CN104057805A - 基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，该系统包括：热电发电装置，所述热电发电装置布置在催化反应器与消声器之间，且所述热电发电装置串联在发动机排气歧管上；第一DC/DC转化器，连接在所述热电发电装置与汽车电源之间；热电制冷装置；第二DC/DC转化器，连接在所述汽车电源与热电制冷装置之间；以及变频器，连接在汽车电源与汽车空调压缩机之间。该系统能够弥补传统汽车空调上述不足，充分利用人体的温度场、湿度场与乘坐舒适性、工作效率的规律，将现今利用尾气温差发电所收回的电能有效地作为空调系统的动力来使用。既提高了发动机热效率，又减少了空调系统的能耗，并可提高乘员夏季高温乘坐舒适性。

Description

基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统

技术领域

本发明涉及一种基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，属于热电发电及热电制冷技术在制冷及汽车空调领域。

背景技术

发动机燃料燃烧所释放的能量用于驱动汽车做有用功的比例为：柴油机为34～38％，汽油机为25～28％；尾气带走热量的比例为30～45％。发动机废气的直接排放既会造成大气污染，又是对能量的浪费。

汽车空调压缩机一般与汽车主发动机通过电磁离合器进行连接，因而通过控制电磁离合器的吸合和断开，可以实现压缩机的非连续运行，进而实现制冷剂流量的调节。该方法的缺点是容易使系统运行不平稳，造成车室温度波动大，而且压缩机在启动时功耗大，能量损失较大，效率低，对轿车的行驶性能也有一定影响。

局部空调系统是在较大的空间内，设置的一个满足个人生存和工作环境需求的空调系统。汽车局部空调系统就是在车内驾驶区设置的一个能保证驾驶者高效工作，且能与车内传统空调系统兼容的空调子系统。汽车局部空调系统可根据车内乘员需求，通过变频调节方法，实现空调压缩机的低功耗输出，减少空调系统的能耗。

传统汽车空调制冷时，通常只会通过风机、风道将冷空气送入驾驶室。但人体各个部位对热的敏感程度差异较大，这种单一制冷方式没有合理利用人体温度场、湿度场分布特点，不利于快速、有效地降低乘员体表温度、散去乘员体表汗液以提高夏季高温乘坐舒适性，且能耗较大。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，该系统能够弥补传统汽车空调上述不足，充分利用人体的温度场、湿度场与乘坐舒适性、工作效率的规律，将现今利用尾气温差发电所收回的电能有效地作为空调系统的动力来使用。既提高了发动机热效率，又减少了空调系统的能耗，并可提高乘员夏季高温乘坐舒适性。

实现本发明目的采用的技术方案是一种基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，该系统包括：

热电发电装置，所述热电发电装置布置在催化反应器与消声器之间，且所述热电发电装置串联在发动机排气歧管上；

第一DC/DC转化器，连接在所述热电发电装置与汽车电源之间；

热电制冷装置；

第二DC/DC转化器，连接在所述汽车电源与热电制冷装置之间；以及

变频器，连接在汽车电源与汽车空调压缩机之间。

在上述技术方案中，所述热电发电装置包括从上至下依次设置的第一冷却水箱、第一热电模块、高温气箱、第二热电模块和第二冷却水箱。

在上述技术方案中，所述热电制冷装置包括：冷却水箱、循环水泵、第一导热金属片和第二导热金属片，以及设于所述第一导热金属片和第二导热金属片之间的热电模块；第一导热金属片分别与冷却水箱和循环水泵连接，冷却水箱与循环水泵连接；第二导热金属片与座椅连接。

在上述技术方案中，所述汽车电源与热电制冷装置之间设置开关S1、汽车电源与局部空调系统之间设置开关S2、发动机与电磁离合器之间设置开关S3.

本发明充分利用人体的温度场、湿度场与乘坐舒适性、工作效率的规律，将现今利用尾气温差发电所收回的电能有效地作为空调系统的动力来使用。它具有以下优点：

实现了汽车节能减排。本发明既能充分利用废气中的低品位热能产生电能，提高发动机热效率；又能降低进入消声器的废气流温度、压力，而使整车噪声水平下降，改善整车排放性能。

热电制冷装置弥补了传统汽车空调的不足。本发明中热电制冷装置无压缩机、R12或R134a等制冷介质，因而具有结构简单、体积小、无噪声、使用时间长、无R12或R134a等制冷介质污染等优点，可灵活布置在各种需要冷却的场合。

减轻了对直流电源的依赖。本发明中热电发电装置与热电制冷装置联合工作，热电发电装置基于塞贝克效应，利用发动机废气高温与冷却水低温形成的温差发电，为布置在座椅上的热电制冷装置工作提供电能。当热电发电装置产生的电能大于热电制冷装置所需电能时，还可为局部空调系统供电。

制冷效果好、能耗小。本发明合理利用了人体温度场、湿度场分布特点，设置了3个可供选择的制冷模式，对提高乘员夏季乘坐舒适性有显著效果。本发明通过变频调节方法，实现空调压缩机的低功耗输出，故能耗较小。

与传统汽车空调兼容性好。本发明可与传统汽车空调系统共用压缩机、风机、风道，可实现独立控制。

附图说明

图1为本发明基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统的结构示意图。

图2为热电发电装置的结构框图。

图3为热电制冷装置的结构框图。

图4为局部空调系统的结构框图。

图5为传统空调系统与局部空调系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统包括：热电发电装置、第一DC/DC转化器、热电制冷装置和第二DC/DC转化器，热电发电装置布置在汽车催化反应器与消声器之间，且该热电发电装置串联在发动机排气歧管上。第一DC/DC转化器连接在热电发电装置与汽车电源之间；第二DC/DC转化器连接在汽车电源与热电制冷装置之间。本发明系统还包括控制单元，控制单元分别接收感应的乘员温度场和湿度场信号，然后分别与热电发电装置和局部空调系统连接。控制单元可对系统中气路、水路中流体温度、流量及电路中电流、电压进行实时监测，并控制在合适范围内。控制单元可以通过变频器对空调压缩机排量进行无级控制，控制单元控制局部空调系统优先使用热电发电装置产生的电能。

如图2所示，热电发电装置包括从上至下依次设置的第一冷却水箱、第一热电模块、高温气箱、第二热电模块和第二冷却水箱。

电发电装置是基于塞贝克效应，在控制单元的作用下，利用发动机废气高温与冷却水低温形成的温差发电。

热电发电装置串联在发动机排气歧管上，布置在催化反应器与消声器之间。热电发电装置与发动机共用一个冷却系统。

热电模块安装在冷却水箱与高温气箱之间，通过冷却水箱外侧的紧固装置进行定位夹紧。上下两层冷却水箱采取同一层内串联，不同层之间并联的连接方式为热电模块提供较低且恒定的冷端温度。

如图3所示，热电制冷装置包括：冷却水箱、循环水泵、第一导热金属片和第二导热金属片，以及设于所述第一导热金属片和第二导热金属片之间的热电模块；第一导热金属片分别与冷却水箱和循环水泵连接，冷却水箱与循环水泵连接；第二导热金属片与座椅连接。

局部空调系统的结构如图4所示，局部空调系统包括变频器，变频器连接在汽车电源与空调压缩机之间，变频器连接有控制子单元，通过控制子单元控制变频调节方法，实现空调压缩机的低功耗输出。局部空调系统与传统空调系统的结构如图5所示，传统空调系统是电磁离合器连接在发动机与空调压缩机之间，实现空调压缩机的高功耗输出。

本发明通过在传统空调管路增设控制阀和增湿装置，在驾驶区增设进、出风和导风装置，在驾驶区增设控制开关，实现人体最佳舒适性温度、湿度调节；在座椅上布置热电制冷装置，实现人体最佳接触温度要求。

本发明在汽车电源与热电制冷装置之间设置开关S1、汽车电源与局部空调系统之间设置开关S2、发动机与电磁离合器之间设置开关S3，从而对应有三种制冷模式：座椅制冷(S1接通)、局部空调制冷(S2接通)、传统空调制冷(S3接通)，其中模式1、2可同时工作(S1、S2可同时接通)，模式1、3可同时工作(S1、S3可同时接通)，模式2、3不可同时工作(S2、S3不可同时接通)。驾驶员可根据不同需求选择不同的单模式或者组合模式。当车内乘员较少时，可开启模式1或2或1、2组合模式，当车内乘员较多时，可开启模式3或1、3组合模式。

Claims (4)

1.一种基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，其特征在于，包括：

热电发电装置，所述热电发电装置布置在催化反应器与消声器之间，且所述热电发电装置串联在发动机排气歧管上；

第一DC/DC转化器，连接在所述热电发电装置与汽车电源之间；

热电制冷装置；

第二DC/DC转化器，连接在所述汽车电源与热电制冷装置之间；以及

变频器，连接在汽车电源与汽车空调压缩机之间。

2.根据权利要求1所述基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，其特征在于所述热电发电装置包括从上至下依次设置的第一冷却水箱、第一热电模块、高温气箱、第二热电模块和第二冷却水箱。

3.根据权利要求1所述基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，其特征在于所述热电制冷装置包括：冷却水箱、循环水泵、第一导热金属片和第二导热金属片，以及设于所述第一导热金属片和第二导热金属片之间的热电模块；第一导热金属片分别与冷却水箱和循环水泵连接，冷却水箱与循环水泵连接；第二导热金属片与座椅连接。

4.根据权利要求1所述基于汽车尾气温差发电的汽车局部空调系统，其特征在于：所述汽车电源与热电制冷装置之间设置开关S1、汽车电源与局部空调系统之间设置开关S2、发动机与电磁离合器之间设置开关S3。