專利名稱：車用余熱空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱做能源的車用蒸汽噴射式空調(diào)裝置。
目前，汽車用空調(diào)裝置一般都采用一套利用車用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)式致冷機(jī)，供夏季致冷用，還有一套利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通過散熱器的暖風(fēng)機(jī)，供冬季采暖用，這樣的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)困難，造價(jià)高，壓縮式致冷機(jī)需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的有效動(dòng)力，加重了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)能源。
本實(shí)用新型的目的是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱做能源，采用一種蒸汽噴射式空調(diào)裝置來(lái)滿足汽車致冷和采暖的需要，它無(wú)需消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。
本實(shí)用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的車用余熱空調(diào)裝置，主要是由蒸汽發(fā)生器，汽水分離器、蒸汽壓縮裝置，冷凝器，蒸發(fā)器，節(jié)流裝置，以及三通閥、截止閥、管路組成，其特殊之處是蒸汽壓縮裝置采用蒸汽噴射器(8)替代，蒸汽發(fā)生器(5)的排氣入口端(20)通過排氣入口管(3)與接在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1)上的三通閥(2)相接，其排氣出口端(24)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1＇)相接，三通閥(2)的另一個(gè)通路通過旁通管路(4)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1＇)相接，蒸汽發(fā)生器(5)的蒸汽出口端(23)通過管路依次與汽水分離器(6)，三通閥(7)、蒸汽噴射器(8)、截止閥(12)，冷凝器(13)，截止閥(15)、循環(huán)泵(19)、以及其上的水入口端(27)相接，構(gòu)成循環(huán)回路，蒸發(fā)器(17)的出口端分別與蒸汽噴射器(8)和三通閥(7)相接，其入口端通過節(jié)流裝置(16)與循環(huán)泵(19)和截止閥(15)之間的連接管路相通。
以上所說(shuō)的蒸汽發(fā)生器(5)可以是由翅片管和管板組成的管板式氣—汽型換熱器，在其上管箱內(nèi)有網(wǎng)狀的汽水分離器(6)，翅片管(25)的兩端由上管板(21)、下管板(26)固定并裝于管箱內(nèi)。
以上所說(shuō)的蒸汽噴射器(8)可以由縮放形噴嘴(9)，混合室(10)和縮放形擴(kuò)壓管(11)組成，混合室(10)的側(cè)面裝有與蒸發(fā)器(17)相通的接管(28)。
以上的說(shuō)的冷凝器(13)和蒸發(fā)器(17)可以由金屬管(30)脹接并焊在管板(29)上，其整體矩形翅片(31)套在金屬管(30)外，外罩有箱體(32)。
本實(shí)用新型所述的空調(diào)裝置的致冷是以消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱為代價(jià)的，它以水做為制冷劑。汽車在典型工況下行駛時(shí)，其排氣溫度在300℃～400℃，其排氣熱量損失占燃料發(fā)熱量的30％～40％，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管路(1)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通過三通閥(2)，部分通過旁通管路(4)返回排氣管。三通閥(2)可調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器(5)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量，改變蒸汽發(fā)生器(5)的換熱量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度的目的。在蒸汽發(fā)生器(5)中，排氣的熱量傳給來(lái)自水泵(19)的工質(zhì)水，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢▔毫Φ墓ぷ髡羝?。?jīng)過汽水分離器(6)將蒸汽中挾帶的水分離出來(lái)送回蒸發(fā)生器(5)，其工作蒸汽通過三通閥(7)進(jìn)入蒸汽噴射器(8)中的噴嘴(9)，噴射器(8)是蒸汽噴射式致冷裝置的主要部件之一。它以簡(jiǎn)單而無(wú)運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)替代了壓縮式致冷裝置的壓縮機(jī)。它由噴嘴(9)、混合室(10)和擴(kuò)壓管(11)所組成。工作蒸汽經(jīng)過縮放形噴嘴(9)進(jìn)行絕熱膨脹，在噴嘴(9)的出口處達(dá)到很高流速，所以噴嘴(9)的出口處及其附近的混合室(10)中壓力很低，把蒸發(fā)器(17)里已經(jīng)蒸發(fā)吸熱的蒸汽抽吸到混合室(10)中。于是噴嘴(9)出口的工作蒸汽帶著來(lái)自蒸發(fā)器(17)的致冷工質(zhì)蒸汽共同進(jìn)入擴(kuò)壓管(11)中、降低流速、升高壓力，然后通過一截止閥(12)進(jìn)入冷凝器(13)進(jìn)行冷凝。從冷凝器(13)出來(lái)的飽和水經(jīng)過截止閥(15)后分為兩路，一部分進(jìn)入制冷回路，即進(jìn)入節(jié)流閥(16)減壓形成干度很低的水蒸汽進(jìn)入安放在汽車車內(nèi)的蒸發(fā)器(17)，把車內(nèi)的熱量吸收達(dá)到車內(nèi)致冷的目的。在蒸發(fā)器(17)內(nèi)的水蒸汽吸熱汽化成為干飽和蒸汽，被噴射器(8)抽入混合室(10)，從截止閥(15)出來(lái)的飽和水還有一部分進(jìn)入水泵(19)升壓后送到蒸汽發(fā)生器(5)中吸取來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的熱量成為工作蒸汽。這樣完成了一個(gè)閉合的致冷循環(huán)。
在冬季時(shí)，汽車內(nèi)需要采暖，可利用此套裝置致熱。其工作過程為把截止閥(12)和(15)關(guān)閉，調(diào)節(jié)三通閥(7)如附圖中虛線所示使來(lái)自蒸汽發(fā)生器(5)的高溫水蒸汽不進(jìn)入噴射器(8)和冷凝器(13)而進(jìn)入蒸發(fā)器(17)，此時(shí)蒸發(fā)器(17)逆向工作成為一個(gè)冷凝式散熱器，把水蒸汽冷凝成為水，同時(shí)把蒸汽熱量傳給送入車內(nèi)的空氣使之成為熱風(fēng)，達(dá)到車內(nèi)采暖的目的。此過程的工作循環(huán)也是靠水泵(19)來(lái)完成的。
本實(shí)用新型提供的上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)有效的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱，不需消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，利用一套裝置既可夏季致冷，又可冬季采暖，具有一機(jī)兩用的功能。該裝置不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，適合普及推廣應(yīng)用。


圖1是車用余熱空調(diào)裝置的示意圖；圖2是蒸汽發(fā)生器(5)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是蒸汽噴射器(8)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是冷凝器(13)和蒸發(fā)器(17)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中另部件為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管路(1)、(1＇)，三通閥(2)，(7)，蒸汽發(fā)生器排氣入口管路(3)。旁通管路(4)，蒸汽發(fā)生器(5)，汽水分離器(6)，蒸汽噴射器(8)、噴嘴(9)，混合室(10)，擴(kuò)壓管(11)，截止閥(12)、(15)，冷凝器(13)，風(fēng)機(jī)(14)、(18)，節(jié)流裝置(16)，蒸發(fā)器(17)，循環(huán)泵(19)，排氣入口端(20)，上管板(21)，汽水分離網(wǎng)(22)，蒸汽出口端(23)，排氣出口端(24)，翅片管(25)，下管板(26)，水入口端(27)，接管(28)，管板(29)，傳熱管(30)，整體矩形套片(31)，箱體(32)。
下面通過一個(gè)實(shí)施例具體說(shuō)明本實(shí)用新型。
此空調(diào)裝置應(yīng)用于以492Q汽油機(jī)做動(dòng)力的小客車上，采用水作為致冷工質(zhì)和致熱工質(zhì)。水無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染，來(lái)源廣，安全便宜。因?yàn)樗羝舭l(fā)壓力低，對(duì)壓縮致冷不合適，但對(duì)蒸汽噴射致冷卻比較適宜。
蒸汽發(fā)生器(5)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱產(chǎn)生水蒸汽驅(qū)動(dòng)噴射器(8)工作的換熱器。其主要技術(shù)參數(shù)為排氣入口溫度為400℃，排氣出口溫度為199℃，水入口溫度為45℃水蒸汽出口溫度為158℃，排氣流量為165公斤/小時(shí)，蒸汽流量為13.7公斤/小時(shí)。蒸氣壓力為6巴，換熱面積為1.447米2，換熱量為9.8千瓦。換熱器的流型為錯(cuò)流型，換熱器的結(jié)構(gòu)為翅片管型。蒸汽發(fā)生器(5)采用30根Φ10×1×250毫米的黃銅管按三角形排列方式脹接并焊在管板上，橫向管間距為20毫米，縱向管間距亦為20毫米，管外串有直徑為20毫米厚1毫米的圓形銅翅片，其翅片節(jié)距為3.5毫米。管內(nèi)產(chǎn)生水蒸汽，管外走發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣。蒸汽發(fā)生器(5)的長(zhǎng)、寬、高分別為330、180、360毫米。汽水分離器(6)為金屬網(wǎng)式，安裝在蒸汽發(fā)生器(5)的上管箱內(nèi)。
蒸汽噴射器(8)是蒸汽噴射致冷裝置的關(guān)鍵部件。噴嘴(9)入口處的蒸汽壓力為6巴，溫度為158℃，比焓為2759千焦/公斤。擴(kuò)壓管(11)出口壓力為0.0977巴，溫度為89℃，比焓為2666.5千焦/公斤。噴嘴(9)為縮放形噴管，入口直徑為8毫米，喉口直徑為2毫米，出口直徑為14毫米，漸縮段長(zhǎng)度為15毫米，漸擴(kuò)段長(zhǎng)度為40毫米。擴(kuò)壓管(11)亦為一縮放形噴管，入口直徑為50毫米，喉口直徑為24毫米，擴(kuò)壓管(11)前段長(zhǎng)度為248毫米，后段長(zhǎng)度為182毫米，噴嘴(9)，混合室(10)和擴(kuò)壓管(11)均用黃銅或不銹鋼制造。
冷凝器(13)的作用是將水蒸汽冷凝為飽和水，它安裝在汽車水箱前面，利用原發(fā)動(dòng)機(jī)水箱風(fēng)扇和汽車行駛中的自然風(fēng)來(lái)冷卻。其主要技術(shù)參數(shù)為空氣進(jìn)口溫度為30℃?？諝獬隹跍囟葹?4℃，水蒸汽入口溫度為30℃，空氣出口溫度為44℃，水蒸汽入口溫度為89℃，冷凝水出口溫度為45℃，工質(zhì)水質(zhì)量流量為18.6公斤/小時(shí)。換熱面積為6.07米2，換熱量為13千瓦。冷凝器(13)采用管板式結(jié)構(gòu)，36根Φ10×1×430毫米的黃銅管脹接焊在管板上，橫向管間距為30毫米，縱向管間距為15毫米，按叉排方式列，在黃銅管外套裝375×43毫米的整體矩形翅片，翅片厚度為0.2毫米，節(jié)距為2毫米。工質(zhì)水在管內(nèi)流動(dòng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)水箱的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)的空氣流經(jīng)管外。冷凝器的總體尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為380、45、470毫米。
蒸發(fā)器(17)安裝在車內(nèi)，它吸取車內(nèi)的熱量達(dá)到車內(nèi)致冷的要求。蒸發(fā)器(17)的主要技術(shù)參數(shù)是空氣入口溫度為25℃，空氣出口溫度為15℃，蒸發(fā)溫度為10℃，蒸發(fā)壓力0.01227巴，蒸汽流量為4.9公斤/小時(shí)，空氣流量為1100公斤/小時(shí)，換熱面積為2.284米2，致冷量為3.2千瓦。蒸發(fā)器(17)的流動(dòng)型式為錯(cuò)流型，結(jié)構(gòu)型式為套片管式，它采用80根Φ10×1×180毫米的黃銅管叉排列在管板上，橫向管間距為20毫米，縱向管間距為20毫米。管外套裝厚0.2毫米的矩形整體黃銅(或鋁)翅片。其尺寸為88×336毫米，翅片節(jié)距為2毫米，工作蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)，由一個(gè)風(fēng)機(jī)(18)驅(qū)動(dòng)的車內(nèi)空氣流經(jīng)管外。蒸發(fā)器(17)的整體尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為360×98×275毫米。風(fēng)機(jī)(18)的壓頭為32毫米水柱，流量為990米3/小時(shí)，它由一個(gè)12伏的110瓦微電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
節(jié)流閥(16)選用毛細(xì)管式節(jié)流裝置，毛細(xì)管內(nèi)徑為1毫米，總長(zhǎng)3米，安裝在蒸發(fā)器的出口管路上。
溶液泵(19)為離心式水泵，壓頭為6巴，流量為13.7公斤/小時(shí)，選用一個(gè)12伏240瓦微電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
在冬季需要對(duì)車內(nèi)采暖時(shí)，利用蒸汽發(fā)生器(5)產(chǎn)生的蒸汽通過原蒸發(fā)器(17)，這時(shí)它成為一個(gè)冷凝式散熱器，向車內(nèi)提供暖風(fēng)。當(dāng)環(huán)境溫度為-20℃，車內(nèi)溫度維持20℃時(shí)，此裝置的供熱量為4.67瓦，風(fēng)溫為50℃。
權(quán)利要求1.車用余熱空調(diào)裝置，主要是由蒸汽發(fā)生器，汽水分離器、冷凝器，蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、以及三通閥、截止閥、管路組成。其特征是蒸汽壓縮裝置采用蒸汽噴射器(8)，蒸汽發(fā)生器(5)的排氣入口端(20)通過排氣入口管路(3)與接在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣(1)上的三通閥(2)相接；其排氣出口端(24)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1＇)相接，三通閥(2)的另一個(gè)通路通過旁通管路(4)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(1＇)相接，蒸汽發(fā)生器(5)的蒸汽出口端(23)通過管路依次與汽水分離器(6)、三通閥(7)、蒸汽噴射器(8)、截止閥(12)、冷凝器(13)，截止閥(15)、循環(huán)泵(19)、以及其上的水入口端(27)相接，構(gòu)成循環(huán)回路，蒸發(fā)器(17)的出口端分別與蒸汽噴射器(8)和三通閥(7)相接，其入口端通過節(jié)流裝置(16)與循環(huán)泵(19)和截止閥(15)之間的連接管路相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用余熱空調(diào)裝置，其特征是所述的蒸汽發(fā)生器(5)是由翅片管和管板組成的管板式氣—汽型換熱器，在其上管箱內(nèi)裝有網(wǎng)狀的汽水分離器(6)，翅片管(25)的兩端由上管板(21)，下管板(26)固定并裝于管箱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用余熱空調(diào)裝置，其特征是所述的蒸汽噴射器(8)是由縮放形噴嘴(9)、混合室(10)和縮放形擴(kuò)壓管(11)組成，縮放形噴嘴(9)和縮放形擴(kuò)壓管(11)分別同軸裝在混合室(10)上，混合室(10)的側(cè)面裝有與蒸發(fā)器(17)相通的接管(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用余熱空調(diào)裝置，其特征是所述的冷凝器(13)和蒸發(fā)器(17)是由金屬管(30)脹接并焊在管板(29)上，其整體矩形翅片(31)套裝在金屬管(30)外，外面罩有箱體(32)。
專利摘要主要用小轎車、小客車及載重汽車駕駛室的車用余熱空調(diào)裝置，它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱做能源，主要由蒸汽發(fā)生器，汽水分離器，蒸汽噴射器，冷凝器，蒸發(fā)器，節(jié)流裝置等組成。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，余熱利用，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，便于普及推廣。
文檔編號(hào)B60H1/02GK2058385SQ8922121
公開日1990年6月20日 申請(qǐng)日期1989年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月15日
發(fā)明者蘇俊林, 郝玉福, 盧軍 申請(qǐng)人:吉林工業(yè)大學(xué)