CN104457018A - 一种新型混合制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型混合制冷循环系统，包括蒸发器，蒸发器的输出端分两路，一路与压缩机的输入端相连，另一路与升压器的输入端相连，压缩机的输出端与冷凝器A的输入端相连，冷凝器A的输出端与蒸发器的输入端相连，升压器的输出端与喷射器的二次流入口相连，喷射器的输出端与冷凝器B的输入端相连，冷凝器B的输出端分两路，一路与蒸发器的输入端相连，另一路依次经过泵及发生器与喷射器的一次流入口相连。本发明将传统汽车空调的压缩式制冷循环与喷射式制冷循环并联同时运行，共用一个蒸发器，提出了一种新的混合式制冷循环，利用了喷射式制冷技术的优点，同时用压缩机克服了单纯使用传统喷射器所造成的问题。

Description

一种新型混合制冷循环系统

技术领域

本发明涉及一种混合制冷循环系统，具体涉及一种用于汽车、轮船等需要制冷的压缩/喷射混合制冷系统。

背景技术

随着我国汽车保有量逐年增长，汽车能耗在总能耗的占有比例也越来越大。目前，汽车空调采用蒸汽压缩式制冷工作方式，通过消耗一部分的发动机功率来获得制冷量，使发动机输出功率比不用空调系统时增加10％-12％，汽车油耗也会相应的升高14％-20％,同时导致发动机各部分负荷不均和汽车尾气排放量增多，加剧空气污染。

喷射器因结构简单、成本低、无运动部件、适应两相流工况较好等优点被引入蒸汽喷射循环，回收部分节流损失进而提高循环性能系数。喷射器可以脱离压缩机使用，可以避免压缩机长期运行因润滑油的回油问题造成润滑不足、系统效率降低的问题。但是单独采用喷射器工作时，空调系统虽能够利用发动机产生的废热，但是能量的利用效率偏低，热能不稳定。而且由于喷射器本身无机械能转化的特性，导致系统的复杂度大大提高，不利于实际系统的控制与应用。针对这种现状，如何提高燃料的利用率和节省能源消耗，同时也确保乘车的舒适性需求就显得具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种新型混合制冷循环系统及方法，本发明提出了一种压缩/喷射混合制冷循环，目的是充分利用汽车或轮船等运行过程中所产生的废热驱动其空调，同时克服了传统压缩机制冷方式压缩机做工额外消耗能源，减少系统的能效损失以及喷射器式制冷方式能量利用率低等问题。本发明提出了一种新的空调压缩喷射式混合制冷循环系统，实现压缩式制冷子循环与喷射式制冷子循环协调控制，保证了定量制冷。通过将压缩制冷方式与喷射式制冷方式相结合，利用喷射器将传统系统中压缩机功耗大幅降低，并增强了系统稳定性。通过动态控制技术，使整个系统始终高效的平稳安全协调运行。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种新型混合制冷循环系统，包括蒸发器、冷凝器、喷射器、电子膨胀阀、发生器及压缩机；

所述蒸发器的输出端分两路，一路与压缩机的输入端相连，另一路与升压器的输入端相连，压缩机的输出端与冷凝器A的输入端相连，蒸发器的输出端与压缩机的输入端之间的管路上设置有电磁阀C，蒸发器的输出端与升压器的输入端之间的管路上设置有电磁阀D。

冷凝器A的输出端与蒸发器的输入端相连，升压器的输出端与喷射器的二次流入口相连，喷射器的输出端与冷凝器B的输入端相连，冷凝器B的输出端分两路，一路与蒸发器的输入端相连，另一路依次经过泵及发生器与喷射器的一次流入口相连。冷凝器A输出端与蒸发器的输入端之间的管路上设置有电子膨胀阀A，冷凝器B与泵的公共端和冷凝器A与蒸发器的公共端之间的管路上设置有电子膨胀阀B。

所述蒸发器、电磁阀C、压缩机、冷凝器A及电子膨胀阀A依次相连构成压缩制冷子循环，蒸发器、升压器、喷射器、冷凝器B、泵及发生器构成喷射器制冷子循环，压缩制冷子循环及喷射器制冷子循环共用一个蒸发器。

在压缩制冷子循环过程中，汽车或轮船启动后，压缩机在发动机带动下开始工作，驱使制冷剂在密封的空调系统中循环流动，压缩机将液态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂后经管路流入冷凝器A后，在冷凝器A内散热、降温，冷凝成低温高压的液态制冷剂流出，低温高压液态制冷剂经管路干燥、过滤后流进电子膨胀阀A，低温高压液态制冷剂经电子膨胀阀A节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂，低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机吸入，进行压缩，进入下一个循环，只要压缩机连续工作，制冷剂就在空调系统中连续循环，产生制冷效果。

在喷射器制冷子循环中，收集到的高温废热进入发生器中促使液体制冷剂变为高温、高压气态制冷剂，并作为喷射器的一次流，蒸发器中的低温、低压气态制冷剂经过电磁阀D进入升压器中变为低温中压气态制冷剂，并作为喷射器的二次流，低温中压引射流与高温高压一次流在喷射器中混合后流出，进入冷凝器B发生相变，冷凝成低温高压的液态制冷剂流出，冷凝后的液态制冷剂一部分经泵流入发生器中，另一部分流入电子膨胀阀B，高温高压液态制冷剂经电子膨胀阀B节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂，低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。

利用温度传感器检测发生器收集的废热量，设定阈值，当汽车或轮船刚刚启动时，这时发动机产生的废热较少，但仍对废热进行回收并用于驱动喷射器，同时打开电子膨胀阀A和B，电磁阀C和D，使汽车或轮船工作在混合制冷模式下，压缩制冷子循环及喷射器制冷子循环并联运行；

随着汽车或轮船的行驶，当发动机产生的废热大于设定的阈值时，打开电子膨胀阀B和电磁阀D，关闭电子膨胀阀A和电磁阀C，空调系统由废热驱动，此时系统工作在喷射器制冷循环，并在此循环模式下可产生特定需要的制冷量。

所述的发生器阈值即汽车或轮船刚刚启动时，喷射器制冷循环下产生特定的制冷量需要的最小废热量。

所述空调系统的废热主要从散热水箱和汽车尾气环节获得。

本发明的有益效果：

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)压缩制冷子循环与喷射制冷子循环共用一个蒸发器，既减少了设备的数量，节省成本，又可产生需要的制冷量，设计合理。(2)对于喷射式制冷循环热能不稳定问题，此种混合制冷循环可稳定运行。(3)相对压缩机制冷循环，此种混合制冷循环充分利用发动机产生的废热并实现能源循环利用，可减少压缩机制冷负担并延长使用寿命，提高汽车燃料的利用率，有效减少了能源消耗。

本发明将传统汽车空调的压缩式制冷循环与喷射式制冷循环并联同时运行，共用一个蒸发器，提出了一种新的混合式制冷循环，利用了喷射式制冷技术的优点，同时用压缩机克服了单独使用传统喷射器所造成的问题。

附图说明

图1为本发明的一种混合制冷循环示意结构图；

图2为传统喷射器制冷循环；

1、冷凝器B，2、喷射器，3、升压器，4、发生器，5、泵，6、冷凝器A，7、压缩机，8、蒸发器，9、电子膨胀阀B，10、电子膨胀阀A，11、电磁阀C，12、电磁阀D，13、冷凝器，14、电子膨胀阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图2所示，传统喷射器制冷循环，工作原理：在发生器4中，液态制冷剂吸热汽化、增压，产生高温高压饱和蒸汽。饱和蒸汽进入喷射器2，经喷嘴高速喷出膨胀，在喷嘴附近产生低压或真空，从而将蒸发器8中的低压低温蒸汽吸入喷射器2。喷射器2中的一次流和二次流在喷射器2中混合、升压，产生高温中压饱和气体，从喷射器2出来的混合高温中压气体进入冷凝器13，进行放热、降温，冷凝成液态制冷剂流出，进入干燥储液器内，经过干燥、过滤，然后冷凝液分为两股，一股通过电子膨胀阀14降压后进入蒸发器8，在那里汽化吸热，变成低温低压气态制冷剂，完成制冷循环；另一股则通过循环泵5升压后，再进入发生器4。

如图1所示，本发明的一种混合制冷循环系统包括由蒸发器8—压缩机7—冷凝器A6—电子膨胀阀A10构成的压缩制冷子循环和由蒸发器8—喷射器2—冷凝器B1—泵5—发生器4构成的喷射器制冷子循环，在压缩制冷子循环中，蒸发器8右侧设有电磁阀C11，电磁阀C11上方连接有压缩机7，压缩机7连通冷凝器，冷凝器连通电子膨胀阀A10，电子膨胀阀A10连通到蒸发器8中进行循环制冷；在喷射器制冷子循环中，蒸发器8右侧设有电磁阀D12，电磁阀D12上侧连通升压器3，升压器3和发生器4分别连通到喷射器2的二次流入口和一次流入口，喷射器2混合流出口连有冷凝器B1，所述的冷凝器B1分别连通到泵5和电子膨胀阀A10，所述泵5连通到发生器4中，发生器4右侧连通回到喷射器2的一次流入口，而所述电子膨胀阀A10连通到蒸发器8，蒸发器8右侧可连通电磁阀D12，即两个子循环共用一个蒸发器8。

在压缩制冷子循环过程中，汽车启动后，压缩机7在发动机带动下开始工作，驱使制冷剂在密封的空调系统中循环流动，压缩机7将液态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂后经管路流入冷凝器后，在冷凝器内散热、降温,冷凝成低温高压的液态制冷剂流出。低温高压液态制冷剂经管路干燥、过滤后流进电子膨胀阀A10。低温高压液态制冷剂经膨胀阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器8内，在蒸发器8内吸收流经蒸发器8的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机7吸入，进行压缩，进入下一个循环，只要压缩机7连续工作，制冷剂就在空调系统中连续循环，产生制冷效果。

在喷射器制冷子循环中，收集到的高温废热进入发生器4中促使液体制冷剂变为高温、高压气态制冷剂，并作为喷射器2的一次流，蒸发器8中的低温、低压气态制冷剂经过阀门D进入升压器3中变为低温中压的气态制冷剂，并作为喷射器2的二次流，低温中压引射流与高温高压一次流在喷射器2中混合后流出，进入冷凝器发生相变，冷凝成低温高压的液态制冷剂流出，冷凝后的液态制冷剂一部分泵5入发生器4中，另一部分流入电子膨胀阀B9,低温高压液态制冷剂经膨胀阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器8内，在蒸发器8内吸收流经蒸发器8的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。

本发明所设计的系统针对汽车不同工况下的行驶状态，通过系统的最优控制，在满足空调制冷需求的同时，实现能源消耗最小的目标。在混合循环系统下，同时打开阀A、B、C和D,压缩机7和喷射器2由于有足够的汽车废热都可以工作在正常状态，两个子循环共同产生所需要的特定制冷量，这种工作状态会出现在汽车或轮船引擎关闭或者刚刚启动时，这时汽车或轮船没有足够的废热来使系统单独工作在喷射器循环下。在喷射器循环系统下，关闭阀A和C,打开阀B和D。此时发动机产生的废热足够多时，空调系统由废热驱动，并在此系统下可产生需要的制冷量。

本发明采用的控制策略是：汽车开始启动后，实时检测收集到的废热量，当废热量小于阈值时，根据设计的喷射器2的COP可计算出喷射制冷循环的制冷量，按照设定的需要的制冷量可推算出压缩机7制冷循环的制冷量，继而自动调节压缩机7的制冷功率，然后根据空调管路内压力的变化信号控制压缩机7的压缩比来自动调节蒸发器8出风口温度，当温度达到设定的温度，压缩机7电磁离合器松开，压缩机7停止工作；当温度升高后，电磁离合器结合，压缩机7开始工作。当废热量大于等于阈值时，温度传感器采集蒸发器8出风口的温度信号，通过电路反馈给ECU温度达到设定值的电信号，决定并控制压缩机7的电磁离合器断开，压缩机7停止工作。

在制冷的全过程中，压缩机7始终是工作的，制冷强度的调节完全依赖装在压缩机7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7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。

本发明的创新点:(1)采用一种新型混合制冷循环系统。将传统空调的压缩式制冷循环与喷射式制冷循环并联同时运行，共用一个蒸发器8，实现了一种新的混合式制冷循环，利用了喷射式制冷技术的优点，同时用压缩机7克服了单纯使用传统喷射器2所造成的问题。

(2)采用合理的控制技术，检测发生器4收集的废热量，设定阈值，发生器4阈值即喷射器循环下产生特定的制冷量需要的最小废热量。当汽车或轮船刚刚启动时，这时发动机产生的废热小于发生器4的阈值，使其工作在并联式混合模式下(压缩机制冷子循环与喷射器制冷子循环并联运行)。随着汽车或轮船一定时间的行驶，发动机会逐渐地产生废热，当发动机产生的废热足够多，即大于发生器4的阈值时，空调系统由废热驱动，系统在喷射器循环系统下工作，并在此模式下可产生特定需要的制冷量。

本发明与传统的喷射式制冷循环相比，解决了喷射式制冷循环制冷量较少且达到特定制冷量需要时间较长的缺点，使得系统稳定运行。与传统的压缩制冷循环相比，喷射式制冷子循环可给蒸发器8提供额外的制冷量，有效减少了压缩机7的做功，减少了能源消耗，提高了燃料利用率，达到节能的目的。

Claims (7)

1.一种新型混合制冷循环系统，其特征是，包括蒸发器、冷凝器、喷射器、电子膨胀阀、发生器及压缩机；

所述蒸发器的输出端分两路，一路与压缩机的输入端相连，另一路与升压器的输入端相连，压缩机的输出端与冷凝器A的输入端相连，蒸发器的输出端与压缩机的输入端之间的管路上设置有电磁阀C，蒸发器的输出端与升压器的输入端之间的管路上设置有电磁阀D；

冷凝器A的输出端与蒸发器的输入端相连，升压器的输出端与喷射器的二次流入口相连，喷射器的输出端与冷凝器B的输入端相连，冷凝器B的输出端分两路，一路与蒸发器的输入端相连，另一路依次经过泵及发生器与喷射器的一次流入口相连，冷凝器A输出端与蒸发器的输入端之间的管路上设置有电子膨胀阀A，冷凝器B与泵的公共端和冷凝器A与蒸发器的公共端之间的管路上设置有电子膨胀阀B。

2.如权利要求1所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，所述蒸发器、电磁阀C、压缩机、冷凝器A及电子膨胀阀A依次相连构成压缩制冷子循环，蒸发器、升压器、喷射器、冷凝器B、泵及发生器构成喷射器制冷子循环，压缩制冷子循环及喷射器制冷子循环共用一个蒸发器。

3.如权利要求2所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，在压缩制冷子循环过程中，汽车或轮船启动后，压缩机在发动机带动下开始工作，驱使制冷剂在密封的空调系统中循环流动，压缩机将液态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂后经管路流入冷凝器A后，在冷凝器A内散热、降温，冷凝成低温高压的液态制冷剂流出，低温高压液态制冷剂经管路干燥、过滤后流进电子膨胀阀A，低温高压液态制冷剂经电子膨胀阀A节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂，低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机吸入，进行压缩，进入下一个循环，只要压缩机连续工作，制冷剂就在空调系统中连续循环，产生制冷效果。

4.如权利要求2所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，在喷射器制冷子循环中，收集到的高温废热进入发生器中促使液体制冷剂变为高温、高压气态制冷剂，并作为喷射器的一次流，蒸发器中的低温、低压气态制冷剂经过电磁阀D进入升压器中变为低温中压气态制冷剂，并作为喷射器的二次流，低温低压引射流与高温高压一次流在喷射器中混合后流出，进入冷凝器B发生相变，冷凝成低温高压的液态制冷剂流出，冷凝后的液态制冷剂一部分泵入发生器中，另一部分流入电子膨胀阀B，低温高压液态制冷剂经电子膨胀阀B节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂，低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身因吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。

5.如权利要求1所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，利用温度传感器检测发生器收集的废热量，设定阈值，当汽车或轮船刚刚启动时，这时发动机产生的废热较少，但仍对废热进行回收并用于驱动喷射器，同时打开电子膨胀阀A和B，电磁阀C和D，使汽车或轮船工作在混合制冷模式下，压缩制冷子循环及喷射器制冷子循环并联运行；

随着汽车的行驶，当发动机产生的废热大于设定的阈值时，打开电子膨胀阀B和电磁阀D，关闭电子膨胀阀A和电磁阀C，空调系统由废热驱动，此时系统工作在喷射器制冷循环，并在此循环模式下可产生特定需要的制冷量。

6.如权利要求5所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，所述的发生器阈值即汽车或轮船刚刚启动时，喷射器制冷循环下产生特定的制冷量需要的最小废热量。

7.如权利要求5所述的一种新型混合制冷循环系统，其特征是，所述空调系统的废热从散热水箱和汽车尾气环节获得。