專利名稱：一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的lng冷能裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車溫度調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于汽車的溫度調(diào)節(jié)裝置及方法，具體涉及一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的日益提高及汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，在近幾年汽車保有量急劇增加的同時，人們對汽車舒適性的要求也越來越高。汽車空調(diào)作為汽車舒適性的一個重要標(biāo)志，不僅在轎車和客車上得以廣泛應(yīng)用，而且己進(jìn)入貨車、工程車、冷藏車及拖拉機(jī)等領(lǐng)域，且裝車率在迅速上升。汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部分組成。其工作過 程為壓縮機(jī)首先將低溫低壓氣態(tài)制冷制壓縮至高溫高壓狀態(tài)，然后在冷凝器處與冷卻發(fā)動機(jī)的循環(huán)水換熱變成高溫液態(tài)制冷劑，干燥過濾后通過膨脹閥變成低壓霧狀，最后在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量變成氣態(tài)，蒸發(fā)器表面溫度隨之下降，通過鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送至車廂內(nèi)，氣態(tài)制冷劑又重新被壓縮機(jī)吸入，反復(fù)循環(huán)。其中壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、送風(fēng)裝置及管路這些主要部件體積大、重量重，增加了整車的重量；又由于壓縮機(jī)的動力來源于汽車發(fā)動機(jī)，不但增加了燃料消耗，而且加大了廢氣排放量，引起水箱過熱，影響車輛的動力性能，而且導(dǎo)致汽車空調(diào)用制冷壓縮機(jī)只能采用開啟式的結(jié)構(gòu)型式，從而帶來了軸封要求高、制冷劑容易泄漏的問題；并且當(dāng)汽車慢速行駛、處于怠速狀態(tài)或停車時，由于壓縮機(jī)靠發(fā)動機(jī)驅(qū)動，所以難以維持穩(wěn)定的空調(diào)工況，甚至無法正常工作。汽車空調(diào)，尤其是卡車、工程車的空調(diào)器的運(yùn)行環(huán)境惡劣，不僅環(huán)境參數(shù)波動大，而且常伴隨劇烈震蕩，以及熱交換器易灰堵等問題，因此，與建筑空調(diào)器相比，卡車、工程車空調(diào)器往往存在著效率低、使用壽命短、維護(hù)工作量大、工質(zhì)泄露嚴(yán)重等缺點(diǎn)。目前，轎車、客車等乘用車基本上都裝備了空調(diào)器，而卡車、專用車等特種車輛普及率卻非常低。目前，我國廣泛使用的以中低檔次為主的貨車、專用車的空調(diào)設(shè)備裝備率僅為5%左右，其中相當(dāng)一部分還是汽車出廠之后加上去的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轎車、客車等乘用車的空調(diào)裝備率。液化天然氣(簡稱LNG)的主要成分是甲烷，其無色、無味、無毒且無腐蝕性，具有熱值大、性能高、污染少、儲運(yùn)方便等特點(diǎn)，是一種清潔、高效、方便、安全的能源。將LNG用于汽車產(chǎn)業(yè)中，這類天然氣汽車的最大特點(diǎn)是“清潔”，尤其是LNG重型卡車，被認(rèn)為是真正的零排放汽車。LNG的溫度為_162°C，而要在發(fā)動機(jī)中使用天然氣，其溫度必須為20 50°C，如果將天然氣與空氣直接進(jìn)行潛熱、顯熱的交換，換熱溫差將會達(dá)到182 210°C。如此大的傳熱溫差對空氣換熱器來講是難以實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種LNG冷能用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的裝置及方法。
本發(fā)明通過對LNG卡車燃料氣化前的冷量進(jìn)行回收利用供駕駛室空調(diào)使用，其原理是將LNG出氣瓶的管線分為兩條支路，一條支路直接供燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行，另一條支路與空調(diào)制冷劑換熱，換熱后同第一條支路的LNG匯合作為燃料使用，制冷劑冷卻后在蒸發(fā)器中與空氣進(jìn)行潛熱與顯熱的交換，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)卡車空調(diào)制冷的目的。本發(fā)明利用LNG-制冷劑換熱器取代原有汽車空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和蒸發(fā)器，節(jié)省了發(fā)動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料，保證了卡車在怠速或停車狀態(tài)時空調(diào)供冷的穩(wěn)定性。由于LNG直接與空氣換熱存在較大的換熱溫差，換熱設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)換熱，所以仍然采用制冷劑，通過制冷劑與LNG換熱取冷，進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器同空氣經(jīng)行潛熱與顯熱的冷量交換完成供冷，制冷劑換熱升溫后再返回LNG-制冷劑換熱器中循環(huán)使用。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置，包括動力區(qū)、冷卻區(qū)及蒸發(fā)器區(qū)；其中，動力區(qū)主要由LNG氣瓶I、汽化器3、調(diào)壓器4和發(fā)動機(jī)5組成；冷卻區(qū)主要由LNG-制冷劑換熱器2組成；蒸發(fā)器區(qū)主要由蒸發(fā)器6和泵7組成；所述LNG氣瓶I的出口分為兩條支路，一 條支路與LNG-制冷劑換熱器2的冷物流進(jìn)口通過閥8連接，另一條支路與汽化器3的進(jìn)口通過閥9連接；
所述汽化器3的出口與調(diào)壓器4的進(jìn)口直接相連，調(diào)壓器4的出口與發(fā)動機(jī)5的進(jìn)口通過閥10連接；
所述LNG-制冷劑換熱器2的冷物流出口與汽化器3的進(jìn)口通過閥11連接，LNG-制冷劑換熱器2的熱物流進(jìn)口與蒸發(fā)器6的制冷劑出口通過閥12連接，LNG-制冷劑換熱器2的熱物流出口與泵7的進(jìn)口連接，泵7的出口與蒸發(fā)器6的進(jìn)口通過閥13連接。 所述LNG-制冷劑換熱器2的冷物流進(jìn)口與LNG氣瓶I的出口通過保溫管線連接；卡車空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)入蒸發(fā)器6的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器2的熱物流出口經(jīng)泵7連接，卡車空調(diào)系統(tǒng)中出蒸發(fā)器6的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器2的熱物流進(jìn)口經(jīng)閥12連接。本發(fā)明還提供所述裝置用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的方法，包括以下步驟
(1)-140 -162°C、0.65 I. 6MPa的LNG自LNG氣瓶I流出，分為兩條支路，一條支路依次進(jìn)入動力區(qū)的汽化器3和發(fā)動機(jī)5，作為燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行；另一條支路進(jìn)入冷卻區(qū)；
(2)在冷卻區(qū)內(nèi)，-140 -162°C、0. 65 I. 6MPa 的 LNG 與 20 25°C、0. 3 O. 4MPa的氣態(tài)制冷劑進(jìn)行換熱，LNG溫度回升至-35 _50°C后返回動力區(qū)與第一條支路的LNG混合后進(jìn)入汽化器3 ;換熱后的制冷劑溫度降至O 8. 5°C，液化成為低溫液態(tài)，經(jīng)泵7輸送至蒸發(fā)器區(qū)；
(3)在蒸發(fā)器區(qū)內(nèi)，低溫液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器6中與空氣換熱，溫度回升至20 25°C，氣化，再返回LNG-制冷劑換熱器2中繼續(xù)循環(huán)使用，30 35°C的空氣冷卻至20 25°C后，由鼓風(fēng)機(jī)吹入駕駛室，達(dá)到降溫的目的。所述制冷劑為R134a、R22、R23、R123、R502、R417a 或 R404a。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本低，投資小本發(fā)明用LNG-制冷劑換熱器取代空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和冷凝器，降低了設(shè)備投資成本；
(2)能耗低，節(jié)能，成本低廉相對于原有空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，本發(fā)明取消了壓縮機(jī)的使用，從而節(jié)省了用于驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料，同時將LNG氣化前的冷量回收用于駕駛室空調(diào)供冷使用，能量利用率高，起到了節(jié)能降耗，降低成本的作用；
(3)工藝簡單，安全可靠，易控制本發(fā)明在LNG卡車原有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了一臺換熱器，取消了壓縮機(jī)和冷凝器，使得工藝流程更為簡單，通過閥門控制即可實(shí)現(xiàn)空調(diào)供冷，同時也不影響原有設(shè)備的正常運(yùn)行；
(4)易于推廣使用本發(fā)明利用LNG卡車現(xiàn)有的冷能資源，通過增加一臺換熱器即可實(shí)現(xiàn)空調(diào)供冷的目的，易于大面積推廣使用，是提高卡車空調(diào)覆蓋率的有效途徑。


圖I為本發(fā)明的用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置示意圖。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限與此。如圖I所示，本發(fā)明的一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置，包括動力區(qū)、冷卻區(qū)及蒸發(fā)器區(qū)；其中，動力區(qū)主要由LNG氣瓶I、汽化器3、調(diào)壓器4和發(fā)動機(jī)5組成；冷卻區(qū)主要由LNG-制冷劑換熱器2組成；蒸發(fā)器區(qū)主要由蒸發(fā)器6和泵7組成；
LNG氣瓶I的出口分為兩條支路，一條支路與LNG-制冷劑換熱器2的冷物流進(jìn)口通過閥8連接，另一條支路與汽化器3的進(jìn)口通過閥9連接；汽化器3的出口與調(diào)壓器4的進(jìn)口直接相連，調(diào)壓器4的出口與發(fā)動機(jī)5的進(jìn)口通過閥10連接；LNG-制冷劑換熱器2的冷物流出口與汽化器3的進(jìn)口通過閥11連接，LNG-制冷劑換熱器2的熱物流進(jìn)口與蒸發(fā)器6的制冷劑出口通過閥12連接，LNG-制冷劑換熱器2的熱物流出口與泵7的進(jìn)口連接，泵7的出口與蒸發(fā)器6的進(jìn)口通過閥13連接。LNG-制冷劑換熱器2的冷物流進(jìn)口與LNG氣瓶I的出口通過保溫管線連接；卡車空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)蒸發(fā)器6的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器2的熱物流出口經(jīng)泵7連接，卡車空調(diào)系統(tǒng)中出蒸發(fā)器6的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器2的熱物流進(jìn)口經(jīng)閥12連接。實(shí)施例I
氣態(tài)R134a制冷劑的充裝量為14kg，充裝壓力為O. 3MPa，空氣為介質(zhì)，空氣的密度以25°C，Iatm 計，為 I. 17kg/m3。(l)-162°C，0.65MPa的LNG自LNG氣瓶I流出，開啟閥8、閥12、閥13，調(diào)節(jié)進(jìn)入LNG-制冷劑換熱器2的LNG流量為4. 2kg/h，在該換熱器中與14kg/h、20°C、0. 3MPa的氣態(tài)制冷劑R134a換熱，LNG溫度升至-50°C，氣化，通過閥11返回并與來自閥9的_162°C，
O.65MPa的LNG混合，最后輸送至汽化器3，與冷卻發(fā)動機(jī)的循環(huán)水換熱至30°C，進(jìn)入發(fā)動機(jī)作為燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行；
(2)與LNG換熱后的制冷劑R134a溫度降為0°C，液化，通過泵7輸送至蒸發(fā)器6與203kg/h、35°C、0. 2MPa空氣換熱，溫度升至20°C后返回至LNG-制冷劑換熱器2中，循環(huán)使用；
(3)與制冷劑R134a換熱后的空氣溫度降至20°C，通過鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送至駕駛室內(nèi)；
(4)當(dāng)駕駛室不需要空調(diào)供冷時，關(guān)閉閥8即可。
實(shí)施例2
氣態(tài)R134a制冷劑的充裝量為14kg，充裝壓力為O. 3MPa，空氣為介質(zhì)，空氣的密度以25°C，Iatm 計，為 I. 17kg/m3。(1)-140 °C,I. 6MPa的LNG自LNG氣瓶I流出，開啟閥8、閥12、閥13，調(diào)節(jié)進(jìn)入LNG-制冷劑換熱器2的LNG流量為4. 6kg/h，在該換熱器中與14kg/h、20°C、0. 3MPa的氣態(tài)制冷劑Rl34a換熱，LNG溫度升至-35°C，氣化，通過閥11返回并與來自閥9的_40°C，I. 6MPa的LNG混合，最后輸送至汽化器3，與冷卻發(fā)動機(jī)的循環(huán)水換熱至30°C，進(jìn)入發(fā)動機(jī)作為燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行；
(2)與LNG換熱后的制冷劑R134a溫度降為0°C，液化，通過泵7輸送至蒸發(fā)器6與203kg/h、35°C、0. 2MPa空氣換熱，溫度升至20°C后返回至LNG-制冷劑換熱器2中，循環(huán)使用；
(3)與制冷劑R134a換熱后的空氣溫度降至20°C，通過鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送至駕駛室內(nèi)；
(4)當(dāng)駕駛室不需要空調(diào)供冷時，關(guān)閉閥8即可。實(shí)施例3
氣態(tài)R134a制冷劑的充裝量為15kg，充裝壓力為O. 4MPa，空氣為介質(zhì)，空氣的密度以25°C，Iatm 計，為 I. 17kg/m3。(l)-162°C，0.65MPa的LNG自LNG氣瓶I流出，開啟閥8、閥12、閥13，調(diào)節(jié)進(jìn)入LNG-制冷劑換熱器2的LNG流量為4. 2kg/h，在該換熱器中與15kg/h、19°C、0. 4MPa的氣態(tài)制冷劑R134a換熱，LNG溫度升至-50°C，氣化，通過閥11返回并與來自閥9的_162°C，
O.65MPa的LNG混合，最后輸送至汽化器3，與冷卻發(fā)動機(jī)的循環(huán)水換熱至30°C，進(jìn)入發(fā)動機(jī)作為燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行；
(2)與LNG換熱后的制冷劑R134a溫度降為8.5°C，液化，通過泵7輸送至蒸發(fā)器6與203kg/h、35°C、0. 2MPa空氣換熱，溫度升至19°C后返回至LNG-制冷劑換熱器2中，循環(huán)使用；
(3)與制冷劑R134a換熱后的空氣溫度降至20°C，通過鼓風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送至駕駛室內(nèi)；
(4)當(dāng)駕駛室不需要空調(diào)供冷時，關(guān)閉閥8即可。
權(quán)利要求
1.一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置，其特征在于，包括動力區(qū)、冷卻區(qū)及蒸發(fā)器區(qū)；其中，動力區(qū)主要由LNG氣瓶(I)、汽化器(3)、調(diào)壓器(4)和發(fā)動機(jī)(5)組成；冷卻區(qū)主要由LNG-制冷劑換熱器(2)組成；蒸發(fā)器區(qū)主要由蒸發(fā)器(6)和泵(7)組成；所述LNG氣瓶(I)的出口分為兩條支路，一條支路與LNG-制冷劑換熱器(2)的冷物流進(jìn)口通過閥(8)連接，另一條支路與汽化器(3 )的進(jìn)口通過閥(9 )連接； 所述汽化器(3)的出口與調(diào)壓器(4)的進(jìn)口直接相連，調(diào)壓器(4)的出口與發(fā)動機(jī)(5)的進(jìn)口通過閥(10)連接； 所述LNG-制冷劑換熱器(2)的冷物流出口與汽化器(3)的進(jìn)口通過閥(11)連接，LNG-制冷劑換熱器(2 )的熱物流進(jìn)口與蒸發(fā)器(6 )的制冷劑出口通過閥(12 )連接，LNG-制冷劑換熱器(2 )的熱物流出口與泵(7 )的進(jìn)口連接，泵(7 )的出口與蒸發(fā)器(6 )的進(jìn)口通過閥(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LNG冷能裝置，其特征在于，所述LNG-制冷劑換熱器(2)的冷物流進(jìn)口與LNG氣瓶(I)的出口通過保溫管線連接；卡車空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)入蒸發(fā)器(6)的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器(2)的熱物流出口經(jīng)泵(7)連接，卡車空調(diào)系統(tǒng)中出蒸發(fā)器(6)的制冷劑管線與LNG-制冷劑換熱器(2)的熱物流進(jìn)口經(jīng)閥(12)連接。
3.權(quán)利要求I和2所述裝置用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的方法，包括以下步驟 (1)-140 -162°C、0.65 I. 6MPa的LNG自LNG氣瓶(I)流出，分為兩條支路，一條支路依次進(jìn)入動力區(qū)的汽化器(3)和發(fā)動機(jī)(5)，作為燃料驅(qū)動卡車運(yùn)行；另一條支路進(jìn)入冷卻區(qū)； (2)在冷卻區(qū)內(nèi)，-140 -162°C、0. 65 I. 6MPa 的 LNG 與 20 25°C、0. 3 O. 4MPa的氣態(tài)制冷劑進(jìn)行換熱，LNG溫度回升至-35 _50°C后返回動力區(qū)與第一條支路的LNG混合后進(jìn)入汽化器(3);換熱后的制冷劑溫度降至O 8. 5°C，液化成為低溫液態(tài)，經(jīng)泵(7)輸送至蒸發(fā)器區(qū)； (3)在蒸發(fā)器區(qū)內(nèi)，低溫液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器(6)中與空氣換熱，溫度回升至20 25°C，氣化，再返回LNG-制冷劑換熱器(2)中繼續(xù)循環(huán)使用，30 35°C的空氣冷卻至20 25°C后，由鼓風(fēng)機(jī)吹入駕駛室，達(dá)到降溫的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述制冷劑為R134a、R22、R23、R123、R502、R417a 或 R404a。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于卡車空調(diào)系統(tǒng)的LNG冷能裝置及方法，該裝置主要由LNG氣瓶、汽化器、調(diào)壓器和發(fā)動機(jī)、LNG-制冷劑換熱器、蒸發(fā)器和泵組成；LNG分為兩條支路，一條進(jìn)入LNG-制冷劑換熱器，另一條依次進(jìn)入汽化器、調(diào)壓器和發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的方法中，LNG在LNG-制冷劑換熱器中將冷能供給氣態(tài)制冷劑使其降溫液化，液態(tài)制冷劑通過泵輸送至蒸發(fā)器與空氣換熱，氣化，再返回?fù)Q熱器中循環(huán)利用；LNG換熱后升溫與進(jìn)入蒸發(fā)器的LNG混合，進(jìn)入發(fā)電機(jī)作為燃料。本發(fā)明用換熱器取代了原有車載空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和冷凝器，回收LNG部分冷能供卡車駕駛室使用，充分利用了LNG冷能，流程簡單易于控制，設(shè)備成本低，高效節(jié)能。
文檔編號B60H1/32GK102815182SQ20121023598
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者徐文東, 陳敏, 劉宗斌, 陸涵, 趙健聰 申請人:華南理工大學(xué)