CN102644980A - 一种co2水合物浆循环蓄冷放冷型的汽车空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车空调装置，尤其涉及一种CO2水合物浆循环蓄冷放冷型汽车空调装置，属于制冷工程及化学工程技术领域。本发明利用反应槽a、反应槽b及风机盘管替代传统的蒸发器，利用CO2与反应槽a中的水进行化学反应进行蓄冷，同时已完成蓄冷的反应槽b在循环泵的带动下通过风机盘管进行放冷，达到对车内制冷的效果，通过控制阀的作用，反应槽a和反应槽b交替进行制冷和放冷，从而达到制冷循环系统持续运行的效果。本发明的优点在于CO2作为冷媒，其容积效率可维持在较高的水平，从而使制冷系统结构小型化，由于采用气体水合物相变温度为5-14℃，该温度区间与空调运行工况相接近，因此可以克服传统冰蓄冷机组凝固温度低的缺点。

Description

一种CO2水合物浆循环蓄冷放冷型的汽车空调装置
技术领域
本发明涉及一种汽车空调装置，尤其涉及一种CO2水合物浆循环蓄冷放冷型汽车空调装置，属于化学工程及制冷工程技术领域。 
背景技术
在现有技术中专利号为200410018309.X名称为《城市公交车冰蓄冷空调供冷装置》的专利中，公开了一种具有蓄冷功能的空调供冷装置，该装置没有压缩机，采用小功率的循环水泵，以克服载冷剂在循环水管和盘管换热器中的流动阻力，循环水泵中的载冷剂在循环水泵的带动下，将蓄冰槽内的冰块冷量源源不断的输送到管盘换热器中，管盘换热器再与外界换热达到降温效果，其供冷所需的冰块由集中制冰站提供，但是缺点是汽车需定期前往集中制冰站为空调供冷装置添加冰块；另外专利号为03131503.8名称为《汽车空调器》的专利中，也公开了一种具有储冷功能的汽车空调器，其系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器三者串联连接，它还包括储冷器，该储冷器与蒸发器并联连接。当汽车怠速或停止行驶时，可以停止空调压缩机工作，启动储冷系统向车室内供冷，当汽车正常行驶，而车室内的需冷量大于空调系统额定供冷量时，可以启动储冷系统向车室内补充供冷，以弥补空调系统额定供冷量的不足。但是，该空调装置在高速运行即储冷状态时蒸发器和储冷器同时工作，这在增加压缩机功率和冷凝器的负荷的同时也会使压缩机和冷凝器的尺寸增大，对于汽车内有限的安装空间来说该储冷空调不易实现。由于振动等恶劣的工作环境，汽车空调的制冷剂极容易泄漏，且回收非常困难。目前汽车空调中主要采用的循环工质为R134a，R134a虽然不破坏臭氧层，但其温 室效应指数GWP(Global Warning Potentia1)值为1430，仍然较高。1997年底在日本签署的“京都议定书”中明确指出R134a也是即将被淘汰的工质。因此，寻找新型的且更加环保的汽车空调制冷剂成为当今科研领域的热点之一。从可持续发展的长远眼光考虑，天然工质替代合成工质已经成为必然。为此，CO2受到了重视，成为10多年来替代工质领域的研究热点之一。在常温、常压下，CO2是无色无味的气体。其三相点的压力为0.518MPa、三相点的温度为-56.6℃，临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MPa，由于其临界温度低，所以用于夏季制冷工况时，宜采用跨临界循环的方式，排热过程在超临界工况下进行，且整个放热过程没有相变的产生。由于CO2跨临界循环排热温度高、气体冷却器的换热效果好，因此比较适合汽车空调这种恶劣的工作环境。同时，CO2制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环的低，其容积效率可维持在较高的水平，高的容积制冷量使设备更紧凑；高的流体密度使压缩机进一步小型化，连接管道变细。 
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种CO2水合物浆循环蓄冷放冷型汽车空调装置，包括压缩机5，使用CO2作为冷媒，压缩机5排气口与冷却器1入口连通，冷却器1出口与节流阀3连通，所述节流阀3出口分两路分别经第一控制阀8和第二控制阀9再分别与反应槽a和反应槽b的入口连通，所述反应槽a和反应槽b内均装有水，所述反应槽a，反应槽b各有一气体出口，两个气体出口管路交汇合并成一路后与压缩机吸气口连通；所述反应槽a、反应槽b还各有一个水合物浆体出口，两个浆体出口分别经第三控制阀10及第四控制阀12汇合成一路后与风机盘管7入口连通，风机盘管7出口连通循环泵6后再分为两路，分别经第五控制阀11和第六控制阀13再分别与反应槽a的回流入口和反应槽b的回流入口连通。 
所述反应槽a的入口位于反应槽a的的底部，所述反应槽b的入口位于反应槽b的底部。 
所述汽车空调装置还包括回热器2，所述回热器2覆盖冷却器1和节流阀3管路之间的一段管路，及反应槽a气体出口与反应槽b气体出口汇合成一路后与压缩机5吸气口之间的一段管路。 
所述汽车空调装置还包括干燥过滤器4，所述干燥过滤器安装在压缩机5吸气口之前。 
一种所述汽车空调装置的工作方法，包括以下工作步骤：步骤一，所述汽车空调装置，第一控制阀8开启，第二、三、四、五、六控制阀关闭，压缩机5启动，所述反应槽a进入蓄冷过程；步骤二，第一控制阀8，第四控制阀12，第六控制阀13关闭，第二控制阀9，第三控制阀10，第五控制阀11开启，所述反应槽a进入放冷过程，反应槽b进入蓄冷过程；步骤三，第一控制阀8，第四控制阀12，第六控制阀13开启，第二控制阀9，第三控制阀10，第五控制阀11关闭，所述反应槽a进入蓄冷过程，反应槽b进入放冷过程；步骤二和步骤三交替执行。 
本发明的有益效果在于：采用CO2作为冷媒，CO2制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环的低，其容积效率可维持在较高的水平，高的容积制冷量使设备更紧凑，高的流体密度使压缩机进一步小型化，连接管道变细。由于采用气体水合物作为相变蓄放冷介质时其相变温度为5-14℃，该温度区间与空调运行工况相接近，因此可以克服传统冰蓄冷机组凝固温度(0℃)低的缺点。同时，分蓄冷和放冷两路循环运行，取代传统的蒸发器，两路循环不同时开启，相比蒸发器和储藏冷器同时运行，压缩机及换热器结构可以小型化，容易安装进空间狭小的车内，比较容易实现应用。同时，由于反应槽具有储液空间故可替代传统CO2跨临界循环空调当中与蒸发器出口相连的储液器的 作用，用以防止压缩机的液击，同时增大了制冷系统内部容积，避免在高温环境温度下怠速时系统内的压力过高。 
附图说明
图1是本发明的CO2水合物浆循环蓄冷放冷型汽车空调装置的循环示意图。 
其中，1冷却器，2回热器，3节流阀，4干燥过滤器，5压缩机，6循环泵、7是风机盘管，8第一控制阀，9第二控制阀，10第三控制阀，11第五控制阀、12第四控制阀，13第六控制阀。 
具体实施方式
步骤一，当汽车刚开启所述汽车空调装置时，第一控制阀(8)开启，第二、三、四、五、六控制阀关闭，压缩机(5)启动，冷却器冷却后的CO2气体经节流阀降压、降温后以气液两相混合流体从水合反应槽a的底部进入，气态CO2流体从底部进入水合反应槽a中会以鼓泡的形式形成扰动从而使其与水合反应槽a中预先充入的液态水迅速反应形成一种浆状的包络化合物，又称CO2气体水合物，其反应过程为5.75 CO2+H2O→5.75 CO2·H2O，反应过程放出的热量使液态CO2蒸发，蒸发产生的CO2经反应槽a的气体出口出来，流经回热器2，干燥过滤器4，进入压缩机5继续循环，此时反应槽a完成了蓄冷。 
步骤二，当汽车启动后处于正常运行状态时，此时反应槽a中已经生成了一部分浆状的CO2水合物。当车室内需要空调降温时，第一控制阀(8)，第四控制阀(12)，第六控制阀(13)关闭，第二控制阀(9)，第三控制阀(10)，第五控制阀(11)开启，一方面反应槽a中已经生成的CO2气体水合物自水合物浆体出口流出经循环泵6送入位于车室内的风机盘管7，CO2气体水合物吸收车室内空气的热量后发生分解，其分解过程为5.75 CO2·H2O→5.75 CO2+H2O，车室内的空气由于失去热量而起到降温的效果，此时的水合反应槽a起放冷作用，分解后的CO2和H2O经反应槽回流入口再进入反应槽a，气态CO2再自反 应槽a气体出口出来流回压缩机5继续压缩；另一方面，压缩机排气口排出的高温高压CO2流经冷却器1、节流阀3温度和压力降低后以气液两相进入水合反应槽b的入口中进行水合物合成反应，重复上述反应槽a此前经历的蓄冷的过程，此时反应槽b起蓄冷作用。 
步骤三，第一控制阀(8)，第四控制阀(12)，第六控制阀(13)开启，第二控制阀(9)，第三控制阀(10)，第五控制阀(11)关闭，所述反应槽a进入蓄冷过程，反应槽b进入放冷过程； 
步骤二和步骤三交替执行。如此，两个反应槽在蓄冷、放冷模式间交替转换，从而达到为车室内持续供冷的效果。 
当汽车处于爬坡、加速状态对主发动机动力要求高或者处于停驶状态下时，压缩机5停止工作，水合物浆循环泵6开启，只由放冷循环系统工作。CO2水合物被循环泵送入位于车室内的风机盘管时吸收车室内空气的热量后发生分解，分解过程为5.75 CO2·H2O→5.75 CO2+H2O，车室内的空气失去热量后温度降低，从而保证了汽车处于爬坡、加速或者怠速、停驶状态空调压缩机停止工作时仍可向车室内供冷。当汽车以正常速度行驶时，压缩机再次工作，压缩机启动后将水合物分解产生的CO2蒸汽吸入压缩后排出经气体冷却器1、节流阀3后温度和压力降低再进入蓄冷模式的水合反应槽中进行水合物合成反应以维持整个系统持续、正常的运行。 

Claims (5)

1.一种CO2水合物浆循环蓄冷放冷型的汽车空调装置，包括压缩机(5)，采用CO2作为冷媒，压缩机(5)排气口与冷却器(1)入口连通，冷却器(1)出口与节流阀(3)连通，其特征在于：所述节流阀(3)出口分两路分别经第一控制阀(8)和第二控制阀(9)再分别与反应槽a的入口和反应槽b的入口连通，所述反应槽a和反应槽b内均装有水，所述反应槽a，反应槽b各有一气体出口，两气体出口各自所连的管路交汇合并成一路后与压缩机(5)吸气口连通；所述反应槽a、反应槽b还各有一水合物浆体出口，两个浆体出口分别经第三控制阀(10)及第四控制阀(12)汇合成一路后与风机盘管(7)入口连通，风机盘管(7)出口连通循环泵(6)后再分为两路，分别经第五控制阀(11)和第六控制阀(13)再分别与反应槽a的回流入口和反应槽b的回流入口连通。
2.如权利要求1所述的汽车空调装置，其特征在于所述反应槽a的入口位于反应槽a的的底部，所述反应槽b的入口位于反应槽b的底部。
3.如权利要求1所述的车载蓄冷式汽车空调装置，其特征在于还包括回热器(2)，所述回热器(2)覆盖冷却器(1)和节流阀(3)管路之间的一段管路，及反应槽a气体出口与反应槽b气体出口汇合成一路后与压缩机(5)吸气口之间的一段管路。
4.如权利要求1所述的汽车空调装置，其特征在于还包括干燥过滤器(4)，所述干燥过滤器安装在压缩机(5)吸气口之前。
5.一种如权利要求1所述的汽车空调装置的工作方法，其特征在于包括以下工作步骤：
步骤一，所述汽车空调装置，第一控制阀(8)开启，第二、三、四、五、六控制阀关闭，压缩机(5)启动，CO2冷媒经过冷却器(1)，节流阀(3)后 以气液两相的形态进入反应槽a，与反应槽a内的水进行化学反应，生成水合物浆体，放热并降温，从而使所述反应槽a进入蓄冷过程；
步骤二，第一控制阀(8)，第四控制阀(12)，第六控制阀(13)关闭，第二控制阀(9)，第三控制阀(10)，第五控制阀(11)开启，反应槽a内的水合物浆体在循环泵(6)的带动下进入风机盘管(7)，与外界换热，所述反应槽a进入放冷过程，同时，反应槽b进入蓄冷过程；
步骤三，第一控制阀(8)，第四控制阀(12)，第六控制阀(13)开启，第二控制阀(9)，第三控制阀(10)，第五控制阀(11)关闭，所述反应槽a再次进入蓄冷过程，反应槽b进入放冷过程；
步骤二和步骤三交替执行。 
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