CN103912946A - 基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统 - Google Patents

基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统 Download PDF

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黄婷婷
张凡
张志伟
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Abstract

本发明公开了一种基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，包括相变蓄热换热装置，连续回质型固体吸附制冷系统以及冷却水循环系统。相变蓄热换热装置包括多排平行设置的蛇形盘管，导热介质和相变蓄热材料；连续回质型固体吸附制冷系统包括双吸附床、冷凝器、节流阀、蒸发器、换向器及传质管道；其中换向器在双吸附床、冷凝器、节流阀及蒸发器中起连接换向作用；冷却水循环系统包括冷却水箱、循环水泵、散热器及循环工质。本发明利用相变材料贮存发动机冷却水余热驱动吸附制冷空调系统，实现夏季室外高温环境下停车后空调的继续运转，大幅提高燃料利用率，在创造适宜车内环境的同时践行了节能环保的理念。

Description

基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统
技术领域
本发明涉及一种基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，属于汽车空调技术领域。
背景技术
研究显示，汽车发动机的效率最高只能达到49%，至少有51%的能量转化成废热。在这部分废热中30%以高温尾气形式排出车外，70%则被发动机循环冷却水带走。循环水带走的大量余热，是造成汽车散热水箱过热的根源，不仅影响发动机性能，还造成能源的严重浪费，违背了节能环保的宗旨。
在夏季，尤其是暴晒情况下，汽车挡风玻璃下方面板温度在半小时后可迅速升至60℃以上，最高可达87℃。车内高温环境不仅造成车内驾驶员舒适性欠佳，甚至影响驾驶员的驾驶，为交通事故埋下了隐患。另外，车内空气温度对车内空气中有机挥发性物质(TVOC)的含量具有重要影响。当车内空气温度从23℃上升至60℃时，TVOC含量将增大约5倍左右，而其中甲醛的含量也将至少增加5倍以上，严重威胁车内人员生理健康。
现有的汽车余热驱动制冷空调系统多采用余热加热工质（通常为水），再以工质作为热源驱动吸收式空调系统，实现发动机余热的再利用，达到降低发动机能耗的目的。但是这种系统结构复杂，而且存在吸收剂易泄露以及在停车时汽车空调无法运行，不能解决夏季车内高温困扰等缺陷。
相变蓄热技术已经广泛运用各个领域，相变储能材料能在一定的温度范围内，利用材料本身相态或结构变化，向环境自动吸收或释放潜热，达到储存能量的目的。在建筑节能领域，通常在建筑围护结构中加入相变储能材料使室外温度和热流波动的影响被削弱，把室内温度控制在舒适的范围内，达到降低建筑空调能耗的目的。相变储能材料是继纳米材料后，又一次材料界的革命，该技术对缓解能源紧张有着重要的应用价值。
发明内容
为解决夏季高温环境下停车后车内温度升高所带来的一系列问题，本发明提出了基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，利用发动机冷却水余热制冷，提高能源利用率，达到节能环保的目的。
本发明采用的技术方案为：
基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，包括相变蓄热换热装置、连续回质型固体吸附制冷系统以及冷却水循环系统；所述相变蓄热换热装置内包括多排平行设置的蛇形盘管、导热介质和相变蓄热材料，相变蓄热材料掺杂在导热介质中；所述连续回质型固体吸附制冷系统包括吸附床a、吸附床b、冷凝器、节流阀、蒸发器、换向器及传质管道，其中，吸附床a、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸附床b及传质管道依次连接，换向器由四个电磁阀组成，换向器的两端分别连接吸附床a和吸附床b，换向器的另外两端分别连接蒸发器和冷凝器；所述冷却水循环系统包括冷却水箱、循环水泵、散热器及循环工质，散热器、冷却水箱与循环水泵依次连接，循环水泵连接到相变蓄热装置，相变蓄热装置通过三通阀a分别连接到吸附床a和吸附床b；同时循环水泵直接通过三通阀b分别连接到吸附床a和吸附床b。
所述相变蓄热材料为石蜡微胶囊。
所述连续回质型固体吸附制冷系统采用甲醇和活性炭组成的工质对。
上述空调系统的制冷方法，具体过程如下：当汽车停止运行时，冷却水箱向相变蓄热换热装置供冷水，使相变蓄热材料凝固放热，产生的热水进入吸附床a，吸附床a受热，吸附床内的吸附质温度升高，产生解吸作用，当吸附床a的压力达到冷凝压力后，打开与冷凝器连接的阀门，从吸附床a解析出来的制冷剂进入冷凝器冷凝，然后通过节流阀进入蒸发器中汽化制冷；与此同时，冷却水箱向吸附床b供应冷水，使其中的吸附质温度降低，吸附制冷剂蒸汽的能力逐步提高，当吸附床b中的压力达到蒸发压力后，打开与蒸发器连接的阀门，吸附蒸发器中的制冷剂蒸汽；当吸附床a的解吸过程和吸附床b吸附过程结束后，将两个吸附床与蒸发器和冷凝器连接的阀门关闭，打开传质通道进行回质；回质结束后，关闭传质通道，然后通过切换阀门，使两个吸附床切换工作状态，即吸附床a接下来进行吸附过程，吸附床b8进行解吸过程。
在行车时相变蓄热材料贮存发动机冷却水余热，停车时冷却水箱供以冷水，将相变蓄热换热装置中蓄热材料贮存的热量放出，加热循环水继续驱动连续回质型固体吸附式空调系统，有效利用发动机余热解决夏季停车时车内温度骤升所带来的问题，节能环保，安全舒适。
本发明的有益效果：
1.节能效果显著。本发明充分利用发动机冷却水余热制冷，不增加发动机能耗，提高能源利用效率。
2.适用范围广。本发明对于所有内燃机车均可使用。
3.系统稳定，运行安全。本发明采用吸附式空调制冷系统，避免了吸收式空调中吸收剂在汽车运行过程中的泄露问题，使制冷系统工作更加安全可靠。
4.蓄热，换热效果显著。本发明采用石蜡微胶囊与导热油均匀掺混的蓄热材料，其中石蜡为中常温相变材料，相变潜热值达203KJ/Kg，可储存较多的热量。将石蜡制成微胶囊均匀掺混于导热油介质中，可提高整体的换热性能，有效降低夏季汽车在室外停车后的车内温度。
5.提高汽车动力性能。本发明利用固-液相变蓄热材料贮存发动机循环冷却水余热，可有效降低冷却水温度，有助于冷却水更好地为发动机散热，避免散热水箱过热，影响汽车动力性。
附图说明
图1为本发明基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统原理结构图，图中：1-相变蓄热换热装置；2-吸附床a；3-冷凝器；4-节流阀；5-蒸发器；6换向器；7-传质通道；8-吸附床b；9-冷却水箱；10-循环水泵；11-散热器；12-循环工质；13-三通阀a；14-三通阀b。
图2为相变蓄热换热装置1的内部结构图，其中15-平行设置的两排蛇形盘管；16-导热油；17-石蜡微胶囊相变材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示本发明包括相变蓄热换热装置1，连续回质型固体吸附制冷系统以及冷却水循环系统。所述相变蓄热换热装置1如图2所示，包括两排平行设置的蛇形盘管15、导热介质16和石蜡微胶囊相变材料17，多排平行的蛇形盘管15能获得较大换热面积，提高换热效率；导热介质16采用高效导热油，石蜡微胶囊相变材料17均匀掺混于导热油内；连续回质型固体吸附制冷系统包括吸附床a2、冷凝器3、节流阀4、蒸发器5、换向器6、传质管道7及吸附床b8；所述吸附床a2、冷凝器3、节流阀4、蒸发器5、吸附床b8及传质管道7依次连接，换向器由四个电磁阀组成，换向器的两端分别连接吸附床a和吸附床b，换向器的另外两端分别连接蒸发器和冷凝器；冷却水循环系统包括冷却水箱9、循环水泵10、散热器11和循环工质12。
连续回质型固体吸附制冷系统采用双吸附床，以甲醇/活性炭为工质对，并引入回质过程，两个吸附床交替处于吸附和解吸状态，实现连续制冷，循环周期缩短，COP和制冷量提高。
当汽车正常运行时，发动机冷却水流过相变蓄热换热装置1，使石蜡微胶囊相变材料17液化，将余热贮存在其中。
当汽车停止运行时，冷却水箱9向相变蓄热换热装置1供冷水，使石蜡微胶囊相变材料17凝固放热，产生的热水进入吸附床a2，用来加热吸附床中的活性炭和甲醇，然后排出吸附床a2。吸附床a2受热，其中活性炭温度升高，产生解吸作用。当吸附床a2的压力达到冷凝压力后，打开与冷凝器3连接的阀门，从吸附床a2解析出来的甲醇进入冷凝器3冷凝，然后通过节流阀4进入蒸发器5中汽化制冷。与此同时，冷却水箱9向吸附床b8供应冷水，使其中的活性炭温度降低，吸附甲醇蒸汽的能力逐步提高，当吸附床b8中的压力达到蒸发压力后，打开与蒸发器5连接的阀门，吸附蒸发器5中的甲醇蒸汽。当吸附床a2的解吸过程和吸附床b8吸附过程结束后，关闭两个吸附床与蒸发器和冷凝器连接的阀门，打开传质通道7进行回质。回质结束后，关闭传质通道7，然后通过切换控制阀方向，使两个吸附床切换工作状态，即吸附床a2接下来进行吸附过程，吸附床b8进行解吸过程，达到连续制冷，缩短循环周期的目的。
回水集中由散热器11散热，经循环管路进入冷却水箱9，保证冷却水箱9所能供应的冷水的温度。

Claims (4)

1.基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，其特征在于，包括相变蓄热换热装置、连续回质型固体吸附制冷系统以及冷却水循环系统；
所述相变蓄热换热装置内包括多排平行设置的蛇形盘管、导热介质和相变蓄热材料，相变蓄热材料掺杂在导热介质中；
所述连续回质型固体吸附制冷系统包括吸附床a、吸附床b、冷凝器、节流阀、蒸发器、换向器及传质管道，其中，吸附床a、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸附床b及传质管道依次连接，换向器由四个电磁阀组成，换向器的两端分别连接吸附床a和吸附床b，换向器的另外两端分别连接蒸发器和冷凝器；
所述冷却水循环系统包括冷却水箱、循环水泵、散热器及循环工质，散热器、冷却水箱与循环水泵依次连接，循环水泵连接到相变蓄热装置，相变蓄热装置通过三通阀a分别连接到吸附床a和吸附床b；同时循环水泵直接通过三通阀b分别连接到吸附床a和吸附床b。
2.根据权利要求1所述的基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，其特征在于，所述相变蓄热材料为石蜡微胶囊。
3.根据权利要求1或2所述的基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统，其特征在于，所述连续回质型固体吸附制冷系统采用甲醇和活性炭组成的工质对。
4.如权利要求1所述基于相变蓄热的回质型吸附制冷空调系统的制冷方法，其特征在于，具体过程如下：当汽车停止运行时，冷却水箱向相变蓄热换热装置供冷水，使相变蓄热材料凝固放热，产生的热水进入吸附床a，吸附床a受热，吸附床内的吸附质温度升高，产生解吸作用，当吸附床a的压力达到冷凝压力后，打开与冷凝器连接的阀门，从吸附床a解析出来的制冷剂进入冷凝器冷凝，然后通过节流阀进入蒸发器中汽化制冷；与此同时，冷却水箱向吸附床b供应冷水，使其中的吸附质温度降低，吸附制冷剂蒸汽的能力逐步提高，当吸附床b中的压力达到蒸发压力后，打开与蒸发器连接的阀门，吸附蒸发器中的制冷剂蒸汽；当吸附床a的解吸过程和吸附床b吸附过程结束后，将两个吸附床与蒸发器和冷凝器连接的阀门关闭，打开传质通道进行回质；回质结束后，关闭传质通道，然后通过切换阀门，使两个吸附床切换工作状态，即吸附床a接下来进行吸附过程，吸附床b进行解吸过程，达到连续制冷，缩短循环周期的目的。
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