一種新型混合製冷循環系統的製作方法
2023-05-16 21:16:11
一種新型混合製冷循環系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型混合製冷循環系統，包括蒸發器，蒸發器的輸出端分兩路，一路與壓縮機的輸入端相連，另一路與升壓器的輸入端相連，壓縮機的輸出端與冷凝器A的輸入端相連，冷凝器A的輸出端與蒸發器的輸入端相連，升壓器的輸出端與噴射器的二次流入口相連，噴射器的輸出端與冷凝器B的輸入端相連，冷凝器B的輸出端分兩路，一路與蒸發器的輸入端相連，另一路依次經過泵及發生器與噴射器的一次流入口相連。本發明將傳統汽車空調的壓縮式製冷循環與噴射式製冷循環並聯同時運行，共用一個蒸發器，提出了一種新的混合式製冷循環，利用了噴射式製冷技術的優點，同時用壓縮機克服了單純使用傳統噴射器所造成的問題。
【專利說明】一種新型混合製冷循環系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混合製冷循環系統，具體涉及一種用於汽車、輪船等需要製冷的壓縮/噴射混合製冷系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國汽車保有量逐年增長，汽車能耗在總能耗的佔有比例也越來越大。目前，汽車空調採用蒸汽壓縮式製冷工作方式，通過消耗一部分的發動機功率來獲得製冷量，使發動機輸出功率比不用空調系統時增加10% -12%，汽車油耗也會相應的升高14% -20%，同時導致發動機各部分負荷不均和汽車尾氣排放量增多，加劇空氣汙染。
[0003]噴射器因結構簡單、成本低、無運動部件、適應兩相流工況較好等優點被引入蒸汽噴射循環，回收部分節流損失進而提高循環性能係數。噴射器可以脫離壓縮機使用，可以避免壓縮機長期運行因潤滑油的回油問題造成潤滑不足、系統效率降低的問題。但是單獨採用噴射器工作時，空調系統雖能夠利用發動機產生的廢熱，但是能量的利用效率偏低，熱能不穩定。而且由於噴射器本身無機械能轉化的特性，導致系統的複雜度大大提高，不利於實際系統的控制與應用。針對這種現狀，如何提高燃料的利用率和節省能源消耗，同時也確保乘車的舒適性需求就顯得具有重要意義。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種新型混合製冷循環系統及方法，本發明提出了一種壓縮/噴射混合製冷循環，目的是充分利用汽車或輪船等運行過程中所產生的廢熱驅動其空調，同時克服了傳統壓縮機製冷方式壓縮機做工額外消耗能源，減少系統的能效損失以及噴射器式製冷方式能量利用率低等問題。本發明提出了一種新的空調壓縮噴射式混合製冷循環系統，實現壓縮式製冷子循環與噴射式製冷子循環協調控制，保證了定量製冷。通過將壓縮製冷方式與噴射式製冷方式相結合，利用噴射器將傳統系統中壓縮機功耗大幅降低，並增強了系統穩定性。通過動態控制技術，使整個系統始終高效的平穩安全協調運行。
[0005]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0006]一種新型混合製冷循環系統，包括蒸發器、冷凝器、噴射器、電子膨脹閥、發生器及壓縮機；
[0007]所述蒸發器的輸出端分兩路，一路與壓縮機的輸入端相連，另一路與升壓器的輸入端相連，壓縮機的輸出端與冷凝器A的輸入端相連，蒸發器的輸出端與壓縮機的輸入端之間的管路上設置有電磁閥C，蒸發器的輸出端與升壓器的輸入端之間的管路上設置有電磁閥D。
[0008]冷凝器A的輸出端與蒸發器的輸入端相連，升壓器的輸出端與噴射器的二次流入口相連，噴射器的輸出端與冷凝器B的輸入端相連，冷凝器B的輸出端分兩路，一路與蒸發器的輸入端相連，另一路依次經過泵及發生器與噴射器的一次流入口相連。冷凝器A輸出端與蒸發器的輸入端之間的管路上設置有電子膨脹閥A，冷凝器B與泵的公共端和冷凝器A與蒸發器的公共端之間的管路上設置有電子膨脹閥B。
[0009]所述蒸發器、電磁閥C、壓縮機、冷凝器A及電子膨脹閥A依次相連構成壓縮製冷子循環，蒸發器、升壓器、噴射器、冷凝器B、泵及發生器構成噴射器製冷子循環，壓縮製冷子循環及噴射器製冷子循環共用一個蒸發器。
[0010]在壓縮製冷子循環過程中，汽車或輪船啟動後，壓縮機在發動機帶動下開始工作，驅使製冷劑在密封的空調系統中循環流動，壓縮機將液態製冷劑壓縮成高溫高壓的氣態製冷劑後經管路流入冷凝器A後，在冷凝器A內散熱、降溫，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出，低溫高壓液態製冷劑經管路乾燥、過濾後流進電子膨脹閥A，低溫高壓液態製冷劑經電子膨脹閥A節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑，低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器內，在蒸發器內吸收流經蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑，低溫低壓的氣態製冷劑經管路被壓縮機吸入，進行壓縮，進入下一個循環，只要壓縮機連續工作，製冷劑就在空調系統中連續循環，產生製冷效果。
[0011]在噴射器製冷子循環中，收集到的高溫廢熱進入發生器中促使液體製冷劑變為高溫、高壓氣態製冷劑，並作為噴射器的一次流，蒸發器中的低溫、低壓氣態製冷劑經過電磁閥D進入升壓器中變為低溫中壓氣態製冷劑，並作為噴射器的二次流，低溫中壓引射流與高溫高壓一次流在噴射器中混合後流出，進入冷凝器B發生相變，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出，冷凝後的液態製冷劑一部分經泵流入發生器中，另一部分流入電子膨脹閥B，高溫高壓液態製冷劑經電子膨脹閥B節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑，低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器內，在蒸發器內吸收流經蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑。
[0012]利用溫度傳感器檢測發生器收集的廢熱量，設定閾值，當汽車或輪船剛剛啟動時，這時發動機產生的廢熱較少，但仍對廢熱進行回收並用於驅動噴射器，同時打開電子膨脹閥A和B，電磁閥C和D，使汽車或輪船工作在混合製冷模式下，壓縮製冷子循環及噴射器製冷子循環並聯運行；
[0013]隨著汽車或輪船的行駛，當發動機產生的廢熱大於設定的閾值時，打開電子膨脹閥B和電磁閥D，關閉電子膨脹閥A和電磁閥C，空調系統由廢熱驅動，此時系統工作在噴射器製冷循環，並在此循環模式下可產生特定需要的製冷量。
[0014]所述的發生器閾值即汽車或輪船剛剛啟動時，噴射器製冷循環下產生特定的製冷量需要的最小廢熱量。
[0015]所述空調系統的廢熱主要從散熱水箱和汽車尾氣環節獲得。
[0016]本發明的有益效果:
[0017]本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點:(1)壓縮製冷子循環與噴射製冷子循環共用一個蒸發器，既減少了設備的數量，節省成本，又可產生需要的製冷量，設計合理。(2)對於噴射式製冷循環熱能不穩定問題，此種混合製冷循環可穩定運行。(3)相對壓縮機製冷循環，此種混合製冷循環充分利用發動機產生的廢熱並實現能源循環利用，可減少壓縮機製冷負擔並延長使用壽命，提高汽車燃料的利用率，有效減少了能源消耗。
[0018]本發明將傳統汽車空調的壓縮式製冷循環與噴射式製冷循環並聯同時運行，共用一個蒸發器，提出了一種新的混合式製冷循環，利用了噴射式製冷技術的優點，同時用壓縮機克服了單獨使用傳統噴射器所造成的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的一種混合製冷循環示意結構圖；
[0020]圖2為傳統噴射器製冷循環；
[0021]1、冷凝器B，2、噴射器，3、升壓器，4、發生器，5、泵，6、冷凝器A，7、壓縮機，8、蒸發器，9、電子膨脹閥B，10、電子膨脹閥A，11、電磁閥C，12、電磁閥D，13、冷凝器，14、電子膨脹閥。
【具體實施方式】
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[0022]下面結合附圖對本發明進行詳細說明:
[0023]如圖2所示，傳統噴射器製冷循環，工作原理:在發生器4中，液態製冷劑吸熱汽化、增壓，產生高溫高壓飽和蒸汽。飽和蒸汽進入噴射器2，經噴嘴高速噴出膨脹，在噴嘴附近產生低壓或真空，從而將蒸發器8中的低壓低溫蒸汽吸入噴射器2。噴射器2中的一次流和二次流在噴射器2中混合、升壓，產生高溫中壓飽和氣體，從噴射器2出來的混合高溫中壓氣體進入冷凝器13，進行放熱、降溫，冷凝成液態製冷劑流出，進入乾燥儲液器內，經過乾燥、過濾，然後冷凝液分為兩股，一股通過電子膨脹閥14降壓後進入蒸發器8，在那裡汽化吸熱，變成低溫低壓氣態製冷劑，完成製冷循環；另一股則通過循環泵5升壓後，再進入發生器4。
[0024]如圖1所示，本發明的一種混合製冷循環系統包括由蒸發器8—壓縮機7—冷凝器A6—電子膨脹閥AlO構成的壓縮製冷子循環和由蒸發器8—噴射器2—冷凝器BI—泵5—發生器4構成的噴射器製冷子循環，在壓縮製冷子循環中，蒸發器8右側設有電磁閥C11，電磁閥Cll上方連接有壓縮機7，壓縮機7連通冷凝器，冷凝器連通電子膨脹閥A10，電子膨脹閥AlO連通到蒸發器8中進行循環製冷；在噴射器製冷子循環中，蒸發器8右側設有電磁閥D12，電磁閥D12上側連通升壓器3，升壓器3和發生器4分別連通到噴射器2的二次流入口和一次流入口，噴射器2混合流出口連有冷凝器BI，所述的冷凝器BI分別連通到泵5和電子膨脹閥A10，所述泵5連通到發生器4中，發生器4右側連通回到噴射器2的一次流入口，而所述電子膨脹閥AlO連通到蒸發器8，蒸發器8右側可連通電磁閥D12，即兩個子循環共用一個蒸發器8。
[0025]在壓縮製冷子循環過程中，汽車啟動後，壓縮機7在發動機帶動下開始工作，驅使製冷劑在密封的空調系統中循環流動，壓縮機7將液態製冷劑壓縮成高溫高壓的氣態製冷劑後經管路流入冷凝器後，在冷凝器內散熱、降溫，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出。低溫高壓液態製冷劑經管路乾燥、過濾後流進電子膨脹閥A10。低溫高壓液態製冷劑經膨脹閥節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑。低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器8內，在蒸發器8內吸收流經蒸發器8的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑。低溫低壓的氣態製冷劑經管路被壓縮機7吸入，進行壓縮，進入下一個循環，只要壓縮機7連續工作，製冷劑就在空調系統中連續循環，產生製冷效果。
[0026]在噴射器製冷子循環中，收集到的高溫廢熱進入發生器4中促使液體製冷劑變為高溫、高壓氣態製冷劑，並作為噴射器2的一次流，蒸發器8中的低溫、低壓氣態製冷劑經過閥門D進入升壓器3中變為低溫中壓的氣態製冷劑，並作為噴射器2的二次流，低溫中壓引射流與高溫高壓一次流在噴射器2中混合後流出，進入冷凝器發生相變，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出，冷凝後的液態製冷劑一部分泵5入發生器4中，另一部分流入電子膨脹閥B9，低溫高壓液態製冷劑經膨脹閥節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑。低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器8內，在蒸發器8內吸收流經蒸發器8的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑。
[0027]本發明所設計的系統針對汽車不同工況下的行駛狀態，通過系統的最優控制，在滿足空調製冷需求的同時，實現能源消耗最小的目標。在混合循環系統下，同時打開閥A、B、C和D，壓縮機7和噴射器2由於有足夠的汽車廢熱都可以工作在正常狀態，兩個子循環共同產生所需要的特定製冷量，這種工作狀態會出現在汽車或輪船引擎關閉或者剛剛啟動時，這時汽車或輪船沒有足夠的廢熱來使系統單獨工作在噴射器循環下。在噴射器循環系統下，關閉閥A和C，打開閥B和D。此時發動機產生的廢熱足夠多時，空調系統由廢熱驅動，並在此系統下可產生需要的製冷量。
[0028]本發明採用的控制策略是:汽車開始啟動後，實時檢測收集到的廢熱量，當廢熱量小於閾值時，根據設計的噴射器2的COP可計算出噴射製冷循環的製冷量，按照設定的需要的製冷量可推算出壓縮機7製冷循環的製冷量，繼而自動調節壓縮機7的製冷功率，然後根據空調管路內壓力的變化信號控制壓縮機7的壓縮比來自動調節蒸發器8出風口溫度，當溫度達到設定的溫度，壓縮機7電磁離合器鬆開，壓縮機7停止工作；當溫度升高後，電磁離合器結合，壓縮機7開始工作。當廢熱量大於等於閾值時，溫度傳感器採集蒸發器8出風口的溫度信號，通過電路反饋給ECU溫度達到設定值的電信號，決定並控制壓縮機7的電磁離合器斷開，壓縮機7停止工作。
[0029]在製冷的全過程中，壓縮機7始終是工作的，製冷強度的調節完全依賴裝在壓縮機7內部的壓力調節閥來控制。當空調管路內高壓端的壓力過高時，壓力調節閥縮短壓縮機7內活塞行程以減小壓縮比，這樣就會降低製冷強度。當高壓端壓力下降到一定程度，低壓端壓力上升到一定程度時，壓力調節閥則增大活塞行程以提高製冷強度。
[0030]本發明的創新點:(I)採用一種新型混合製冷循環系統。將傳統空調的壓縮式製冷循環與噴射式製冷循環並聯同時運行，共用一個蒸發器8，實現了一種新的混合式製冷循環，利用了噴射式製冷技術的優點，同時用壓縮機7克服了單純使用傳統噴射器2所造成的冋題。
[0031 ] (2)採用合理的控制技術，檢測發生器4收集的廢熱量，設定閾值，發生器4閾值即噴射器循環下產生特定的製冷量需要的最小廢熱量。當汽車或輪船剛剛啟動時，這時發動機產生的廢熱小於發生器4的閾值，使其工作在並聯式混合模式下(壓縮機製冷子循環與噴射器製冷子循環並聯運行)。隨著汽車或輪船一定時間的行駛，發動機會逐漸地產生廢熱，當發動機產生的廢熱足夠多，即大於發生器4的閾值時，空調系統由廢熱驅動，系統在噴射器循環系統下工作，並在此模式下可產生特定需要的製冷量。
[0032]本發明與傳統的噴射式製冷循環相比，解決了噴射式製冷循環製冷量較少且達到特定製冷量需要時間較長的缺點，使得系統穩定運行。與傳統的壓縮製冷循環相比，噴射式製冷子循環可給蒸發器8提供額外的製冷量，有效減少了壓縮機7的做功，減少了能源消耗，提高了燃料利用率，達到節能的目的。
【權利要求】
1.一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，包括蒸發器、冷凝器、噴射器、電子膨脹閥、發生器及壓縮機； 所述蒸發器的輸出端分兩路，一路與壓縮機的輸入端相連，另一路與升壓器的輸入端相連，壓縮機的輸出端與冷凝器A的輸入端相連，蒸發器的輸出端與壓縮機的輸入端之間的管路上設置有電磁閥C，蒸發器的輸出端與升壓器的輸入端之間的管路上設置有電磁閥D ； 冷凝器A的輸出端與蒸發器的輸入端相連，升壓器的輸出端與噴射器的二次流入口相連，噴射器的輸出端與冷凝器B的輸入端相連，冷凝器B的輸出端分兩路，一路與蒸發器的輸入端相連，另一路依次經過泵及發生器與噴射器的一次流入口相連，冷凝器A輸出端與蒸發器的輸入端之間的管路上設置有電子膨脹閥A，冷凝器B與泵的公共端和冷凝器A與蒸發器的公共端之間的管路上設置有電子膨脹閥B。
2.如權利要求1所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，所述蒸發器、電磁閥C、壓縮機、冷凝器A及電子膨脹閥A依次相連構成壓縮製冷子循環，蒸發器、升壓器、噴射器、冷凝器B、泵及發生器構成噴射器製冷子循環，壓縮製冷子循環及噴射器製冷子循環共用一個蒸發器。
3.如權利要求2所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，在壓縮製冷子循環過程中，汽車或輪船啟動後，壓縮機在發動機帶動下開始工作，驅使製冷劑在密封的空調系統中循環流動，壓縮機將液態製冷劑壓縮成高溫高壓的氣態製冷劑後經管路流入冷凝器A後，在冷凝器A內散熱、降溫，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出，低溫高壓液態製冷劑經管路乾燥、過濾後流進電子膨脹閥A，低溫高壓液態製冷劑經電子膨脹閥A節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑，低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器內，在蒸發器內吸收流經蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑，低溫低壓的氣態製冷劑經管路被壓縮機吸入，進行壓縮，進入下一個循環，只要壓縮機連續工作，製冷劑就在空調系統中連續循環，產生製冷效果。
4.如權利要求2所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，在噴射器製冷子循環中，收集到的高溫廢熱進入發生器中促使液體製冷劑變為高溫、高壓氣態製冷劑，並作為噴射器的一次流，蒸發器中的低溫、低壓氣態製冷劑經過電磁閥D進入升壓器中變為低溫中壓氣態製冷劑，並作為噴射器的二次流，低溫低壓引射流與高溫高壓一次流在噴射器中混合後流出，進入冷凝器B發生相變，冷凝成低溫高壓的液態製冷劑流出，冷凝後的液態製冷劑一部分泵入發生器中，另一部分流入電子膨脹閥B，低溫高壓液態製冷劑經電子膨脹閥B節流，狀態發生急劇變化，變成低溫低壓的液態製冷劑，低溫低壓液態製冷劑立即進入蒸發器內，在蒸發器內吸收流經蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，吹出冷風，產生製冷效果，製冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態製冷劑。
5.如權利要求1所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，利用溫度傳感器檢測發生器收集的廢熱量，設定閾值，當汽車或輪船剛剛啟動時，這時發動機產生的廢熱較少，但仍對廢熱進行回收並用於驅動噴射器，同時打開電子膨脹閥A和B，電磁閥C和D，使汽車或輪船工作在混合製冷模式下，壓縮製冷子循環及噴射器製冷子循環並聯運行； 隨著汽車的行駛，當發動機產生的廢熱大於設定的閾值時，打開電子膨脹閥B和電磁閥D，關閉電子膨脹閥A和電磁閥C，空調系統由廢熱驅動，此時系統工作在噴射器製冷循環，並在此循環模式下可產生特定需要的製冷量。
6.如權利要求5所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，所述的發生器閾值即汽車或輪船剛剛啟動時，噴射器製冷循環下產生特定的製冷量需要的最小廢熱量。
7.如權利要求5所述的一種新型混合製冷循環系統，其特徵是，所述空調系統的廢熱從散熱水箱和汽車尾氣環節獲得。
【文檔編號】F25B25/00GK104457018SQ201410782197
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】王雷, 趙紅霞, 王珊珊 申請人:山東大學