CN111907301A - 组合式换热器、热交换系统及其优化方法 - Google Patents

组合式换热器、热交换系统及其优化方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种组合式换热器、热交换系统及其优化方法。热交换系统包括：在冷凝器下游的分支点P从主环路分支出的通往所述压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路，在主环路上分支点P和所述膨胀阀之间还设有第一换热单元和第二换热单元；其中，离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分，所述制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热，并且，所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。根据本发明的热交换系统具有改善的性能和效率。

Description

组合式换热器、热交换系统及其优化方法
技术领域
本发明涉及热交换系统领域，更具体地，本发明涉及尤其适用于电动运输车的制冷系统的组合式换热器、热交换系统及其优化方法。
背景技术
运输车辆上的制冷系统可配置有蒸汽喷焓压缩机。在这类制冷系统可将离开冷凝器的制冷剂的一部分通过节流后导入压缩机的蒸汽喷焓入口，由此可控制压缩机的排气温度而不会牺牲系统能力。
发明内容
本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
一方面，提供了一种热交换系统，尤其是用于电动运输车的制冷系统，包括：
主环路中的蒸汽喷焓压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器；
其中，所述热交换系统还包括：在所述冷凝器下游的分支点P从所述主环路分支出的通往所述压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路，在所述主环路上所述分支点P和所述膨胀阀之间还设有第一换热单元和第二换热单元；
其中，离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从所述主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分，所述制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热，并且，所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，第一换热单元和第二换热单元为独立的换热器。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，第一换热单元和第二换热单元包括在一体的组合式换热器中。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，所述组合式换热器包括：
主流路,所述主流路在主流路入口和主流路出口之间延伸，并包括位于第一换热单元的第一部分和位于第二换热单元的第二部分；
第一换热流路，所述第一换热流路在第一换热流路入口和第一换热流路出口之间延伸，并在第一换热单元中与所述主流路的第一部分换热；以及
第二换热流路，所述第二换热流路在第二换热流路入口和第二换热流路出口之间延伸，并在第二换热单元中与所述主流路的第二部分换热。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，所述组合式换热器为板式换热器。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，所述第一支路还包括设置在所述第一换热单元和所述压缩机的蒸汽喷焓口之间的止回阀以及所述第一换热单元和所述止回阀之间的第一压力传感器和第一温度传感器，以用于计算第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的过热度，所述支路膨胀阀为电子膨胀阀，其具有控制器，所述控制器内置有支路过热度预设值，并且所述控制器配置成控制所述支路膨胀阀的开度以使所述第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的实际过热度趋向于所述支路过热度预设值。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，所述热交换系统还包括监测压缩机出口温度的第二温度传感器，所述支路膨胀阀的控制器还配置成在所述第二温度传感器反馈的温度大于预定值时增加所述支路膨胀阀的开度。
可选地，根据热交换系统的一些实施方式，在所述第一换热单元中，所述制冷剂的第二部分与所述主环路中的制冷剂的第一部分沿相同或相反的方向流动，和/或，在所述第二换热单元中，所述制冷剂的第一部分与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂沿相同或相反的方向流动。
另一方面，提供了一种组合式换热器，包括：
第一换热单元和第二换热单元；
主流路,所述主流路在主流路入口和主流路出口之间延伸，并包括位于第一换热单元的第一部分和位于第二换热单元的第二部分；
第一换热流路，所述第一换热流路在第一换热流路入口和第一换热流路出口之间延伸，并在第一换热单元中与所述主流路的第一部分换热；以及
第二换热流路，所述第二换热流路在第二换热流路入口和第二换热流路出口之间延伸，并在第二换热单元中与所述主流路的第二部分换热。
可选地，根据所述组合式换热器的一些实施方式，所述组合式换热器为板式换热器。
另一方面，提供了一种优化热交换系统的方法，尤其是优化用于电动运输车的制冷系统的方法，所述热交换系统包括：主环路中的蒸汽喷焓压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器，其中，所述热交换系统还包括：在所述冷凝器下游的分支点P从所述主环路分支出的通往所述压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路，在所述主环路上所述分支点P和所述膨胀阀之间还设有第一换热单元和第二换热单元；
所述方法包括：
使离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从所述主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分；
使制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热；以及
使所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。
可选地，所述支路膨胀阀为电子膨胀阀，所述方法包括基于支路过热度预设值和所述第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的实际过热度来控制所述电子膨胀阀的开度，以及在压缩机出口温度大于预定值时增加所述电子膨胀阀的开度。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的热交换系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的换热器的另一实施方式；
图3示出了根据本发明的实施例的过热度与压缩机出口温度的曲线；以及
图4示出了根据本发明的实施例的热交换系统与传统系统的能力和效率对比。
具体实施方式
首先参考图1来介绍根据本发明的实施例的热交换系统，该系统可用于各种工况尤其是用于电动运输车的制冷系统，电动运输车指以动力电池为驱动能源的车辆，其对于能耗较为敏感。该热交换系统包括：主环路中的蒸汽喷焓压缩机1，冷凝器2，膨胀阀5和蒸发器6。蒸汽喷焓压缩机1包括压缩机入口11，压缩机出口12和蒸汽喷焓口13。如图所示，从热交换系统的压缩机出口12离开的高温、高压蒸汽经油分离器15将油分离后经过回油管及气液分离器14送回压缩机入口11，而制冷剂进入冷凝器2，离开冷凝器2后制冷剂经过储液干燥器21并再与冷凝器2的过冷度段换热后，经过视液镜22来到分支点P。在冷凝器2下游的分支点P从主环路分支出的通往压缩机1的蒸汽喷焓口13的第一支路32，在主环路上分支点P和膨胀阀5之间设有第一换热单元41和第二换热单元42。来自冷凝器2的制冷剂在分支点P分成从主环路30经过第一换热单元41和第二换热单元42的第一部分和通过第一支路32通往蒸汽喷焓口13的第二部分，其中，制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀33后，在第一换热单元41与主环路中的制冷剂的第一部分换热，并且，制冷剂的第一部分在第二换热单元42中与从蒸发器6流向压缩机入口11的制冷剂换热。通过使进入膨胀阀5前的制冷剂先后在第一换热单元41和第二换热单元42进行换热，增加了进入膨胀阀5前的制冷剂的过冷度，改善了热交换系统的效率和能力，由此提高热交换系统的性能表现和能耗。另外，由于压缩机出口12处的温度与通过蒸汽喷焓口13进入压缩机的制冷剂的过热度相关，可通过控制支路膨胀阀33的开度来调节进入压缩机1的蒸汽喷焓口13的制冷剂的过热度，由此控制压缩机出口温度。最后，由于采用支路膨胀阀33，可使第一支路保持工作，避免止回阀与蒸汽喷焓口13之间的空间对压缩机效率的影响。在该热循环系统中，制冷剂在经过第一换热单元41和第二换热单元42后通过膨胀阀5和蒸发器6，离开蒸发器6的制冷剂在通过第二换热单元42后返回压缩机入口11。热交换系统还可包括压缩机出口12连通的第二支路10，第二支路10用于除霜目的，其包括热气体阀18，在除霜模式下，热气体阀18打开以允许来自压缩机出口12的高温气体通至与蒸发器6换热，以用于除霜目的，该气体最后被通至主环路中膨胀阀5和蒸发器6之间。另外，压缩机入口11上游可设置低压开关71，而压缩机出口12下游可设置高压开关。
在一些实施例中，第一换热单元41和第二换热单元42包括在一体的组合式换热器4中，通过该设计可简化第一换热单元41和第二换热单元42的结构，并可省去连接第一换热单元41和第二换热单元42的管路和接头等。在一些实施例中，组合式换热器4包括：主流路43,主流路43在主流路入口431和主流路出口432之间延伸，并包括位于第一换热单元41的第一部分和位于第二换热单元42的第二部分；第一换热流路44，第一换热流路44在第一换热流路入口441和第一换热流路出口442之间延伸，并在第一换热单元41中与主流路43的第一部分换热；以及第二换热流路45，第二换热流路45在第二换热流路入口451和第二换热流路出口452之间延伸，并在第二换热单元42中与主流路43的第二部分换热。在如图所示的实施例中，在第一换热单元41中，两路流体在换热时均沿同向流动，即主流路43的第一部分中的流体和第一换热流路44中的流体在换热时均沿右向左流动，在第二换热单元42中，两路流体在换热时沿相反的方向流动，即主流路的第二部分中的流体在换热时沿从右向左的方向流动，而第二换热流路45中的流体在换热时沿从左向右的方向流动。在另一些实施例中，在两个换热单元中的两股流体换热时均可沿相反或相同的方向流动。
在一些实施例中，第一支路32还包括设置在第一换热单元41和压缩机的蒸汽喷焓口13之间的止回阀36以及第一换热单元41和止回阀36之间的第一压力传感器34和第一温度传感器35，以用于计算第一支路中离开第一换热单元41的制冷剂的过热度。支路膨胀阀33为电子膨胀阀，其具有控制器，支路膨胀阀33的控制器内置有支路过热度预设值，例如SH=5或者SH=10等，并且控制器配置成控制支路膨胀阀33的开度以使第一支路中离开第一换热单元41的制冷剂的实际过热度趋向于支路过热度预设值。举例而言，当基于第一压力传感器34和第一温度传感器35计算出的第一支路32中离开第一换热单元41的制冷剂的过热度大于预设值，则增大支路膨胀阀33的开度，反之则减小支路膨胀阀33的开度。另一方面，热交换系统还可包括监测压缩机出口12温度的第二温度传感器17和第二压力传感器16。支路膨胀阀33的控制器还配置成在第二温度传感器17反馈的温度大于预定值时增加支路膨胀阀33的开度，由此控制压缩机出口温度小于所设置的预定值。
继续参考图2，其示出了根据本发明的另一种实施方式。在该实施例中，第一换热单元41和第二换热单元42为单独的换热器，其中主流路43包括由管路433连接的在第一换热单元41中的第一部分434和在第二换热单元42中的第二部分435。在这样的实施例中，第一换热单元41和第二换热单元42彼此独立而不会互相干扰，但会引起与管路433相关的额外的管路和接头。
参考图3，其示出了根据本发明的实施例中第一支路中制冷剂过热度与压缩机出口温度的关系。可以看出，无论在何种频率下工作，只要降低第一支路中离开第一换热单元的制冷剂过热度，即可降低所压机出口温度，因此，可通过调整支路膨胀阀的开度来使压缩机出口温度保持在预定值以下。
继续参考图4，其示出了根据本发明的实施例的热交换系统与两种热交换系统的对比。在系统1中，来自冷凝器的制冷剂部分通过喷射阀和单向阀通至蒸汽喷焓压缩机的蒸汽喷焓口，另一部分在通入蒸发器前与从蒸发器通往压缩机入口的制冷剂换热。在系统2中，来自冷凝器的制冷剂部分通过膨胀阀后与通往蒸发器的制冷剂换热，随后通过单向阀通至蒸汽喷焓压缩机的蒸汽喷焓口。可以看出，根据本发明的热交换系统具有较系统1和系统2更强的能力和更高的效率，其尤其是适用于对能耗敏感的电动运输车。
另一方面，还提供了一种优化热交换系统的方法，尤其是优化用于电动运输车的制冷系统的方法，热交换系统包括：主环路中的蒸汽喷焓压缩机1，冷凝器2，膨胀阀5和蒸发器6，热交换系统还包括：在冷凝器下游的分支点P从主环路分支出的通往压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路32，在主环路上分支点P和膨胀阀5之间还设有第一换热单元41和第二换热单元42；该方法包括：使离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从所述主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分；使制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热；以及使所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。在一些实施例中，支路膨胀阀为电子膨胀阀，所述方法包括基于支路过热度预设值和实际过热度来控制所述电子膨胀阀的开度，以及在压缩机出口温度大于预定值时增加所述电子膨胀阀的开度。
本公开内容介绍了本发明的各个具体实施例，应当理解，本发明的范围不限于所示的实施例并由权利要求所限定，不脱离本发明的构思的改型或变形也应包括在本发明的范围中。

Claims (10)

1.一种热交换系统，尤其是用于电动运输车的制冷系统，包括：
主环路中的蒸汽喷焓压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器；
其特征在于，所述热交换系统还包括：在所述冷凝器下游的分支点P从所述主环路分支出的通往所述压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路，在所述主环路上所述分支点P和所述膨胀阀之间还设有第一换热单元和第二换热单元；
其中，离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从所述主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分，所述制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热，并且，所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。
2.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述第一换热单元和所述第二换热单元为独立的换热器。
3.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述第一换热单元和所述第二换热单元包括在一体的组合式换热器中，所述组合式换热器为板式换热器，所述组合式换热器包括：
主流路,所述主流路在主流路入口和主流路出口之间延伸，并包括位于第一换热单元的第一部分和位于第二换热单元的第二部分；
第一换热流路，所述第一换热流路在第一换热流路入口和第一换热流路出口之间延伸，并在第一换热单元中与所述主流路的第一部分换热；以及
第二换热流路，所述第二换热流路在第二换热流路入口和第二换热流路出口之间延伸，并在第二换热单元中与所述主流路的第二部分换热。
4.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述第一支路还包括设置在所述第一换热单元和所述压缩机的蒸汽喷焓口之间的止回阀以及所述第一换热单元和所述止回阀之间的第一压力传感器和第一温度传感器，以用于计算第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的过热度，所述支路膨胀阀为电子膨胀阀，其具有控制器，所述控制器内置有支路过热度预设值，并且所述控制器配置成控制所述支路膨胀阀的开度以使所述第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的实际过热度趋向于所述支路过热度预设值。
5.根据权利要求4所述的热交换系统，其特征在于，所述热交换系统还包括监测压缩机出口温度的第二温度传感器，所述支路膨胀阀的控制器还配置成在所述第二温度传感器反馈的温度大于预定值时增加所述支路膨胀阀的开度。
6.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，在所述第一换热单元中，所述制冷剂的第二部分与所述主环路中的制冷剂的第一部分沿相同或相反的方向流动，和/或，在所述第二换热单元中，所述制冷剂的第一部分与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂沿相同或相反的方向流动。
7.一种组合式换热器，其特征在于，包括：
第一换热单元和第二换热单元；
主流路,所述主流路在主流路入口和主流路出口之间延伸，并包括位于第一换热单元的第一部分和位于第二换热单元的第二部分；
第一换热流路，所述第一换热流路在第一换热流路入口和第一换热流路出口之间延伸，并在第一换热单元中与所述主流路的第一部分换热；以及
第二换热流路，所述第二换热流路在第二换热流路入口和第二换热流路出口之间延伸，并在第二换热单元中与所述主流路的第二部分换热。
8.根据权利要求7所述组合式换热器，其特征在于，所述组合式换热器为板式换热器。
9.一种优化热交换系统的方法，尤其是优化用于电动运输车的制冷系统的方法，所述热交换系统包括：主环路中的蒸汽喷焓压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器，其特征在于，所述热交换系统还包括：在所述冷凝器下游的分支点P从所述主环路分支出的通往所述压缩机的蒸汽喷焓口的第一支路，在所述主环路上所述分支点P和所述膨胀阀之间还设有第一换热单元和第二换热单元；
所述方法包括：
使离开所述冷凝器的制冷剂在所述分支点P分成从所述主环路经过所述第一换热单元和第二换热单元的第一部分和通过所述第一支路通往所述蒸汽喷焓口的第二部分；
使制冷剂的第二部分经过支路膨胀阀并在所述第一换热单元与所述主环路中的制冷剂的第一部分换热；以及
使所述制冷剂的第一部分在所述第二换热单元中与从所述蒸发器流向所述压缩机入口的制冷剂换热。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述支路膨胀阀为电子膨胀阀，所述方法包括基于支路过热度预设值和所述第一支路中离开所述第一换热单元的制冷剂的实际过热度来控制所述电子膨胀阀的开度，以及在压缩机出口温度大于预定值时，增加所述电子膨胀阀的开度。
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