CN102364259B

CN102364259B - 一种汽车空调温湿度独立控制方法及其系统

Info

Publication number: CN102364259B
Application number: CN 201110341638
Authority: CN
Inventors: 黄若; 尚文涛; 黄亚; 董优清
Original assignee: PINGXIANG HIGH-TECH RESEARCH INSTITUTE BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Current assignee: CHANGZHOU CHENOH DRIVELINE CO., LTD.
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-11-03
Also published as: CN102364259A

Abstract

本发明公开了一种汽车空调温湿度独立控制方法，所述温度控制方法是通过温度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式制冷装置运行，溴化锂水溶液中的水蒸发后进入终端换热器吸收环境中的热量冷凝成液态水，使环境降温或通过调节形成冷凝散热使环境升温；所述湿度控制方法是通过湿度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式热泵装置和固体吸附式除湿装置共同运行，溴化锂吸收式热泵装置中的冷凝器散热后，将外界空气加热，使空气中的水分蒸发和通过吸附剂的吸湿、再生干燥空气，对环境除湿。本发明充分利用了汽车尾气热量，降低了汽车尾气排放的温度，有效节能30%；不仅节约了系统空间，而且系统运行性能良好、造价低、体积小、费用少，具有巨大的经济和社会效益。

Description

一种汽车空调温湿度独立控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种空气调节系统，尤其是涉及到一种温湿度独立控制的方法及其汽车空调系统。

背景技术

汽车工业迅猛发展，能源与环境保护问题日益突出，汽车节能与环保是实现汽车工业可持续发展的必要条件。目前占有主导地位的内燃机汽车，其有效热效率低于45%，燃料能量大部分消耗在摩擦、冷却散热和尾气中，其中尾气带走能量最多，充分利用尾气能量是汽车节能的重要途径之一。汽车空调系统为汽车提供制冷、供暖、除霜、除雾、空气过滤和湿度控制功能，是影响汽车舒适性的主要分系统。对于纯电动、混合动力、燃料电池等新能源汽车，能够提供给空调系统的动力有限，空调系统节能高效尤其重要。

目前的汽车空调系统主要有两种类型：1) 压缩机由主发动机驱动，如轿车和中小型客车空调系统。这种类型系统消耗功率一般占发动机功率的8%～12%，其中压缩机占80%～85%，风机占15%～20%，从而减少了发动机用于驱动轮毂的功率，削弱了汽车的运输能力；2) 空调压缩机配备专门的副发动机，如大客车空调系统。这种类型空调系统性能不消耗主发动机功率、不受汽车行驶工况影响，但因增加了副发动机，使汽车动力系统结构复杂，增加了整车的重量和布置难度，汽车的油耗和排污均增加。

现有的汽车空调系统，新技术大都采用吸收式制冷系统，虽然吸收式制冷在汽车连续运行的高负载情况下是可行的，但是在汽车低负载、怠速工况下，提供给空调系统中化学发生器（包括发生器和吸收器）所需要的热量过少，除非增加蓄热装置或附加燃烧室才能够满足低负载、怠速工况下汽车空调所需的制冷量，否则会大大降低空调系统效果。而现有大型乘用车空调（如客车）大都使用传统的蒸汽压缩式制冷空调系统，除湿和降温集合在一起，其中湿度控制是采用冷冻除湿、溶液除湿，通过表冷装置将空气温度降到露点温度，湿空气中的水蒸气饱和凝结后分离除去，这一过程中，在控制湿度的同时，环境温度降低，导致能量浪费，尤其是对于只需要除湿不需要降温的环境而言造成了很大的能源浪费；而且换热器表面潮湿，易使细菌滋生，影响送风的空气品质。目前，温湿度独立控制的空调系统主要应用在建筑、船舶中央空调领域。其工作原理是：温度控制通过高温冷源和余热消除末端装置（辐射板（冷网格型式新型辐射装置）或者是干式风机盘管）完成对显热的调节，系统的冷媒介温度为18℃，高于露点温度，不致于凝水和结霜；湿度控制采用冷冻除湿（对温度影响较大）、溶液除湿新风机组处理潜热和空气湿度，通过干燥送风调节内部湿度。如发明专利《一种基于膜蒸馏技术的温湿度独立控制空调系统》（CN200810236454.3）所阐述的系统采用溴化锂吸收式制冷系统和溴化锂溶液除湿系统，虽然溶液吸湿和制冷过程统一在膜蒸馏组件中，湿度控制和温度控制是在两个独立环节中进行。但是其中还要用一定体积的高分子聚合膜材料，不仅占用较大空间，而且在空调应用上受其化学稳定性和耐氧化性的制约，影响分离过程。发明专利《二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调系统》（200610011504.9）采用溶液系统控制湿度，采用二氧化碳超临界循环热泵控制温度，从而实现温湿度的独立控制与调节。但系统结构复杂，初始投资极大，实际应用困难。

发明内容

针对上述现有技术中温湿度独立控制存在的问题，本发明提供了一种结构简

单、制冷除湿效果好、稳定性高；且可充分利用汽车尾气热能、节约能源、有利于环境保护的温湿度独立控制的方法及其汽车空调系统。

本发明所述一种汽车空调温湿度独立控制方法，它包括温度控制方法和湿度控制方法，所述温度控制方法是通过温度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式制冷装置运行，溴化锂水溶液中的水蒸发后进入终端换热器吸收环境中的热量冷凝成液态水，使环境降温或通过调节形成冷凝散热使环境升温，同时通过溴化锂溶液的吸收作用使溴化锂吸收式制冷系统循环工作；所述湿度控制方法是通过湿度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式热泵装置和固体吸附式除湿装置共同运行，溴化锂吸收式热泵装置中的冷凝器散热后，将外界空气加热，使空气中的水分蒸发冷凝后被除去，同时固体吸附剂载体在汽车尾气热能作用下吸收环境中水分，通过吸附剂的吸湿和再生干燥空气，对环境除湿。

所述溴化锂吸收式制冷和溴化锂吸收式干燥热泵在一个系统中运行，它包括发生器、吸收器、溶液热交换器、内置冷凝器、节流阀、蒸发器、终端换热器等构成。其中，当发动机中高负荷时，发生器的高温发生热源来自汽车发动机的高温尾气余热，发动机低负荷时，通过电加热能及时弥补系统所需要的热量，蒸发器的低温冷源来自车厢内环境。

所述固体吸附式湿度装置由吸湿装置和再生装置两部分构成，它包括高温热源（尾气或电热）、低温冷源（冷媒水）、装有固体吸附剂载体、阀体、外置冷凝器组成。汽车发动机中高负荷运行时，固体吸附剂的再生热源来自汽车发动机的高温废气，低负荷运行时再生热源为蓄电池的电加热能量。

本发明所述汽车空调温湿度独立控制方法的系统包括固体吸收剂载体、发生器、吸收器、溶液热交换器、内置冷凝器、外置冷凝器、节流阀、蒸发器、终端换热器、除湿风机和制冷风机，发生器和固体吸附剂载体分别与发动机高温尾气排出端相连，发生器分别与内置冷凝器和蒸发器相连，内置冷凝器与蒸发器相连，蒸发器与终端换热器输出端相连，蒸发器通过制冷风机与终端换热器输入端相连，发生器与溶液热交热器相连，溶液热交换器与吸收器相连，终端换热器与固体吸附剂载体相连，固体吸附剂载体与外置冷凝器相连，除湿风机与蒸发器相连。

本发明温湿度独立控制的空调系统，温度调节由溴化锂吸收式制冷系统完成，湿度调节靠固体吸附式除湿装置和吸收式热泵干燥装置来共同完成干燥除湿；它充分利用汽车发动机排放的高温废气（尾气）热量，既不需要消耗发动机的输出功率，可降低能源消耗，减少废气排放，有利于环境保护，又不受汽车运行时震动、颠簸状态的影响，可有效实现汽车空调系统温湿度独立控制，本发明空调系统简单、体积小、效率高，尤其是适用于汽车、特别是客车使用。

本发明所述空调系统运行流程如下：在本发明的汽车空调系统中，在车厢内部合适的地方放置温湿度传感器，如车厢内终端换热器处及干燥除湿处分别设置温湿度传感器。当检测到车厢内温度较高时，电控单元将控制温度控制单元并运行溴化锂吸收式制冷系统，进行降温。降温过程中，打开截止阀b，来自汽车发动机的高温废气通过发生器，对其进行加热，由于溴化锂水溶液中的溴化锂和水的沸点不同，低沸点的水分首先达到蒸发温度，沸腾蒸发后进入内置冷凝器冷凝，然后经节流阀节流到水分的蒸发压力，进入蒸发器中蒸发，吸收外界的热量，通过制冷风机将冷空气送入到终端换热器完成对车厢内环境的降温过程（所述环境是指汽车车厢所具有的空间）。与此同时，发生器中的溴化锂浓溶液经过溶液热交换器和溶液泵进入到吸收器，吸收器中的溴化锂浓溶液吸收蒸发器中蒸发的水分，成为溴化锂稀溶液，然后通过溶液泵将溴化锂稀溶液泵到发生器中，完成溴化锂吸收制冷的整个循环过程。如果温度传感器检测到车厢内部温度过低，需要制热时，可通过调节截止阀c和截止阀d，使蒸发器向车厢内空间散热，满足乘客对环境温度的要求。当检测到车厢内部环境的湿度参数较高时，电控单元根据实际情况控制湿度控制单元运行溴化锂热泵干燥装置和固体吸附式除湿装置消除环境中的多余水分。除湿过程，一方面启用除湿风机，将车厢环境外新风通过溴化锂吸收式热泵蒸发器后被冷却，进入内置冷凝器，吸热后使空气水分减少变成热风，热风通入车厢内进行干燥。另一方面，截止阀a开通，汽车发动机的高温尾气对固体吸附剂载体加热，固体吸附剂中吸收的水分被蒸发，固体吸附剂再生，水蒸气进入外置冷凝器被冷却成液态水，液态水通过开启的截止阀流出到水箱中，通过再生后的固体吸附剂充分吸收车厢内湿空气中的多余水分，从而完成环境吸湿过程。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）、充分利用了汽车尾气热量，驱动制冷和干燥再生装置，不降低汽车动力，也不添置多余的热源和能量，同时降低了汽车尾气排放的温度；

（2）、总体温湿度控制及人体热舒适度指标更优异，对环境更友好；

（3）、在汽车空调中，用固化吸附剂来除湿干燥，缩短了循环时间，减少装置的容积，而且不受汽车运行时震动、颠簸状态的影响；

（4）、相比传统的汽车空调系统，采用本发明中的温湿度独立控制的汽车空调系统，能够有效节能30%；

（5）、将利用余热的吸收式制冷与吸附式除湿及热泵干燥技术，应用在汽车、特别是大型客车空调系统中进行温湿度独立控制，不仅节约了系统空间，而且系统运行性能良好、造价低、体积小、费用少，具有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

在图中，1、固体吸附剂载体 2、截止阀a 3、旁通阀 4、截止阀b 5、发动机 6、发生器 7、湿度控制单元 8、截止阀c 9、电控单元 10、温度控制单元 11、节流阀 12、内置冷凝器 13、截止阀d 14、蒸发器 15、除湿风机 16、溶液热交换器 17、吸收器 18、溶液泵 19、终端换热器 20、制冷风机 21、截止阀e 22、外置冷凝器 23、截止阀f 24、截止阀g。

图中未标识的管路为冷媒水进、冷媒水出。最终与通过截止阀流出的液态水进入水箱。整个系统运行过程中，当所需要的能量，发动机废气余热无法满足需求时，添加电热单元，通过蓄电池的电能加热来弥补，保证系统的正常运行。

具体实施方式

在图1的实施例所述发明的汽车空调系统中，选择车厢合适的地方放置温湿度传感器，如在车厢内的终端换热器19处（即散热终端处）和干燥除湿处分别设置温度传感器和湿度传感器。溴化锂吸收式制冷和溴化锂吸收式干燥热泵在一个系统中运行，该系统包括固体吸收剂载体1、发生器6、吸收器17、溶液热交换器16、内置冷凝器12、外置冷凝器22、节流阀11、蒸发器14、终端换热器19、除湿风机15和制冷风机20，它们的连接关系是：发动机5高温尾气排出端分别与发生器6和固体吸附剂载体1相连，所述固体吸附剂载体1优选为沸石分子筛，发生器通过截止阀c8和截止阀d13分别与内置冷凝器12和蒸发器14相连，内置冷凝器通过节流阀11与蒸发器相连，蒸发器直接与终端换热器19的输出端相连，蒸发器通过制冷风机20与终端换热器的输入端相连（图1中箭头表示的输入和输出方向），所述终端换热器19优选为翅片散热器，发生器与溶液热交热器16相连，溶液热交换器通过溶液泵18与吸收器17相连，终端换热器与固体吸附剂载体相连，固体吸附剂载体与外置冷凝器22相连，除湿风机15与蒸发器相连。当检测到车厢内温度较高时，电控单元9将控制温度控制单元10使并溴化锂吸收式制冷系统运行，进行降温。降温过程中，打开截止阀b4，来自汽车发动机5的高温尾气通过发生器6，对其进行加热，由于溴化锂水溶液中的溴化锂和水的沸点不同，低沸点的水分首先达到蒸发温度，沸腾蒸发后进入内置冷凝器12冷凝，然后经节流阀11节流到水分的蒸发压力，进入蒸发器14中蒸发并同时吸收外界的热量将空气变冷，通过制冷风机20将冷空气送到终端换热器19完成对车厢内环境的降温过程。而发生器6中的溴化锂失去水分后形成的浓溶液经过溶液热交换器16进入到吸收器17，吸收器中的溴化锂浓溶液吸收蒸发器中蒸发的水分，成为溴化锂稀溶液，然后通过溶液泵18将溴化锂稀溶液又泵到发生器6中，以确保发生器中有足够的溴化锂稀溶液冷凝蒸发，实现不断制冷，完成溴化锂吸收制冷的整个循环过程。如果温度传感器检测到车厢内部温度过低，需要制热时，可通过同时调节截止阀c8和截止阀d13 ,使蒸发器14向车厢内部空间散热，提高车箱内温度，满足乘客对环境温度的要求。当检测到车厢内部环境的湿度参数较高时，电控单元9根据实际情况运行溴化锂热泵干燥装置和固体吸附式除湿装置消除环境中的多余水分。除湿过程，电控单元根据实际情况控制湿度控制单元7、使溴化锂热泵干燥装置和固体吸附式除湿装置运行，一方面启用除湿风机15，车厢环境外新风通过溴化锂吸收式热泵中的蒸发器14后被冷却，进入外置冷凝器22，将外置冷凝器中的水冷凝，冷凝水流到水箱，而吸热后的空气水分减少变成热风，热风通入车厢内进行干燥。另一方面，截止阀a2开通和旁通阀3关闭，汽车发动机的高温尾气对固体吸附剂载体1加热，固体吸附剂载体中的沸石分子筛吸收的水分被蒸发，沸石分子筛再生。打开截止阀f23，水蒸气进入外置冷凝器22被冷却成液态水，通过开启的截止阀e21流出到水箱中。关闭截止阀a2、截止阀e21、截止阀f23，打开截止阀g24，再生后的沸石分子筛不断吸收车厢内湿空气中的多余水分，从则完成环境吸湿过程。整个系统运行过程中，当所需要的热量无法满足需求时，可添加电热单元，通过蓄电池的电能加热来弥补，保证系统的正常运行。若要对环境增湿，可在环境内设加湿器，从而对干燥空气进行湿润。最终汽车空调系统实现温湿度的分别控制，从而既可达到乘客的舒适度要求，又可实现汽车节能的目的。

Claims

1. 一种汽车空调温湿度独立控制方法，它包括温度控制方法和湿度控制方法，其特征在于：所述温度控制方法是通过温度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式制冷装置运行，溴化锂水溶液中的水蒸发后进入终端换热器吸收环境中的热量冷凝成液态水，使环境降温或通过调节形成冷凝散热使环境升温，同时通过溴化锂溶液的吸收作用使溴化锂吸收式制冷系统循环工作；所述湿度控制方法是通过湿度控制单元，利用汽车尾气热能为高温热源使溴化锂吸收式热泵装置和固体吸附式除湿装置共同运行，溴化锂吸收式热泵装置中的冷凝器散热后，将外界空气加热，使空气中的水分蒸发冷凝后被除去，同时固体吸附剂载体在汽车尾气热能作用下吸收环境中水分，通过吸附剂的吸湿和再生干燥空气，对环境除湿。

2.根据权利要求1所述的汽车空调温湿度独立控制方法，其特征是：所述固体吸附剂载体（1）为沸石分子筛。

3.根据权利要求1所述的汽车空调温湿度独立控制方法，其特征是：所述终端换热器（19）为翅片散热器。

4.一种实现权利要求1所述的汽车空调温湿度独立控制方法的系统，它包括固体吸收剂载体（1）、发生器（6）、吸收器（17）、溶液热交换器（16）、内置冷凝器（12）、外置冷凝器（22）、节流阀（11）、蒸发器（14）、终端换热器（19）、除湿风机（15）和制冷风机（20），其特征是：发生器（6）和固体吸附剂载体（1）分别与发动机（5）高温尾气排出端相连，发生器分别与内置冷凝器（12）和蒸发器（14）相连，内置冷凝器与蒸发器相连，蒸发器与终端换热器（19）输出端相连，蒸发器通过制冷风机（20）与终端换热器输入端相连，发生器与溶液热交热器（16）相连，溶液热交换器与吸收器（17）相连，终端换热器与固体吸附剂载体相连，固体吸附剂载体与外置冷凝器（22）相连，除湿风机（15）与蒸发器相连。

5.根据权利要求4所述的汽车空调温湿度独立控制方法的系统，其特征是：所述溶液热交换器（16）通过溶液泵（18）与吸收器（17）相连。

6.根据权利要求4所述的汽车空调温湿度独立控制方法的系统，其特征是：所述内置冷凝器（12）通过节流阀（11）与蒸发器相连。