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LNG過冷器，使冷凝器出口的制冷劑和低溫的LNG進(jìn)行換熱，LNG經(jīng)過180℃以上的溫升，吸熱變成常溫的氣態(tài)進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室；制冷劑過冷度增加，然后通過膨脹閥節(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過冷器采用LNG管道纏繞制冷劑管道的方法，結(jié)構(gòu)簡單，容易生產(chǎn)，而且系統(tǒng)運(yùn)行高效、穩(wěn)定。
【專利說明】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]本申請是以下申請的分案申請:申請日:2011年9月16日；申請?zhí)?201110275385.9 ;發(fā)明名稱:“利用液化天然氣汽化潛熱實(shí)現(xiàn)過冷的汽車的空調(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液化天然氣簡稱LNG，是指在常壓下、溫度為-162度的液體天然氣，儲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)，適于長途運(yùn)輸和儲存。LNG進(jìn)入汽車發(fā)動機(jī)燃燒時必須在常溫狀態(tài)，在氣化過程中會放出大量的冷量。對于現(xiàn)有情況，儲液瓶中的液態(tài)天然氣在輸送至發(fā)動機(jī)的管路中與空氣換熱，提高溫度后，再進(jìn)入發(fā)動機(jī)，這就造成了冷量的浪費(fèi)。若將該部分冷量合理回收，利用其來增加制冷劑在冷凝器出口的過冷度，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)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國實(shí)用新型CN201646314U，名稱為“液化天然氣汽車空調(diào)系統(tǒng)”，及中國專利申請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)用趨勢十分明顯，我國尚在起步階段，對于LNG汽車?yán)淞康幕厥占夹g(shù)國際上也剛剛起步。利用回收的冷量來服務(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?，所述空調(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冷器，所述液化天然氣過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)器出來的所述制冷劑形成的過熱氣體，經(jīng)過所述壓縮機(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冷的液體或者兩相流，再經(jīng)過所述液化天然氣過冷器，所述過冷器中，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)動機(jī)燃燒室；然后，所述制冷劑通過所述膨脹閥節(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所述液化天然氣過冷器。
[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溫升過大給換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來的難題，利用纏繞設(shè)計(jì)的過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)境問題。
[0015]4)只需要對現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)簡單改造，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效。
[0016]以下將結(jié)合附圖對本發(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】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的一個較佳實(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冷的液體或兩相流，當(dāng)過冷度過小或制冷劑處于兩相流時，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冷度。因此可以在冷凝器的出口處增加一個過冷器，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)中加入一個高效的過冷器。過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_162°C，溫度很低，一般冷凝器的制冷劑出口溫度為40°C?50°C。在過冷器中，LNG可極大的降低制冷劑的溫度，起到了非常好的過冷效果。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，對解決溫室效應(yīng)問題有著重要的意義。
[0022]如圖1所示，整個使用LNG的過冷器制冷裝置主要由5個部件組成，包括壓縮機(jī)10，冷凝器20，LNG過冷器30，膨脹閥40，蒸發(fā)器50。從蒸發(fā)器出來的過熱氣體，經(jīng)過壓縮機(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。冷凝器出口為過冷的液體或者兩相流，再進(jìn)入LNG過冷器，與低溫的LNG流體進(jìn)行換熱，增加制冷劑的過冷度。然后通過膨脹閥節(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)在參照圖2，對使用LNG的汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢進(jìn)行說明。
[0024]在沒有LNG過冷器的空調(diào)裝置中，循環(huán)圖為1-2-3-4-1，。加上LNG過冷器后，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，但是制冷劑在流過冷凝器后，還要流過LNG過冷器，與溫度低達(dá)_162°C的液態(tài)天然氣換熱。在過冷器中，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)動機(jī)帶動的，壓縮機(jī)功率降低，從而降低了對汽車發(fā)動機(jī)的影響，汽車的性能也得到了提高。
[0025]如圖1所示，整個裝置只需要對現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行簡單的改裝即可。在冷凝器和膨脹閥之間加入一個LNG過冷器。
[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)動機(jī)燃燒室。同時，從蒸發(fā)器出來的過熱氣體，經(jīng)過壓縮機(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。冷凝器出口為過冷的液體或者兩相流，再進(jìn)入LNG過冷器，與低溫的LNG流體進(jìn)行換熱，增加了制冷劑的過冷度。然后通過膨脹閥節(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)帶來了很大的難題，所以設(shè)計(jì)了比較簡單易行的過冷器。將LNG的流動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的流動管路在冷凝器的出口處的纏繞長度根據(jù)換熱效率和成本因素綜合設(shè)計(jì)。選用導(dǎo)熱效率高的管材時可以采用較短的纏繞長度，反之，可以選擇較長的纏繞長度。
[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)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(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?，所述空調(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冷器，所述液化天然氣過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)器出來的所述制冷劑形成的過熱氣體，經(jīng)過所述壓縮機(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冷的液體或者兩相流，再經(jīng)過所述液化天然氣過冷器，所述過冷器中，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)動機(jī)燃燒室； 然后，所述制冷劑通過所述膨脹閥節(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所述液化天然氣過冷器。
【文檔編號】F25D3/10GK104354566SQ201410553453
【公開日】2015年2月18日 申請日期: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 申請人:上海交通大學(xué)