的兩個(gè)循環(huán)包括：1)以汽車廢熱為能量來源的噴射器制冷循環(huán)，其回路為 (g)-(d)-(b)-(C)-(f)-(g)，包含泵，發(fā)生器，噴射器和冷凝器等部件；2)壓縮機(jī)制冷循環(huán) (e) - (a) - (b) - (c) - (f) - (e)，此循環(huán)包括電子膨脹閥（EEV)，蒸發(fā)器，壓縮機(jī)，噴射器和冷凝 器。在噴射器循環(huán)中，汽車運(yùn)行中所產(chǎn)生的廢熱被發(fā)生器收集回收，并被發(fā)生器中的制冷劑 所吸收。制冷劑吸熱后變成高壓蒸汽，作為噴射器的一次流。在壓縮機(jī)制冷循環(huán)中，蒸發(fā)器 出口的制冷劑氣體，經(jīng)過壓縮機(jī)的作用后，流入冷凝器進(jìn)行冷卻。三種工作模式，包括壓縮 機(jī)模式，混合模式和噴射器模式。
[0027] 本發(fā)明提出一種低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作過程具體為：首先，冷 媒由廢熱進(jìn)行加熱，在發(fā)生器里面產(chǎn)生高壓飽和蒸汽。當(dāng)高壓飽和蒸汽通過噴射器噴嘴時(shí) 變成高速射流，由此在噴嘴里面產(chǎn)生低壓，誘導(dǎo)吸入來自蒸發(fā)器或者壓縮機(jī)的低壓冷媒，顯 然此處的低壓要高于噴嘴內(nèi)的低壓。引射流和誘導(dǎo)流混合后泵入高溫高壓冷凝器進(jìn)行冷 卻，然后一路經(jīng)泵進(jìn)入發(fā)生器，另一路經(jīng)電子膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器，直接作為噴射器的引射流 即二次流；或者在冷凝器內(nèi)冷卻的制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器后再經(jīng)過壓縮機(jī)，再作為噴射器 的二次流。
[0028] 冷媒就是制冷劑，制冷劑在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)制冷；并且發(fā)生器內(nèi)是制冷劑液體，被 加熱，廢熱就是用來給發(fā)生器內(nèi)的冷媒加熱。
[0029] 當(dāng)高壓飽和蒸汽通過噴射器噴嘴時(shí)變成高速射流，由此在噴嘴里面產(chǎn)生低壓，誘 導(dǎo)吸入來自蒸發(fā)器或者壓縮機(jī)的低壓冷媒，噴嘴內(nèi)的高速射流就是誘導(dǎo)流，它是噴嘴的一 次流，即是發(fā)生器內(nèi)的飽和蒸汽經(jīng)過噴嘴里發(fā)生變化而形成的，因?yàn)閲娚淦鲊娮焯厥獾慕Y(jié) 構(gòu)致使高速射流會(huì)形成低壓（依據(jù)伯努利方程原理）。
[0030] 泵入：就是兩股流體混合后因噴射器特殊的結(jié)構(gòu)形式，形成一種類似泵的推動(dòng)力， 進(jìn)入冷凝器。此處引射流就是噴射器的二次流，來源于蒸發(fā)器或者壓縮機(jī)（來源于蒸發(fā)器 或者壓縮機(jī)取決于系統(tǒng)工作在哪一種模式下）。當(dāng)然也可以將泵入改為進(jìn)入冷凝器。
[0031] 在冷凝器內(nèi)冷卻的制冷劑液體一路進(jìn)入蒸發(fā)器，直接作為噴射器的引射流即二次 流；或者在冷凝器內(nèi)冷卻的制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器后再經(jīng)過壓縮機(jī)，再作為噴射器的二次 流。
[0032] 本發(fā)明提出一種低能耗多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以工作在三種工 作模式之下：1)壓縮機(jī)模式；2)混合模式；3)噴射器模式。針對(duì)汽車不同工況下的行駛狀 態(tài)，通過對(duì)三種工作模式的最佳切換，在滿足空調(diào)制冷需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源消耗最小的目 標(biāo)。三種工作模式可以根據(jù)表3-1所示的各個(gè)閥的開閉來進(jìn)行相應(yīng)切換。
[0033] 表3-1不同工作模式下閥的組合
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，包括噴射器制冷循環(huán)回路及壓縮機(jī)制冷循 環(huán)回路，所述噴射器制冷循環(huán)回路包括由泵、發(fā)生器、噴射器和冷凝器依次相連所組成的回 路，所述壓縮機(jī)制冷循環(huán)回路包括由電子膨脹閥、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、噴射器和冷凝器依次相 連所組成的回路。
2. 如權(quán)利要求1所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，所述蒸發(fā)器與壓縮機(jī) 之間的管路上及發(fā)生器與噴射器之間的管路上分別設(shè)有第一閥及第三閥，冷凝器與噴射器 之間的公共端與蒸發(fā)器之間的管路上依次設(shè)有第四閥及第二閥，第四閥及第二閥之間的管 路與噴射器和壓縮機(jī)之間的管路交叉相連，即壓縮機(jī)的出口與噴射器的二次流入口可連 通。
3. 如權(quán)利要求1所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，所述汽車空調(diào)系統(tǒng)包 括三種工作模式：壓縮機(jī)模式、混合模式及噴射器模式； 溫度傳感器測量發(fā)生器收集的廢熱的溫度，設(shè)定兩個(gè)溫度閾值，發(fā)生器的第一溫度閾 值，發(fā)生器的第二溫度閾值，當(dāng)汽車剛剛啟動(dòng)時(shí)，這時(shí)汽車產(chǎn)生的廢熱溫度小于發(fā)生器的第 一溫度閾值，開啟第一閥及第四閥，關(guān)閉第二閥及第三閥，系統(tǒng)只有壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)， 為壓縮機(jī)模式。
4. 如權(quán)利要求3所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，隨著汽車的行駛，產(chǎn)生 的廢熱量溫度大于發(fā)生器的第一溫度閾值但小于發(fā)生器的第二溫度閾值，開啟第二閥及第 三閥，關(guān)閉第一閥及第四閥，噴射器單獨(dú)工作，為噴射器模式。
5. 如權(quán)利要求3所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)汽車產(chǎn)生的廢熱足 夠多，大于發(fā)生器的第二溫度閾值，汽車空調(diào)由廢熱驅(qū)動(dòng)，開啟第一閥及第三閥，關(guān)閉第二 閥及第四閥，壓縮機(jī)和噴射器協(xié)調(diào)工作，為混合模式。
6. 如權(quán)利要求3所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，發(fā)生器的第一溫度閾 值，即工作在噴射器模式下產(chǎn)生特定的制冷量需要的最小廢熱量的溫度值，發(fā)生器的第二 溫度閾值，即工作在噴射器模式下產(chǎn)生特定的制冷量需要的最大廢熱量的溫度值。
7. 如權(quán)利要求3所述的多模廢熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，所述汽車空調(diào)系統(tǒng)的 廢熱主要從散熱水箱和汽車尾氣環(huán)節(jié)獲得。
【文檔編號(hào)】F25B25/00GK104406327SQ201410781489
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王雷, 趙紅霞, 張麗萍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)