利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車的空調系統的製作方法
2023-05-23 15:00:41
專利名稱：利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車的空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車的空調系統，尤其涉及一種利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車的空調系統。
背景技術：
隨著汽車工業的不斷發展，液化天然氣作為一種清潔能源在汽車上應用。天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的常壓沸點是-162°C，臨界溫度為-84°C，臨界壓力為4. IMPa0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，儲存於車載絕熱氣瓶中。 液化天然氣(LNG)燃點高、安全性能強，適於長途運輸和儲存。LNG進入汽車發動機燃燒時必須在常溫狀態，在氣化過程中會放出大量的冷量。對於現有情況，儲液瓶中的液態天然氣在輸送至發動機的管路中與空氣換熱，提高溫度後，再進入發動機，這就造成了冷量的浪費。若將該部分冷量合理回收，利用其來增加製冷劑在冷凝器出口的過冷度，就可以提高製冷系統的製冷量和能效比(COP)，減少壓縮機耗功。經對現有技術的文獻檢索發現，中國實用新型CN201646314U，名稱為「液化天然氣汽車空調系統」，及中國專利申請CN1431107A，名稱為「利用液態天然氣冷量的汽車空調器」 中，都有利用LNG冷量的想法，但是他們都是採用直接利用LNG的冷量，並不使用現在廣泛使用的汽車空調系統，需要重新設計車載空調系統，且受燃燒所需的天然氣流量的限制，產生的製冷量有限，不足以提供車內所需的冷量。目前車用液化天然氣汽車應用趨勢十分明顯，我國尚在起步階段，對於LNG汽車冷量的回收技術國際上也剛剛起步。利用回收的冷量來服務於車載空調系統，可以降低能量的消耗，有著利國利民的重要的意義。因此，本領域的技術人員致力於開發一種汽車空調系統，利用低溫的液化天然氣的氣化潛熱，增加製冷劑出口過冷度，從而提高製冷系統的製冷量和效率。
發明內容
有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種汽車空調系統，利用低溫的液化天然氣的氣化潛熱，增加製冷劑出口過冷度，從而提高製冷系統的製冷
量和效率。為實現上述目的，本發明提供了一種利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車空調系統，所述汽車利用液化天然氣為能源，所述空調系統包括串聯在一起的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，還包括液化天然氣過冷器；其中，串聯的管路中充注有製冷劑；從所述蒸發器出來的所述製冷劑形成的過熱氣體，經過所述壓縮機後成為高溫高壓的氣體，再進入所述冷凝器，與外界空氣換熱進行冷卻；從所述冷凝器的出口流出的所述製冷劑為過冷的液體或者兩相流，再經過所述液化天然氣過冷器，與所述液化天然氣過冷器中低溫的液化天然氣流體進行換熱，增加所述製冷劑的過冷度，並且，所述液化天然氣吸熱後成為常溫的氣態進入所述汽車的發動機燃燒室；然後，所述製冷劑通過所述膨脹閥節流後得到低溫的流體，在所述蒸發器內與汽車內的空氣換熱。較佳地，所述空調系統為對現有的汽車空調系統進行改裝而成，所述改裝為在現有的汽車空調系統的冷凝器和現有的汽車空調系統的膨脹閥之間加入一個所述液化天然氣過冷器。較佳地，所述製冷劑的充注量低於所述現有的汽車空調系統。較佳地，所述液化天然氣過冷器為纏繞在所述冷凝器與所述膨脹閥之間的所述串聯的管路上的所述液化天然氣的流動管路。本發明與現有技術相比的優點包括1)增大了製冷系統的製冷量，減少了壓縮機的耗功，提高了系統的COP。提供了一種高效節能的汽車空調系統。2)可以降低充注量，減少了製冷劑的洩露，減輕了製冷劑洩露引起的環境問題。3)只需要對現有的汽車空調系統簡單改造，系統運行穩定、高效。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
圖1是本發明的一個較佳實施例的製冷系統的循環裝置圖；圖2是使用液態天然氣的製冷循環的log p-h圖及比較。
具體實施例方式汽車空調冷凝器內製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，當過冷度過小或製冷劑處於兩相流時，經膨脹閥節流後的製冷劑往往幹度較大， 這樣就減少了製冷量。所以一般希望膨脹閥前的製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，降低製冷劑進入膨脹閥的溫度和焓值，以降低蒸發器入口的幹度，從而提高製冷量。隨著能源形勢的日漸緊張，提高製冷系統的效率是當務之急。而直接回收液態天然氣的蒸發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製冷劑。相當於在普通的製冷系統中加入一個高效的過冷器。過冷器中為製冷劑與液態天然氣之間換熱。以此達到提高製冷系統效率。由於常壓下的液態天然氣為-162°C，溫度很低，一般冷凝器的製冷劑出口溫度為 40°C 50°C。在過冷器中，LNG可極大的降低製冷劑的溫度，起到了非常好的過冷效果。因此可以適當的降低冷凝壓力，這樣可以提高容積效率並且降低壓縮機耗功。同時還可以適當的減少製冷系統的充注量，從可以降低製冷劑的洩漏量，對解決溫室效應問題有著重要的意義。如圖1所示，整個使用LNG的過冷器製冷裝置主要由5個部件組成，包括壓縮機 10，冷凝器20，LNG過冷器30，膨脹閥40，蒸發器50。從蒸發器出來的過熱氣體，經過壓縮機後變成高溫高壓的氣體，再進入冷凝器，與空氣換熱進行冷卻。冷凝器出口為過冷的液體或者兩相流，再進入LNG過冷器，與低溫的LNG流體進行換熱，增加製冷劑的過冷度。然後通過膨脹閥節流後得到低溫的流體，在蒸發器內與車內空氣換熱。
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現在參照圖2，對使用LNG的汽車空調系統的優勢進行說明。在沒有LNG過冷器的空調裝置中，循環圖為1-2-3-4-1，。加上LNG過冷器後，循環圖為1-2' -3' -4' -1，可以降低壓縮機的壓縮比，壓縮機出口點由2變為2'，這樣就降低了壓縮機的耗功。這樣雖然降低了冷凝壓力，會降低汽車空調冷凝器中製冷劑的冷凝溫度，但是製冷劑在流過冷凝器後，還要流過LNG過冷器，與溫度低達-162°C的液態天然氣換熱。在過冷器中，液化天然氣與製冷劑之間的溫差可以達到200°C .即使過冷器不需要使用高效的換熱器，也可以達到很好的冷卻製冷劑的效果。進入膨脹閥的狀態點由狀態點 3變為3'，膨脹閥出口的幹度降低，製冷量相應增大，從而COP也增大。在冷負荷不變的情況下，可以降低製冷劑流量，從而進一步的降低了壓縮機耗功。由於壓縮機是由發動機帶動的，壓縮機功率降低，從而降低了對汽車發動機的影響，汽車的性能也得到了提高。如圖1所示，整個裝置只需要對現有的汽車空調系統進行簡單的改裝即可。在冷凝器和膨脹閥之間加入一個LNG過冷器。冷凝器出口的製冷劑和低溫的LNG進行換熱，LNG吸熱變成常溫的氣態進入發動機燃燒室。同時，從蒸發器出來的過熱氣體，經過壓縮機後變成高溫高壓的氣體，再進入冷凝器，與空氣換熱進行冷卻。冷凝器出口為過冷的液體或者兩相流，再進入LNG過冷器，與低溫的LNG流體進行換熱，增加了製冷劑的過冷度。然後通過膨脹閥節流後得到低溫的流體，在蒸發器內與車內空氣進行換熱。預計可回收的冷量在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。這就給換熱器的設計帶來了很大的難題，所以設計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，這樣設計不僅結構簡單，容易生產，而且系統運行穩定，也保證了天然氣和製冷劑換熱的接觸面積，可以達到較好的換熱效果。LNG的流動管路在冷凝器的出口處的纏繞長度根據換熱效率和成本因素綜合設計。選用導熱效率高的管材時可以採用較短的纏繞長度，反之，可以選擇較長的纏繞長度。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求
1.一種利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車的空調系統，所述汽車利用液化天然氣為能源，所述空調系統包括串聯在一起的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，還包括液化天然氣過冷器；其中，串聯的管路中充注有製冷劑；從所述蒸發器出來的所述製冷劑形成的過熱氣體，經過所述壓縮機後成為高溫高壓的氣體，再進入所述冷凝器，與外界空氣換熱進行冷卻；從所述冷凝器的出口流出的所述製冷劑為過冷的液體或者兩相流，再經過所述液化天然氣過冷器，與所述液化天然氣過冷器中低溫的液化天然氣流體進行換熱，增加所述製冷劑的過冷度，並且，所述液化天然氣吸熱後成為常溫的氣態進入所述汽車的發動機燃燒室；然後，所述製冷劑通過所述膨脹閥節流後得到低溫的流體，在所述蒸發器內與汽車內的空氣換熱。
2.如權利要求1所述的汽車的空調系統，其特徵在於，所述空調系統為對現有的汽車空調系統進行改裝而成，所述改裝為在現有的汽車空調系統的冷凝器和現有的汽車空調系統的膨脹閥之間加入一個所述液化天然氣過冷器。
3.如權利要求2所述的汽車的空調系統，其特徵在於，所述製冷劑的充注量低於所述現有的汽車空調系統。
4.如權利要求1所述的汽車的空調系統，其特徵在於，所述液化天然氣過冷器為纏繞在所述冷凝器與所述膨脹閥之間的所述串聯的管路上的所述液化天然氣的流動管路。
全文摘要
本發明公開了一種利用液化天然氣汽化潛熱實現過冷的汽車空調系統，在冷凝器和膨脹閥之間加入一個LNG過冷器，使冷凝器出口的製冷劑和低溫的LNG進行換熱，LNG吸熱變成常溫的氣態進入發動機燃燒室；製冷劑過冷度增加，然後通過膨脹閥節流後得到低溫的流體，降低製冷劑幹度，從而提高了製冷量，同時可以降低冷凝壓力，減少了壓縮機耗功，提高了系統的COP。LNG過冷器採用LNG管道纏繞製冷劑管道的方法，結構簡單，容易生產，而且系統運行高效、穩定。
文檔編號B60H1/32GK102423997SQ20111027538
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者梁媛媛, 陳江平 申請人:上海交通大學