专利名称：一种兼具冷气空调与引擎降温双重功能的冷媒冷却系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种汽车引擎系统的冷却系统/装置，特别是一种以一般装设在汽车上包含冷媒、压缩机、散热排与供冷媒循环流通的管路等的车室空调冷气系统为基础并加以扩充，而能够兼具有车室空调和引擎系统冷却双重功能的冷却系统/装置。
背景技术：
目前一般装设在汽车上包含冷媒、压缩机、散热排与供冷媒循环流通的管路等的车室空调冷气系统仅具有冷却车室空间的功能，并不具有冷却引擎系统的功能。另一方面，引擎系统的冷却一般是以水箱系统的水循环流经引擎本体(水冷式)或导入部分外界空气直接吹拂引挚周围凸出的散热片(气冷式)，再辅助以机油的循环散热作用而成，这些传统的引擎冷却系统通常仅设计来应付一般的气温条件和操作要求，对于气温异常高的状况和/或长时间的引擎激烈运转，一股传统的引擎冷却系统的冷却能力便不敷需求，在此等严酷的操驾状况下会发生引擎系统温度过高而导致故障和/或缩短机件寿命。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种兼具冷气空调与引挚降温双重功能的冷媒冷却系统，可以将部分(经常是过剩的)空调冷气系统的冷却能力分配于引擎系统的冷却，使得引擎系统的散热更充分，进而提高其工作效率并延长其使用寿命。
本实用新型提供的冷媒式冷却系统，包括一压缩机、高压回路以及低压回路；高压回路与低压回路中充填冷媒；高压回路中包括一凝结器；低压回路中包括一蒸发器和一热交换器；热交换器的内部包括冷媒通道和进入引擎流体的通道，冷媒通道和进入引擎流体的通道相邻并彼此接触；热交换器的外部包括一冷媒入口、一冷媒出口、进入引擎流体的入口以及进入引擎流体的出口；当压缩机运转时，在该低压回路中的该冷媒通过蒸发器之后经低压回路连接管和冷媒入口进入热交换器内的冷媒通道，再由冷媒出口流出热交换器；待冷却的进入引擎的流体则由流体入口流入热交换器内部的流体通道，再由流体出口的流出热交换器其后才到达引擎本体；热交换器内进入引擎的流体的温度较冷媒通道中冷媒的温度为高，从而该流体透过流体通道和冷媒通道之间的管壁将热量传递给冷媒通道中的冷媒。
其中在该低压回路中另包括与热交换器并联的一直通管，使得至少一部份该冷媒在该冷媒冷却系统中循环时能不通过热交换器。
其中在连接管上邻近热交换器的冷媒入口处另设有开关阀门以控制是否允许冷媒流过热交换器。
其中在连接管上邻近热交换器的冷媒出口处另设有开关阀门以控制是否允许冷媒流过热交换器。
其中在至少一个连接管与直通管的会合接口另设有一对二单选切换阀门以控制冷媒只流过热交换器或只流过直通管。
其中进入引擎的流体为引擎进气或引挚机油。
其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、轮水管线、一水泵和一喷水头；其中啧水头装设在水冷式引擎的散热水箱前方且其喷水方向朝向该散热水箱。
其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵、一喷水头、一逻辑控制单元和一温度感测器；水泵接受逻辑控制单元的指令而对喷水头供水或不供水；逻辑控制单元输出喷水指令是根据温度感测器对其传送的温度数据是否高于预设的数值；其中喷水头装设在水冷式引擎的散热水箱前方且其喷水方向朝向该散热水箱。
其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵和一喷水头；其中喷水头装设在机油散热片前方且其喷水方向朝向该机油散热片。
其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵、一喷水头、一逻辑控制单元和一温度感测器；水泵接受逻辑控制单元的指令而对喷水头供水或不供水；逻辑控制单元输出喷水指令是根据温度感测器对其传送的温度数据是否高于预设的数值；其中喷水头装设在机油散热片前方且其喷水方向朝向该机油散热片。
图1为本实用新型应用于冷却引擎进气的实施例之一的示意图。
图2为本实用新型应用于冷却引擎进气的实施例之二的示意图。
图3为本实用新型应用于冷却引擎进气的实施例之三的示意图。
图4a为本实用新型应用于冷却引擎机油的实施例之一的示意图。
图4b为本实用新型应用于冷却引擎机油的实施例之二的示意图。
图5为喷水冷却装置的示意图。
具体实施方式
请配合参见图1，本实用新型的实施例一包括一压缩机1、一压缩机普利盘2、压缩机与凝结器间连接管3、一凝结器4、一凝结器风扇5、凝结器与蒸发器间连接管6、一膨胀阀7、一蒸发器8、一冷气风扇9、蒸发器与除湿集水器间连接管10、一除湿集水器11和除湿集水器与压缩机间连接管12。以上各元件为一般构成车室空调冷气系统的基本元件。从压缩机与凝结器间连接管3经凝结器4到膨胀阀7之前为高压段，从膨胀阀7之后经蒸发器8到除湿集水器与压缩机间连接管12为低压段。
包括高压段和低压段的整个循环回路中填充有冷媒，该冷媒在高压段中为液态而在低压段中为气态。压缩机1将来自低压段的冷媒加以压缩后送入高压段，膨胀阀7仅在高压段中冷媒压力高于低压段中冷媒压力超过设定的压力差时才开放让高压段中的冷媒流向低压段，而此设定的压力差能确保在正常的条件下(回路中填充有适量的冷媒并且环境气温在通常的范围内)高压段中冷媒的压力大到使其被压缩为液态，同时低压段中冷媒的压力小到使其挥发为气态。当然，高压段中若无凝结器4以及凝结器风扇5的辅助散热，其中的冷媒虽然处于高压仍可能因温度够而维持在气态；另一方面，低压段中若无蒸发器8以及冷气风扇9的辅助散冷(集热)，其中的冷媒虽然处于低压仍可能因温度够低而维持在液态。
来自低压段的气态冷媒被压缩机1压缩送入高压段成为液态，其中冷媒先前所吸收的热量在高压下转而提高冷媒的温度，从而有利于该热量由具有大散热面的凝结器4以及凝结器风扇5的辅助而有效地散发到外界。因此冷媒接著通过膨胀阀7进入低压段时已带有较低的热量，而进入低压段的冷媒因压力大幅降低其温度便随之大幅降低；此压力与温度的关系可由理想气体方程式PV＝nRT得到说明，其中P为压力值、V为容器容量、n为气体分子数量、R为一常数、T为绝对温度。
来自车室内部或外界的空气被蒸发器风扇9吹向蒸发器8接著流过空调管路和空调出风口最后流入车室形成冷气。如前所述，进入低压段的冷媒其温度大幅降低，事实上其温度可降到摄氏零度以下。使用较旧式(不具微电脑恒温控制)的汽车冷气空调系统时，若风扇送风量过小时，冷气出风管路可能因结冰而阻塞，导致出风量逐渐减为零，此时若将风扇开到最大并切换为导入车外空气，虽然车外空气原本温度较高，但因能逐渐融化管路中疑结的冰块，使得出风量得以恢复，此时冷气反而变得更冷，并且呈现带有水汽的雾状，此现象足可证明低压段的冷媒其温度可降到摄氏零度以下。
本实用新型即利用此冷媒式冷却系统的高致降温能力，在前述低压段的蒸发器与除湿集水器间连接管10中段插入一引擎系统冷却区块A。引挚系统冷却区块A在实施例一中包括一热交换器20包覆在引擎节气门213之前(以进气顺序而言)的一段进气管21外围；热交换器20包括一冷媒入口221、一冷媒出口222以及与热交换器20内部的一段引擎进气管21以较大面积相接触的内部冷媒通道22。冷媒通过蒸发器8后经连接管10和冷媒入口221进入冷媒通道22，再由冷媒出口222流出热交换器20。引擎进气则由空气入口211流入热交换器20内部的一段引擎进气管21，再由空气出口212流出热交换器20随后才到达引挚节气门213。
由于引擎进气进入引擎汽缸之前已经过热交换器20的高效冷却，本实用新型的实施例一具有至少以下功效首先是降低进入引擎本体的总热量，因而在某种程度上抑制了引擎的发热，亦即降低其温度；其次，由于进入引擎的气体温度较低，由于引擎吸气压力以及汽缸容积不变，根据前述理想气体方程式PV＝nRT，进入引擎汽缸的气体分子数量增多，从而汽缸内混合的油气爆发力量增大因而扭力和马力增加或更省油，此第二项功效便和汽车加装了轻量级的增压器一样，能增加引擎的进气量，而且通常加装了无论是涡轮式或机械式增压器，如无配合加装中间冷却器，运转时都会提高引擎温度，但使用实施例一的引擎进气冷却系统却能在增加进气量的同时降低引擎的温度，可谓一举两得。
在图1所示的实施例中，冷媒从蒸发器8流到除湿集水器11的路径中间，一定要经过引擎系统冷却区块A。事实上，整个冷媒循环回路也可以设计为如图2所示。在此实施例中，在蒸发器8与除湿集水器11之间有并联的蒸发器与除湿集水器间连接管10和10’，其中连接管10’直接连通蒸发器8和除湿集水器11而连接管10的中段则插入有引擎系统冷却区块A，由蒸发器8流经连接管10而到达除湿集水器11的冷媒也势必流过引挚系统冷却区块A而发挥冷却引擎系统的作用。
在连接管10的至少一端可另设有一开关阀门101。使用者启动冷媒冷却系统时车室冷气空调功能必定发生作用，而引擎系统冷却功能是否发生作用则视开关阀门101是否开启而定，开关阀门101打开则冷媒会流过连接管10及引擎系统冷却区块A而发生引擎系统冷却作用，开关阀门101关闭则冷媒不会流过连接管10及引擎系统冷却区块A因而引挚系统冷却功能不会发生作用。在此实施例中，即使当开辟阀门101打开而让引擎系统冷却功能发生作用，此时仍有部分冷媒从蒸发器8经由连接管10’直接流到除湿集水器11，若希望让引擎系统冷却功能发挥更大功效，可舍弃前述单纯切换开与关两状态的开关阀门101，而改采在连接管10’连接到连接管10的会合接口装设一对二单选切换阀门102，如图3所示。此设计容许使用者选择让冷媒只能流过引擎系统冷却区块A而发生较前一设计具有稍佳的引挚系统冷却作用或只能流过直通连接管10’因而引擎系统冷却功能不发生作用。
本实用新型的冷媒冷却系统中的引擎系统冷却区块A除了可应用在自然进气引擎的进气冷却上之外，也可用来冷却涡轮增压引挚或机械增压引挚的进气冷却。它可以与增压系统中经常使用的中间冷却器合并使用，而装设在较该中间冷却器更靠近引擎节气门213之处，因为本实用新型的冷媒冷却系统可将进气管21中的空气温度降到比外界气温更低，而一般的中间冷却器只能尽量将进气管21中的空气温度降到接近外界气温。或者，本实用新型的冷媒冷却系统中的引挚系统冷却区块A亦可取代增压系统中常用的中间冷却器而独力担负起降低因被加压而温度升高的引擎进气，其冷却效果比常用的中间冷却器更佳。
又，本实用新型的冷媒冷却系统中的引擎系统冷却区块A除了可应用在自然进气或增压引挚的进气冷却上之外，亦可用来冷却引擎机油。其实施方式如图4a或图4b所示，应用在冷却引擎机油的引挚系统冷却区块A亦如示于图1-3的实施例一般，由低压段的蒸发器与除湿集水器间连接管10引入冷媒经由冷媒入口221进入热交换器20内部的冷媒通道22，最后再由冷媒出口222流出热交换器20并流回下一段蒸发器与除湿集水器间连接管10。其与图1-3中用来冷却引擎进气的热交换器20主要的区别仅在于图1-3的实施例中热交换器20内部包含引擎进气管21与冷媒通道22接触，而图4的实施例中热交换器20内部包含机油通道21与冷媒通道22接触。引擎机油从机油循环回路经由机油入口211进入热交换器20内部的机油通道21，最后再由机油出口212流出热交换器20并流回下一段机油循环回路。
由于引擎运转时机油的温度甚高，其温度高于引擎进气甚多，因此热交换器20内部的机油通道21应具有较细的断面(管径)并以迂回绕行的方式尽量延长其在热交换器20中的长度，从而尽量增加其与冷媒通道22的接触面，如图4a所示。另一种增加机油通道21与冷媒通道22的接触面的方式是在机油入口211与机油出口212之间以许多并联且同样具有较细断面(管径)的机油通道21连接该两者，如图4a所示。将本实用新型的冷媒冷却系统应用在引擎机油的冷却上，能快速有效地降低运转中引擎的温度，从而达到避免故障和/或延长机件寿命的功效。
当本实用新型的冷媒冷却系统系应用在冷却引擎机油时，其中热交换器20外部的冷媒回路安排同样可如图1、3所示包括或不包括直通的连接管10’、开关阀门101以及切换阀门102。
本实用新型的冷媒冷却系统另可再搭配一喷水冷却装置以加强冷却引擎室内包括引擎在内的各个当汽车运转时会产生高温的机件。请参见图5，喷水冷却装置50包括一储水槽51、输水管线52、一水泵53和一喷水头54。喷水头54具有微小的出水孔以利于保持水压，从而可喷出接近直线状的细小甚至雾状的水柱。喷水头54可装设在水冷式引挚的散热水箱前方或气冷式引擎的引擎散热片前方并朝向该散热水箱或该引擎散热片，当汽车行驶时前方空气流入引擎室内将有助于将喷水头54喷出的水柱带往引擎室内的引擎和其他高温机件。喷水头54亦可装设在机油散热片前方并对准机油散热片以冷却机油，或者喷水冷却装置50包括两个喷水头54分别对准散热水箱和机油散热片。
储水槽51可以是独立设置的或者采用水冷式引擎的散热水箱作为储水槽51。水泵53连接一逻辑控制单元55并依据其输出指令开和闭。逻辑控制单元55持续接受一温度感测器56输入一连串表示温度值的信号并将输入的温度值与设定的作动条件温度值即时比对。一旦由温度感测器56输入的温度值高于设定的作动条件温度值，逻辑控制单元55即命令水泵53作动压水由喷水头54喷出。温度感测器56可装设在接触水箱或引擎或机油散热片之处，以取得该处的温度数据。逻辑控制单元55中设定的作动条件温度值可以仅由工厂设定，或者逻辑控制单元55另连接到一作动温度调整器57，例如一旋钮或若干按钮。温度调整器57并可另包含温度刻度或数字显示或模拟显示温度值的装置。
使用者可将设定的作动条件温度调整为略高于正常驾驶条件下(水箱或机油或引擎)的平均温度，如此当测得的温度高于该设定温度时，逻辑控制单元55即命令水泵53作动压水由喷水头54喷出，引擎室内的大部分机件随即迅速获得降温，待当测得的温度降到低于该设定温度时，喷水头54即停止喷水。如此汽车的引擎系统可在运作中保持恒温。
权利要求1.一种兼具冷气空调与引挚降温双重功能的冷媒冷却系统，其特征在于，由一压缩机、高压回路以及低压回路组成；高压回路与低压回路中充填冷媒；其中压缩机通过连接管与凝结器的一端相连接，该冷凝器的另一端通过管道与蒸发器的一端相连接，该蒸发器的另一端用管道与热交换器的冷媒入口相连接，该热交换器的冷媒出口通过管道与压缩机相连接；热交换器的内部设置有冷媒通道和进入引擎流体的通道，冷媒通道和进入引擎流体的通道相邻并彼此接触；热交换器的外部设有进入引擎流体的入口以及进入引擎流体的出口。
2.如权利要求1所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中在该低压回路中还包括与热交换器并联的一直通管。
3.如权利要求2所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中在连接管(10)上邻近热交换器的冷媒入口处还设有开关阀门。
4.如权利要求2所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中在连接管上邻近热交换器的冷媒出口处还设有开关阀门。
5.如权利要求2所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中在至少一个连接管与直通管的会合接口还设有一对二单选切换阀门。
6.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中进入引擎的流体为引擎进气。
7.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中进入引挚的流体为引挚机油。
8.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、轮水管线、一水泵和一喷水头；其中啧水头装设在水冷式引擎的散热水箱前方且其喷水方向朝向该散热水箱。
9.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵、一喷水头、一逻辑控制单元和一温度感测器；其中喷水头装设在水冷式引擎的散热水箱前方且其喷水方向朝向该散热水箱。
10.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵和一喷水头；其中喷水头装设在机油散热片前方且其喷水方向朝向该机油散热片。
11.如权利要求1至5任一项所述的冷媒冷却系统，其特征在于，其中还包括一喷水冷却装置包括一储水槽、输水管线、一水泵、一喷水头、一逻辑控制单元和一温度感测器；其中喷水头装设在机油散热片前方且其喷水方向朝向该机油散热片。
专利摘要一种兼具冷气空调与引擎降温双重功能的冷媒冷却系统，包括一压缩机、高压回路以及低压回路。高压回路与低压回路中充填冷媒。高压回路中包括一凝结器，低压回路中包括一蒸发器和一热交换器。热交换器的内部包括冷媒通道和进入引擎的流体的通道，冷媒通道和进入引擎的流体的通道相邻并彼此接触，热交换器的外部包括一冷媒入口、一冷媒出口、进入引擎的流体的入口以及进入引擎的流体的出口。当压缩机运转时，在该低压回路中的该冷媒通过蒸发器之后经低压回珞连接管和冷媒入口进入热交换器内的冷媒通道，再由冷媒出口流出热交换器。待冷却的进入引擎的流体则由流体入口流入热交换器内部的流体通道，再由流体出口流出热交换器其后才到达引擎本体。
文档编号B60H1/32GK2666706SQ20032010387
公开日2004年12月29日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者林子堂 申请人:林子堂