CN103512256A

CN103512256A - 一种制冷系统及空调

Info

Publication number: CN103512256A
Application number: CN201310432850.4A
Authority: CN
Inventors: 孙西峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-22
Filing date: 2013-09-22
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明提供了一种制冷系统，该制冷系统包括蒸发器1、初级压缩机3、第一冷却器4、二级压缩机5、第二冷却器6、膨胀机7和制冷剂管，所述制冷剂管分段设置；所述蒸发器1、初级压缩机3、第一冷却器4、二级压缩机5、第二冷却器6和膨胀机7依次通过所述制冷剂管相连；所述膨胀机7与所述蒸发器1通过制冷剂管相连；其中，所述膨胀机7利用该制冷剂膨胀做功，消耗制冷剂的内能驱动所述膨胀机7的旋转轴旋转，该膨胀机7的旋转轴带动所述二级压缩机5工作。这种制冷系统通过对所述制冷剂的内能进行回收，转化为机械能并带动所述二级压缩机5对所述制冷剂进行压缩，有效地提高了所述制冷剂的冷却效率。

Description

一种制冷系统及空调

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体涉及一种制冷系统以及应用所述制冷系统的空调。

背景技术

无论是在工业生产还是在日常生活中，制冷设备已变得十分普遍，而且必不可少。随着工业技术的不断进步，制冷技术也在不断发展，更加高效与环保。

制冷就是使某一空间或某物体达到低于其周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程。制冷系统就是要完成这一任务，包括制冷剂和制冷设备。制冷设备通常包括压缩机、冷却器、节流部件和蒸发器四个基本部分。制冷剂在蒸发器中汽化吸热，然后在冷凝器凝结放热，从而达到热量转移的目的。自然条件下，热量不会主动从温度低的地方传递到温度高的地方，这样就需要制冷设备来强制制冷剂按如上方式在制冷设备中变化。

从上面的制冷原理中可以看出，制冷剂是热量传递的介质，被称为制冷系统中的“血液”。当前能做制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等，例如R12、R22、R134a、R404A和R410A等。

随着臭氧层变薄和全球变暖等环境问题的日益严重，制冷剂对环境的危害得到了人们的重视。人们开始有意识地逐步和强制淘汰对环境危害大的制冷剂，并且鼓励开发和使用环保制冷剂。

二氧化碳作为环境友好型的自然工质又开始得到了人们的重视，相对于现在常用的制冷剂，二氧化碳具有很多独特的优势。首先，破坏臭氧潜能值（ODP）为0、全球变暖潜能值（GWP）为1，远优于其他制冷剂；其次，安全无毒、不可燃，而且不会产生任何降解物；再次，较高的换热系数和较好的传热特性，可显著减少压缩机与系统的尺寸，是整个系统更加紧凑。

但是现有技术面临最大的问题是，二氧化碳在现有的制冷系统中制冷效率均偏低，这也是作为制冷剂，二氧化碳具有这么多优良特性却未被广泛应用的原因。改变这种情况需重新设计一种制冷系统。

发明内容

本发明提供一种制冷系统，以解决二氧化碳在现有制冷系统中效率较低的问题。

本发明提供的一种制冷系统，包括蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器、膨胀机和制冷剂管，所述制冷剂管分段设置；所述蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器和膨胀机依次通过所述制冷剂管相连；所述膨胀机与所述蒸发器通过制冷剂管相连；其中，所述膨胀机利用该制冷剂膨胀做功，消耗制冷剂的内能驱动所述膨胀机的旋转轴旋转，该膨胀机的旋转轴带动所述二级压缩机工作。

可选的，所述膨胀机为往复活塞式膨胀机、滚动活塞式、摆动转子式、螺杆式、涡旋式或者透平式膨胀机中的一种。

可选的，所述初级压缩机为流量可控压缩机。

可选的，所述初级压缩机可为旋转叶片式压缩机、曲轴连杆式压缩机、轴向活塞式压缩机、滚动活塞式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机或者涡旋式压缩机。

可选的，所述二级压缩机可为旋转叶片式压缩机、往复活塞式压缩机、滚动活塞式、摆动转子式、螺杆式压缩机、离心式压缩机或者涡旋式压缩机。

可选的，所述二级压缩机和所述膨胀机集成一体，两者的旋转轴同轴且相互固定连接。

可选的，所述第一冷却器和所述第二冷却器相互独立且可以固结为一体。

可选的，所述第二冷却器和所述膨胀机之间可以设置有储存干燥器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

本发明提供的一种制冷系统，包括蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器、膨胀机和制冷剂管，所述制冷剂管分段设置，所述蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器、膨胀机和蒸发器依次通过所述制冷剂管相连，所述膨胀机通过消耗制冷剂的内能驱动所述膨胀机的旋转轴旋转，该膨胀机带动所述二级压缩机工作。这样的制冷系统利用所述膨胀机回收二氧化碳的膨胀功，并用于制冷过程中的二次压缩，减少了能量损失并增加了制冷量，从而提高了制冷效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种汽车空调制冷系统的原理图；

图2是现有技术制冷系统的原理图。

图示说明：

1、蒸发器；2、汽车发动机；3、初级压缩机；4、第一冷却器；5、二级压缩机；6、第二冷却器；7、膨胀机。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

图1示出了本发明提供的一种空调制冷系统的实施例。

本实施例提供的制冷系统为设置在汽车上汽车空调。但本发明不局限于汽车空调。

如图1所示，为所述汽车空调制冷系统的原理图。所述制冷系统包括蒸发器1、初级压缩机3、第一冷却器4、二级压缩机5、第二冷却器6、膨胀机7和制冷剂管。所述制冷剂管分段设置。本实施例中，采用二氧化碳作为制冷剂。所述第二冷却器6和所述膨胀机7之间可以设置有储存干燥器。图1中箭头方向为所述制冷剂在所述制冷剂管中的流动方向。

所述蒸发器1设置在汽车驾驶室内，属于直接风冷式结构，包括管路和散热片。为增大与外界空气接触面积，提高换热效率，所述蒸发器1的管路曲折地穿插在散热片中。所述蒸发器1根据结构可分为管片式、管带式、层叠式和微通道平行流式。由于微通道平行流式蒸发器散热效率较高，本实施例采用微通道平行流式蒸发器，但本实施例不局限于一种类型的蒸发器。为提高空气的流动性，随所述蒸发器1设置有蒸发器风扇。

当低温低压的气液两相制冷剂进入所述蒸发器1后，与外界空气充分换热，然后汽化。所述蒸发器1利用低温低压的液态制冷剂汽化吸热的原理，把通过它周围的热量带走，从而达到冷却除湿的目的，并通过所述蒸发器风扇把冷空气送入汽车驾驶室内使其温度下降。

所述蒸发器1的输出端通过制冷剂管与所述初级压缩机3的输入端相连。所述蒸发器1输出的低温低压气态制冷剂进入所述初级压缩机3。

在汽车空调制冷系统中，压缩机起压缩和输送气态制冷剂的作用，是汽车空调制冷系统的“心脏”。根据工作原理不同，分为定排量压缩机和变排量压缩机。所述压缩机由汽车动力发动机驱动，或者专门的发动机驱动或者电机驱动。

所述定排量压缩机的排气量是随着发动机的转速的提高而成比例的提高，它不能根据制冷的需求而自动改变功率输出，而且对发动机油耗的影响比较大。它的控制一般通过采集蒸发器1出风口的温度信号，当温度达到设定的温度，与汽车发动机相配合的压缩机电磁离合器松开，压缩机停止工作。当温度升高后，电磁离合器结合，压缩机开始工作。定排量压缩机也受空调系统压力的控制，当管路内压力过高时，压缩机停止工作。

所述变排量压缩机可以根据设定的温度自动调节功率输出。空调控制系统不采集蒸发器1出风口的温度信号，而是根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机的压缩比来自动调节出风口温度。在制冷的全过程中，压缩机始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在压缩机内部的压力调节阀来控制。当空调管路内高压端的压力过高时，压力调节阀缩短压缩机内活塞行程以减小压缩比，这样就会降低制冷强度。当高压端压力下降到一定程度，低压端压力上升到一定程度时，压力调节阀则增大活塞行程以提高制冷强度。

所述汽车压缩机3、5根据工作方式的不同，一般可以分为往复式和旋转式，常见的往复式压缩机有曲轴连杆式和轴向活塞式，常见的旋转式压缩机有旋转叶片式和涡旋式。

本实施例中所述初级压缩机3选用变排量旋转叶片式压缩机，但本发明不局限于这一种类型的压缩机。所述初级压缩机3由汽车发动机驱动2，将从所述蒸发器1中排出的低温低压气态制冷剂压缩为高温中压气态制冷剂，然后经所述初级压缩机3的输出端和制冷剂管输送到所述第一冷却器4的输入端。

冷却器用于将得到的高温中压气态制冷剂与外界空气强制进行热交换，与空气进行热交换后冷却为中温中压气体，从而达到降低制冷剂内能的目的。所述冷却器与所述蒸发器1同为热交换器，结构相同，包括管子和散热片，在此不再赘述。

但为了充分将所述高温中压气态制冷剂的热量传递给外界空气，并且又受空间限制较小，所以，冷却器一般设置较所述蒸发器1较大。

所述第一冷却器4设置在汽车头部，这样可以与迎面而来的空气充分接触，从而提高了热传递效率。经所述初级压缩机3输出的高温中压气态制冷剂经所述第一冷却器4后变成中温中压气态制冷剂，将所带热量传递到外界空气中。所述中温中压气态制冷剂经所述第一冷却器4输出端和制冷剂管进入所述二级压缩机5。

所述二级压缩机5结构及工作原理可以与所述初级压缩机3相同，在此不再赘述。但是该二级压缩机5由所述膨胀机7驱动，具体内容参照下述的膨胀机。

所述中温中压气态制冷剂经过所述二级压缩机5压缩后变成高温高压气态制冷剂。该高温高压气态制冷剂经所述二级压缩机5输出端和所述制冷剂管进入所述第二冷却器6。

所述第二冷却器6工作原理与所述第一冷却器4工作原理相同，在此不再赘述。为节约成本，方便安装连接，本实施例中将所述第一冷却器4和所述第二冷却器6设计为一体，但两者相互独立。

所述高温高压气态制冷剂经过所述第二冷却器6冷却后变为中温高压气态制冷剂。该中温高压气态制冷剂经过所述第二冷却器6和所述制冷剂管道进入所述储存干燥器。

所述储存干燥器作用为储存、过滤和干燥所述中温高压气态制冷剂。从该储存干燥器输出的中温高压气态制冷剂流入所述膨胀机7。

所述膨胀机7为利用压力大的制冷剂膨胀降压时向外输出机械功并通过这种原理使气体温度降低的装置，其根据结构分为活塞式膨胀机、螺杆式膨胀机、涡旋式膨胀机和透平式膨胀机。本实施例采用涡旋式膨胀机。

为合理利用所述膨胀机7产生的机械能，该膨胀机驱动所述二级压缩机5，本实施例中设计为同轴。为保证所述膨胀机7在高压情况下的密封性，提高效率，将所述膨胀机7和所述二级压缩机5设计为全封闭或者半封闭的膨胀-压缩机。

图2所示为现有技术的制冷系统的原理图，相对比现有技术常见的制冷系统,，本实施例中最突出的特点为，在制冷过程中所述膨胀机7回收了所述制冷剂的膨胀功，即再次消耗了该制冷剂的内能，并将所述制冷剂转化得到的机械能用于驱动所述二级压缩机5对所述制冷剂进行再压缩。这样的变化过程，使得所述制冷剂的变化程度增加，制冷效率提高。

所述中温高压气态制冷剂经所述膨胀机7膨胀做功后，转变为低温低压的两相气液混合态。

从所述膨胀机7输出的两相制冷剂经所述制冷剂管和所述蒸发器1的输入端进入所述蒸发器1，并在所述蒸发器1中汽化，吸收该蒸发器1周围空气热量，冷却周围空气，并通过上述的风扇将冷却空气吹走，从而源源不断的将密闭空间空气冷却（例如驾驶室内），蒸发器1中汽化后的制冷剂再次进入初级压缩机3，进行下一个制冷循环。

分段设置的所述制冷剂管组成了制冷剂管路。为有效地节约资源和提高设计的科学性，将所述制冷剂管路分为低压管路和高压管路。所述膨胀机7与所述蒸发器1之间和所述蒸发器1与所述初级压缩机3之间的管路为低压管路，其他为高压管路。所述低压管路采用橡胶管为制冷剂管，所述高压管路采用铝管为制冷剂管路。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种制冷系统，其特征在于：包括蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器、膨胀机和制冷剂管，所述制冷剂管分段设置；所述蒸发器、初级压缩机、第一冷却器、二级压缩机、第二冷却器和膨胀机依次通过所述制冷剂管相连；所述膨胀机与所述蒸发器通过制冷剂管相连；其中，所述膨胀机利用该制冷剂膨胀做功，消耗制冷剂的内能驱动所述膨胀机的旋转轴旋转，该膨胀机的旋转轴带动所述二级压缩机工作。

2.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述膨胀机为活塞式膨胀机、滚动活塞式、摆动转子式、螺杆式、涡旋式或者透平式膨胀机中的一种。

3.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述初级压缩机为变流量压缩机，可以为电动变转速压缩机或者为排量可变压缩机。

4.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述初级压缩机可为旋转叶片式压缩机、往复活塞压缩机、滚动活塞式压缩机、摆动活塞压缩机、离心式压缩机、螺杆压缩机或者涡旋式压缩机。

5.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述二级压缩机可为旋转叶片式压缩机、往复活塞式压缩机、滚动活塞式压缩机、摆动转子式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机或者涡旋式压缩机。

6.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述二级压缩机和所述膨胀机集成一体，两者的旋转轴同轴且相互固定连接。

7.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述第一冷却器和所述第二冷却器相互独立且可以固结为一体。

8.根据权利要求1所述制冷系统，其特征在于：所述第二冷却器和所述膨胀机之间可以设置储存器。

9.一种空调，其特征在于：包括权利要求1至8任意一项所述的制冷系统。