CN102398496B - 利用液化天然气汽化改进冷凝效果的汽车的空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用液化天然气汽化改进冷凝效果的汽车的空调系统，在冷凝器前加入一个LNG预冷器，外界的空气在进入冷凝器前先通过LNG预冷器，温度下降，这样，利用LNG冷却通过冷凝器的空气，可提高冷凝器中制冷剂的冷凝效果，降低冷凝器出口处制冷剂温度，从而可以提高制冷系统的制冷量和COP，并且可使用小功率的压缩机和较小的冷凝器。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用液化天然气作为动力的汽车的空调系统，尤其涉及一种利用液化天然气汽化改进冷凝效果的汽车的空调系统。
背景技术
近年，我国开始发展液化天然气工业，以期充分回收利用边远地区散放的天然气。2007年初，长庆靖边液化天然气工程投入生产运营，用于将不宜管道输送的天然气液化作为汽车燃料。随着汽车工业的不断发展，液化天然气作为一种清洁能源在汽车上应用。天然气作为汽车燃料，是由于它对大气的污染少，是一种洁净燃料，是汽车的优质代用燃料。将天然气燃料以压缩天然气(CNG)的形态应用于汽车，存在一个突出的问题，就是燃料能量储存密度小，汽车续驶里程短。液化天然气应用于汽车将使这一问题得到解决。LNG工业的发展为天然气汽车的推广应用提供了新的思路。
天然气的主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是-162℃，临界温度为-84℃，临界压力为4.1MPa。车用液化天然气的储存温度范围为-130℃～-160℃，其储存压力低于0.6MPa。液化天然气简称LNG，是指在常压下、温度为-162℃的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化天然气燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。LNG进入汽车发动机燃烧时必须在常温状态，在气化过程中会放出大量的冷量。使用时，从罐内流出的液化天然气经过与外界环境的换热而汽化，并使其温度升高，然后通过两级减压器减压由管路送到混合器与空气混合进人发动机。
现有技术的汽车空调系统一般包括用管道串接在一起的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，管道内有制冷剂流通。其中冷凝器一般采用高效的层叠式或平行流换热器，采用空冷的方式来冷却压缩机出口的过热制冷剂，即，制冷剂在冷凝器处与外部的空气进行换热，从而制冷剂被冷却为两相流或过冷液体。在冷凝器中，制冷机与空气的换热温差受环境和气候的限制，换热效果也受到限制，一般可以通过增加流程数或在流道间加入翅片来提高换热效果。当制冷剂冷却不充分时，冷凝器出口的制冷剂过冷度过小或制冷剂处于两相流时，经膨胀阀节流后的制冷剂往往干度较大，这样就降低了制冷量。
现有技术中，储液瓶中的液态天然气在输送至发动机的管路中与空气换热，提高温度后，将其送入发动机，这就造成了冷量的浪费。若将该部分冷量合理利用，提高车载空调的制冷量和效率，可以降低压缩机耗功，提高制冷系统的能效比(COP)，有着利国利民的重要的意义。
目前车用液化天然气汽车应用趋势十分明显，我国尚在起步阶段，对于LNG汽车冷量的回收技术国际上也刚刚起步。因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用回收的液化天然气冷量的车载空调系统，降低能量的消耗。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车的空调系统，利用液化天然气汽化改进冷凝效果，提高车用空调系统性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用液化天然气汽化改进冷凝效果的汽车的空调系统，所述汽车利用液化天然气为能源，所述空调系统包括串联在一起的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，还包括液化天然气预冷器；所述液化天然气预冷器靠近所述冷凝器设置，并且，在所述空调系统的风道中，所述液化天然气预冷器位于所述冷凝器的上游；其中，串联的管路中充注有制冷剂；从所述蒸发器出来的所述制冷剂形成过热气体，经过所述压缩机后成为高温高压的气体，再进入所述冷凝器，与外界空气换热进行冷却；其中，低温的液化天然气流经所述液化天然气预冷器，与将要通过所述冷凝器的空气进行热交换，所述空气经过冷却后再通过所述冷凝器冷却所述制冷剂，同时，所述液化天然气吸热后成为常温的气态进入所述汽车的发动机燃烧室；从所述冷凝器的出口流出的冷凝后的所述制冷剂通过所述膨胀阀节流后得到低温的流体，在所述蒸发器内与汽车内的空气换热。
较佳地，所述空调系统为对现有的汽车空调系统进行改装而成，所述改装为在现有的汽车空调系统的冷凝器前，加上至少一个换热器作为所述液化天然气预冷器，利用液化天然气冷却即将通过所述现有的汽车空调系统的冷凝器的空气。
较佳地，所述制冷剂的充注量低于所述现有的汽车空调系统。
本发明在冷凝器前，先使用LNG来冷却通过冷凝器的空气，冷却后的空气再通过冷凝器，与制冷剂换热，可以显著提高制冷剂与外界空气之间的温差，提高冷凝效果。现有技术为了保证换热效果，冷凝器有着较多的流程数，所占的体积比较大。本发明在冷凝器前加上一个LNG预冷器对空气进行预冷，可以减少冷凝器的流程数和体积，降低了换热器成本。同时制冷剂在冷凝器出口可以被降低到较低的温度，从而降低膨胀阀出口焓值和干度。在增加LNG预冷器后，可以适当的降低冷凝压力，因此可以提压缩机容积效率并且降低压缩机耗功。可见，将LNG气化时放出的冷量用于车载空调在倡导节能的今天有着相当大的意义。同时，还可以适当的降低制冷系统的充注量，从而降低制冷剂的泄漏量，对解决温室效应问题也有着重要的意义。
本发明与现有技术相比的优点包括：
1)减少了压缩机的耗功，提高了系统的COP。提供了一种高效节能的汽车空调系统。
2)可选用小功率的压缩机和较小的冷凝器，降低了制冷设备的成本，且只需要对现有的制冷系统进行简单的改造，可行性较强。
3)可以降低充注量，减少了制冷剂的泄露，减轻了制冷剂泄露引起的环境问题。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的LNG车用空调系统的循环装置图；
图2是使用液态天然气的制冷循环与原制冷系统的焓熵图的比较。
具体实施方式
如图1制冷系统装置图所示，本发明的整个装置只需要对现有的汽车空调系统进行简单的改装即可。在冷凝器30前加入一个LNG预冷器20，外界的空气在进入冷凝器30前先通过LNG预冷器20，温度下降，这样，利用LNG冷却通过冷凝器30的空气，可提高冷凝器30中制冷剂的冷凝效果，从而可以提高制冷系统的性能，并且可使用小功率的压缩机和较小的冷凝器。
下面参照附图，对整个装置进行详细的介绍。如图1所示，整个制冷系统主要由5个部件组成，包括：压缩机10、LNG预冷器20、冷凝器30、膨胀阀40和蒸发器50。运行过程如下：制冷剂从蒸发器50出来，成为过热气体，经过压缩机10后变成高温高压的气体，再进入冷凝器30进行冷却。在LNG预冷器20中，液态天然气将预冷将要通过冷凝器30的空气，经过冷却的空气再通过冷凝器30冷却制冷剂。冷凝后的制冷剂通过膨胀阀40节流后得到低温的流体，在蒸发器50内与车内空气换热，冷却车内的空气。
现在参照焓熵图，对使用LNG预冷器的汽车空调系统的优势进行说明。循环曲线1-2-3-4-1是原制冷系统的循环曲线。引入LNG预冷器的制冷系统的循环曲线1-2′-3′-4′-1，比较它们的区别主要有如下几点：利用液化天然气在制冷剂之前预冷通过冷凝器的空气时，可以适当降低冷凝压力，压缩机的压缩比降低，压缩机出口点由2变为2′，这样就减少了压缩机的耗功，且提高了压缩机的容积效率。通过LNG预冷器的空气温度极大的降低，这样即使减少冷凝器的流程数及管排数也可以达到较好的冷凝效果，减少了冷凝器的尺寸，从而降低设备成本。进入膨胀阀的制冷剂状态点由3变为3′，膨胀阀出口的干度降低，制冷量相应增大。而如前所述，压缩机的耗功也得到降低，故系统COP也增大。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种利用液化天然气汽化改进冷凝效果的汽车的空调系统，所述汽车利用液化天然气为能源，所述空调系统包括串联在一起的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，还包括液化天然气预冷器；所述液化天然气预冷器靠近所述冷凝器设置，并且，在所述空调系统的风道中，所述液化天然气预冷器位于所述冷凝器的上游；其中，串联的管路中充注有制冷剂；
从所述蒸发器出来的所述制冷剂形成过热气体，经过所述压缩机后成为高温高压的气体，再进入所述冷凝器，与外界空气换热进行冷却；其中，低温的液化天然气流经所述液化天然气预冷器，与将要通过所述冷凝器的空气进行热交换，所述空气经过冷却后再通过所述冷凝器冷却所述制冷剂，同时，所述液化天然气吸热后成为常温的气态进入所述汽车的发动机燃烧室；
从所述冷凝器的出口流出的冷凝后的所述制冷剂通过所述膨胀阀节流后得到低温的流体，在所述蒸发器内与汽车内的空气换热。
2.如权利要求1所述的汽车的空调系统，其特征在于，所述空调系统为对现有的汽车空调系统进行改装而成，所述改装为在现有的汽车空调系统的冷凝器前，加上至少一个换热器作为所述液化天然气预冷器，利用液化天然气冷却即将通过所述现有的汽车空调系统的冷凝器的空气。
3.如权利要求2所述的汽车的空调系统，其特征在于，所述制冷剂的充注量低于所述现有的汽车空调系统。
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