專利名稱：利用液化天然氣汽化改進冷凝效果的汽車的空調系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用液化天然氣作為動力的汽車的空調系統，尤其涉及一種利用液化天然氣汽化改進冷凝效果的汽車的空調系統。
背景技術：
近年，我國開始發展液化天然氣工業，以期充分回收利用邊遠地區散放的天然氣。 2007年初，長慶靖邊液化天然氣工程投入生產運營，用于將不宜管道輸送的天然氣液化作為汽車燃料。隨著汽車工業的不斷發展，液化天然氣作為一種清潔能源在汽車上應用。天然氣作為汽車燃料，是由于它對大氣的污染少，是一種潔凈燃料，是汽車的優質代用燃料。將天然氣燃料以壓縮天然氣(CNG)的形態應用于汽車，存在一個突出的問題，就是燃料能量儲存密度小，汽車續駛里程短。液化天然氣應用于汽車將使這一問題得到解決。LNG工業的發展為天然氣汽車的推廣應用提供了新的思路。天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的常壓沸點是_162°C，臨界溫度為_84°C，臨界壓力為4. IMPa0車用液化天然氣的儲存溫度范圍為_130°C _160°C，其儲存壓力低于 0. 6MPa。液化天然氣簡稱LNG，是指在常壓下、溫度為_162°C的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣燃點高、安全性能強，適于長途運輸和儲存。LNG進入汽車發動機燃燒時必須在常溫狀態，在氣化過程中會放出大量的冷量。使用時，從罐內流出的液化天然氣經過與外界環境的換熱而汽化，并使其溫度升高，然后通過兩級減壓器減壓由管路送到混合器與空氣混合進人發動機。現有技術的汽車空調系統一般包括用管道串接在一起的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，管道內有制冷劑流通。其中冷凝器一般采用高效的層疊式或平行流換熱器，采用空冷的方式來冷卻壓縮機出口的過熱制冷劑，即，制冷劑在冷凝器處與外部的空氣進行換熱，從而制冷劑被冷卻為兩相流或過冷液體。在冷凝器中，制冷機與空氣的換熱溫差受環境和氣候的限制，換熱效果也受到限制，一般可以通過增加流程數或在流道間加入翅片來提高換熱效果。當制冷劑冷卻不充分時，冷凝器出口的制冷劑過冷度過小或制冷劑處于兩相流時，經膨脹閥節流后的制冷劑往往干度較大，這樣就降低了制冷量。現有技術中，儲液瓶中的液態天然氣在輸送至發動機的管路中與空氣換熱，提高溫度后，將其送入發動機，這就造成了冷量的浪費。若將該部分冷量合理利用，提高車載空調的制冷量和效率，可以降低壓縮機耗功，提高制冷系統的能效比(COP)，有著利國利民的重要的意義。目前車用液化天然氣汽車應用趨勢十分明顯，我國尚在起步階段，對于LNG汽車冷量的回收技術國際上也剛剛起步。因此，本領域的技術人員致力于開發一種利用回收的液化天然氣冷量的車載空調系統，降低能量的消耗。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種汽車的空調
3系統，利用液化天然氣汽化改進冷凝效果，提高車用空調系統性能。為實現上述目的，本發明提供了一種利用液化天然氣汽化改進冷凝效果的汽車的空調系統，所述汽車利用液化天然氣為能源，所述空調系統包括串聯在一起的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，還包括液化天然氣預冷器；所述液化天然氣預冷器靠近所述冷凝器設置，并且，在所述空調系統的風道中，所述液化天然氣預冷器位于所述冷凝器的上游；其中， 串聯的管路中充注有制冷劑；從所述蒸發器出來的所述制冷劑形成過熱氣體，經過所述壓縮機后成為高溫高壓的氣體，再進入所述冷凝器，與外界空氣換熱進行冷卻；其中，低溫的液化天然氣流經所述液化天然氣預冷器，與將要通過所述冷凝器的空氣進行熱交換，所述空氣經過冷卻后再通過所述冷凝器冷卻所述制冷劑，同時，所述液化天然氣吸熱后成為常溫的氣態進入所述汽車的發動機燃燒室；從所述冷凝器的出口流出的冷凝后的所述制冷劑通過所述膨脹閥節流后得到低溫的流體，在所述蒸發器內與汽車內的空氣換熱。較佳地，所述空調系統為對現有的汽車空調系統進行改裝而成，所述改裝為在現有的汽車空調系統的冷凝器前，加上至少一個換熱器作為所述液化天然氣預冷器，利用液化天然氣冷卻即將通過所述現有的汽車空調系統的冷凝器的空氣。較佳地，所述制冷劑的充注量低于所述現有的汽車空調系統。本發明在冷凝器前，先使用LNG來冷卻通過冷凝器的空氣，冷卻后的空氣再通過冷凝器，與制冷劑換熱，可以顯著提高制冷劑與外界空氣之間的溫差，提高冷凝效果。現有技術為了保證換熱效果，冷凝器有著較多的流程數，所占的體積比較大。本發明在冷凝器前加上一個LNG預冷器對空氣進行預冷，可以減少冷凝器的流程數和體積，降低了換熱器成本。同時制冷劑在冷凝器出口可以被降低到較低的溫度，從而降低膨脹閥出口焓值和干度。 在增加LNG預冷器后，可以適當的降低冷凝壓力，因此可以提壓縮機容積效率并且降低壓縮機耗功。可見，將LNG氣化時放出的冷量用于車載空調在倡導節能的今天有著相當大的意義。同時，還可以適當的降低制冷系統的充注量，從而降低制冷劑的泄漏量，對解決溫室效應問題也有著重要的意義。本發明與現有技術相比的優點包括1)減少了壓縮機的耗功，提高了系統的COP。提供了一種高效節能的汽車空調系統。2)可選用小功率的壓縮機和較小的冷凝器，降低了制冷設備的成本，且只需要對現有的制冷系統進行簡單的改造，可行性較強。3)可以降低充注量，減少了制冷劑的泄露，減輕了制冷劑泄露引起的環境問題。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖1是本發明的一個較佳實施例的LNG車用空調系統的循環裝置圖；圖2是使用液態天然氣的制冷循環與原制冷系統的焓熵圖的比較。
具體實施例方式如圖1制冷系統裝置圖所示，本發明的整個裝置只需要對現有的汽車空調系統進行簡單的改裝即可。在冷凝器30前加入一個LNG預冷器20，外界的空氣在進入冷凝器30 前先通過LNG預冷器20，溫度下降，這樣，利用LNG冷卻通過冷凝器30的空氣，可提高冷凝器30中制冷劑的冷凝效果，從而可以提高制冷系統的性能，并且可使用小功率的壓縮機和較小的冷凝器。下面參照附圖，對整個裝置進行詳細的介紹。如圖1所示，整個制冷系統主要由5 個部件組成，包括壓縮機10、LNG預冷器20、冷凝器30、膨脹閥40和蒸發器50。運行過程如下制冷劑從蒸發器50出來，成為過熱氣體，經過壓縮機10后變成高溫高壓的氣體，再進入冷凝器30進行冷卻。在LNG預冷器20中，液態天然氣將預冷將要通過冷凝器30的空氣，經過冷卻的空氣再通過冷凝器30冷卻制冷劑。冷凝后的制冷劑通過膨脹閥40節流后得到低溫的流體，在蒸發器50內與車內空氣換熱，冷卻車內的空氣。現在參照焓熵圖，對使用LNG預冷器的汽車空調系統的優勢進行說明。循環曲線1-2-3-4-1是原制冷系統的循環曲線。引入LNG預冷器的制冷系統的循環曲線 1-2' -3' -4' -1，比較它們的區別主要有如下幾點利用液化天然氣在制冷劑之前預冷通過冷凝器的空氣時，可以適當降低冷凝壓力，壓縮機的壓縮比降低，壓縮機出口點由2變為2'，這樣就減少了壓縮機的耗功，且提高了壓縮機的容積效率。通過LNG預冷器的空氣溫度極大的降低，這樣即使減少冷凝器的流程數及管排數也可以達到較好的冷凝效果，減少了冷凝器的尺寸，從而降低設備成本。進入膨脹閥的制冷劑狀態點由3變為3'，膨脹閥出口的干度降低，制冷量相應增大。而如前所述，壓縮機的耗功也得到降低，故系統COP也增大。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種利用液化天然氣汽化改進冷凝效果的汽車的空調系統，所述汽車利用液化天然氣為能源，所述空調系統包括串聯在一起的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器，還包括液化天然氣預冷器；所述液化天然氣預冷器靠近所述冷凝器設置，并且，在所述空調系統的風道中，所述液化天然氣預冷器位于所述冷凝器的上游；其中，串聯的管路中充注有制冷劑；從所述蒸發器出來的所述制冷劑形成過熱氣體，經過所述壓縮機后成為高溫高壓的氣體，再進入所述冷凝器，與外界空氣換熱進行冷卻；其中，低溫的液化天然氣流經所述液化天然氣預冷器，與將要通過所述冷凝器的空氣進行熱交換，所述空氣經過冷卻后再通過所述冷凝器冷卻所述制冷劑，同時，所述液化天然氣吸熱后成為常溫的氣態進入所述汽車的發動機燃燒室；從所述冷凝器的出口流出的冷凝后的所述制冷劑通過所述膨脹閥節流后得到低溫的流體，在所述蒸發器內與汽車內的空氣換熱。
2.如權利要求1所述的汽車的空調系統，其特征在于，所述空調系統為對現有的汽車空調系統進行改裝而成，所述改裝為在現有的汽車空調系統的冷凝器前，加上至少一個換熱器作為所述液化天然氣預冷器，利用液化天然氣冷卻即將通過所述現有的汽車空調系統的冷凝器的空氣。
3.如權利要求2所述的汽車的空調系統，其特征在于，所述制冷劑的充注量低于所述現有的汽車空調系統。
全文摘要
本發明公開了一種利用液化天然氣汽化改進冷凝效果的汽車的空調系統，在冷凝器前加入一個LNG預冷器，外界的空氣在進入冷凝器前先通過LNG預冷器，溫度下降，這樣，利用LNG冷卻通過冷凝器的空氣，可提高冷凝器中制冷劑的冷凝效果，降低冷凝器出口處制冷劑溫度，從而可以提高制冷系統的制冷量和COP，并且可使用小功率的壓縮機和較小的冷凝器。
文檔編號B60H1/32GK102398496SQ20111027546
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者梁媛媛, 陳江平 申請人:上海交通大學