專利名稱：一種車用二氧化碳空調系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車用空調系統，具體是一種車用二氧化碳空調系統，屬于汽 車空調技術領域。
背景技術：
目前車用空調系統主要使用R134a工質。隨著全世界對環境保護問題的重 視，R134a被新型制冷工質替代是潮流所向。歐盟已經明確2011年1月1日后 禁止生產R134a新車型，并且要求制造商回收系統制冷劑。2007年9月6日， 德國汽車工業協會(VDA)明確選定二氧化碳(R744)作為R134a的替代物。
二氧化碳對環境非常友好，然而由于二氧化碳制冷循環的壓縮比較高，而且 其高壓側一般都為超臨界狀態，壓縮機出口的高溫高壓制冷劑氣體不能被冷凝為 液態，因此整個循環的制冷效率較低。為了使二氧化碳制冷循環得到廣泛地推廣， 相關專家學者通過不斷地研究已找到提高二氧化碳制冷循環冷卻效率的途徑，例 如在系統中增設中間熱交換器、跳高壓縮機轉速、優化系統的設計等。
限制二氧化碳制冷循環的發展的另一個原因是其系統運行壓力較高，正常運 行壓力達到12MPa左右，這對系統零部件的耐壓性及其他性能的要求較高。對于 采用定排量壓縮機的汽車空調系統來說，由于汽車空調系統的壓縮機是由汽車發 動機帶動的，因此發動機的轉速會影響空調壓縮機的轉速，從而使得整個系統的 運行壓力波動較大，特別當汽車發動機轉速突然提高，使壓縮機轉速升至3000 轉左右時，節流閥前壓力將達到30MPa，如果此時發動機轉速繼續提高，空調系 統將面臨爆破的危險。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號為CN101012979A，發明專 利名稱為冷卻設備，該技術提出一種使用二氧化碳作為制冷劑的冷卻設備，為 了在防止系統高壓側壓力異常升高的同時提高系統效率，該技術中的控制裝置可 根據由傳感器檢測到的用于冷卻氣體冷卻器的空氣的溫度來控制壓縮機的轉速， 當冷卻空氣溫度較高時，控制裝置就提高壓縮機的最高轉速，以增加系統中的制
冷劑流量，從而避免高壓側壓力異常升高；當冷卻空氣溫度較低時，控制裝置就 降低壓縮機的最高轉速，以保證系統的冷卻效率。該技術在避免制冷系統高壓側 壓力異常升高的同時，保證系統一直處在較高效率運行的狀態，但是該系統的控 制裝置較為復雜，而且對溫度傳感器的靈敏度要求較高。
發明內容
為了解決上述問題，本發明設計了一種車用二氧化碳空調系統，在現有的 二氧化碳空調系統的基礎上進行改進，使整個系統的制冷效率得到進一步提高， 同時也能夠解決系統運行壓力突然升高所造成的安全隱患。
本發明是通過下述的技術方案實現的。本發明包括蒸發器、氣液分離器、 中間熱交換器、壓縮機、氣體冷卻器、節流閥和小型氣液分離器。小型氣液分離 器設置在節流閥的出口和蒸發器的進口之間，并且節流閥旁邊并聯旁通安全閥。
所述的氣液分離器設置在蒸發器出口和中間熱交換器的一側進口之間，氣 液分離器的作用是將蒸發器出口制冷劑中的少量液體分離出來積存在其底部空 間內，以避免因制冷劑液體進入壓縮機而造成的液擊現象；另外氣液分離器還具 有調節制冷劑流量的作用，當制冷負荷增大時，從蒸發器出口進入氣液分離器的 制冷劑壓力降低，積存在其底部的制冷劑就會蒸發，以增大進入壓縮機的制冷劑 氣體的流量，從而起到調節制冷劑流量的目的。
所述的中間換熱器的一側進口與氣液分離器的出口相連，同側的出口與壓 縮機進口連接，其另一側的進出口分別與氣體冷卻器出口和節流閥進口相連，中 間熱交換器的作用是使氣體冷卻器出口的高溫高壓制冷劑與氣液分離器出口的 低溫低壓制冷劑進行熱量交換，從而達到增加進入節流閥的制冷劑液體的過冷 度，同時提高進入壓縮機的制冷劑氣體的過熱度的目的。
所述的小型氣液分離器有液體出口和氣體出口，其進口與節流閥出口相連， 液體出口端與蒸發器進口連通，氣體出口端與氣液分離器進口端連通。小型氣液
分離器的作用是將進入蒸發器的制冷劑中的少量氣體分離出來，僅使液態制冷劑 進入蒸發器，這就使蒸發器的傳熱面積得到更加有效的利用，而分離出來的氣體 與蒸發器出口的制冷劑一起進入氣液分離器。
所述的節流閥旁邊并聯有旁通安全閥，其作用是當系統運行壓力高于安全 值時處于開啟狀態，以使氣體冷卻器出口的制冷劑液體不經過節流閥節流，而是 直接通過小型氣液分離器進入蒸發器，從而使系統的運行壓力降低，當運行壓力
降低到安全值以下時，該旁通安全閥關閉，此時氣體冷卻器出口的制冷劑液體經 過節流閥節流后再進入小型氣液分離器。
所述的旁通安全閥和節流閥也可以用一個自帶旁通流道的節流閥代替，在 系統正常運行時，該節流閥在節流流道的旁邊并聯一個旁通流道，當系統運行壓 力低于安全值時，其旁通流道關閉，即對制冷劑進行節流降壓；而當其進口側壓 力高于安全值時，它的旁通流道打開，以對制冷劑起旁通的作用，直到其進口側 壓力降到正常值時，其旁通流道才會關閉。
本發明的有益效果是 一是通過在節流閥出口和蒸發器進口之間設置小型 氣液分離器，使得進入蒸發器的制冷劑均為液體，從而使蒸發器的傳熱面積得到 更加有效的利用；二是本發明中的制冷循環采用旁通安全閥或自帶旁通流道的節 流閥，它在系統壓力高于安全值時處于開啟狀態，以對流經節流閥的制冷劑進行 旁通，從而降低系統的運行壓力，保證安全運行。
圖l為本發明結構以及制冷循環過程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步的描述。
如圖1所示，本發明包括蒸發器l、氣液分離器2、中間熱交換器3、壓縮 機4、氣體冷卻器5、節流閥6、小型氣液分離器7。氣液分離器2設置在蒸發器 1出口和中間熱交換器3的一側進口之間；中間換熱器3的兩側進口分別與氣液 分離器2的出口和氣體冷卻器5出口相連，其兩側的出口分別與壓縮機4進口和 節流閥6進口相連；小型氣液分離器7的進口與節流閥6出口相連，其制冷劑液 體出口端與蒸發器1進口連通，其制冷劑氣體出口端與氣液分離器2進口端連通。 節流閥6旁邊并聯有旁通安全閥8。
本發明中所述的車用二氧化碳空調系統所實現的制冷循環過程如圖1所示， 蒸發器1是輸出冷量的設備，其管內制冷劑吸收在其管外流動的車廂內空氣的熱 量，使車廂內空氣溫度降低，而管內制冷劑吸熱蒸發后進入氣液分離器2;氣液 分離器2的作用是將蒸發器出口的制冷劑中的少量液滴分離出來儲存在其底部， 而氣態制冷劑進入中間熱交換器3的一側進口，進行熱量交換后從同側出口排出 后進入壓縮機4中被壓縮；壓縮機4出口的高壓氣態制冷劑進入氣體冷卻器5被 冷卻降壓后進入中間熱交換器3的另一側進口，進行熱量交換后從同側出口排出
后進入節流閥6進行節流降壓；經節流降壓的制冷劑進入小型氣液分離器7，其 作用是將節流后的制冷劑中的少量氣態制冷劑分離出來，分離出來的氣態制冷劑
通過連接管路進入氣液分離器2的進口管路中，而液態制冷劑進入蒸發器1中吸 收管外流動的車廂內空氣的熱量而蒸發；這樣就完成了整個制冷循環過程。
本發明中所述的中間換熱器3使氣體冷卻器5出口的高溫高壓制冷劑與氣液 分離器2出口的低溫低壓制冷劑進行熱量交換，從而達到增加進入節流閥6的制 冷劑液體的過冷度，同時提高進入壓縮機4的制冷劑氣體的過熱度的目的，這樣 就使制冷循環的效率得到提高。
本發明中所述的設在節流閥6出口和蒸發器1進口之間的小型氣液分離器7， 能夠將進入蒸發器1的制冷劑中的少量氣體分離出來，僅使液態制冷劑進入蒸發 器l，從而使得蒸發器l的傳熱面積得到更加有效的利用，使制冷循環的效率得 到提高。
本發明中所述的旁通安全閥8能夠在系統運行壓力高于安全值時處于開啟 狀態，使氣體冷卻器5出口的制冷劑不經過節流閥6節流，而是直接'通過小型氣 液分離器7進入蒸發器1，從而使系統的運行壓力降低，當運行壓力降低到安全 值以下時，該旁通安全閥8關閉，此時氣體冷卻器5出口的制冷劑液體經過節流 閥6節流后進入小型氣液分離器7進行正常的循環。
本發明中所述的旁通安全闊8和節流閥6也可以用一個自帶旁通流道的節 流閥代替，該節流閥在節流流道的旁邊并聯一個旁通流道，當系統運行壓力低于 安全值時，其旁通流道關閉；而當其進口側壓力高于安全值時，它的旁通流道打 開，以對制冷劑起旁通作用，直到其進口側壓力降到正常值時，其旁通流道才會 關閉。
權利要求
1.一種車用二氧化碳空調系統，包括蒸發器(1)、氣液分離器(2)、中間熱交換器(3)、壓縮機(4)、氣體冷卻器(5)、節流閥(6)，其特征在于還包括小型氣液分離器(7)，所述小型氣液分離器(7)設置在節流閥(6)的出口和蒸發器(1)的進口之間，氣液分離器(2)設置在蒸發器(1)出口和中間熱交換器(3)的一側進口之間，中間換熱器(3)的兩側進口分別與氣液分離器(2)的出口和氣體冷卻器(5)出口相連，中間換熱器(3)兩側的出口分別與壓縮機(4)進口和節流閥(6)進口相連，節流閥(6)旁邊并聯有旁通安全閥(8)。
2. 根據權利要求1所述的一種車用二氧化碳空調系統，其特征是所述的旁 通安全閥(8)在系統運行壓力高于安全值時處于開啟狀態，從而使氣體冷卻器(5) 出口的制冷劑不經過節流閥(6)節流，而是直接通過小型氣液分離器進入 蒸發器(1)，從而使系統的運行壓力降低；當運行壓力降低到安全值以下時，該 旁通安全閥(8)關閉，此時氣體冷卻器(5)出口的制冷劑經過節流閥(6)節 流后再進入小型氣液分離器(7)進行正常的循環過程。
3. 根據權利要求1所述的一種車用二氧化碳空調系統，其特征是所述的節 流閥(6)和旁通安全閥(8)用一個自帶旁通流道的節流閥代替，該節流閥的內 部在節流流道的旁邊并聯一個旁通流道，當系統運行壓力低于安全值時，其旁通 流道關閉，此時該節流閥對制冷劑進行節流降壓；而當其進口側壓力高于安全值 時，它的旁通流道打開，以對制冷劑起旁通作用，直到其進口側壓力降到正常值 時，其旁通流道才會關閉。
4. 根據權利要求1所述的一種車用二氧化碳空調系統，其特征是所述的小 型氣液分離器(7)有一個進口和兩個出口，其進口與節流闊(6)出口相連，其 制冷劑液體出口端與蒸發器(1)進口連通，其制冷劑氣體出口端與氣液分離器(2)進口端連通。
全文摘要
本發明涉及一種車用二氧化碳空調系統，屬于汽車空調技術領域。包括蒸發器、氣液分離器、中間熱交換器、壓縮機、氣體冷卻器、節流閥。小型氣液分離器設置在節流閥的出口和蒸發器的進口之間，它能夠將進入蒸發器的制冷劑中的少量氣體分離出來，僅使液態制冷劑進入蒸發器，從而使得蒸發器的傳熱面積得到更加有效的利用，使系統的制冷效率得到提高；另外本發明在節流閥旁邊并聯旁通安全閥，當系統運行壓力高于安全值時，該旁通安全閥開啟，從而使制冷劑液體不經過節流閥節流，而是直接通過小型氣液分離器進入蒸發器，從而使系統的運行壓力降低，以保證系統的安全運行。
文檔編號F25B43/00GK101358779SQ20081020043
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月25日 優先權日2008年9月25日
發明者劉婷婷, 施駿業, 陳江平 申請人:上海交通大學