CN105644301A - 一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统 - Google Patents

一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，包括风系统和蓄冷装置；风系统包括左路送风管、右路送风管、回风管、风机、新风口、全热交换器和排风口，送风管的底布设置有送风口，回风管的底部设置有回风口；蓄冷装置包括两端开口的箱体，设置在箱体中部的蓄冷槽换热器，设置在箱体开口两端的进、出风口，以及设置在箱体周向上的注浆口和排液口；出风口通过风机与右路送风管相连通，左、右路送风管和回风管相连通；新风口、排风口以及进风口均与全热交换器相连通，且回风管与全热交换器和进风口相连通。本发明将动态冰浆蓄冷技术与公交车线路短的特点相结合，从而能够降低公共交通的能源供给，提升公交车行驶过程的动力特性。

Description

一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统
技术领域：
本发明属于制冷领域，涉及汽车空调领域，尤其涉及一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统。
背景技术：
随着经济的快速发展、城市进程的加速和人们生活质量的提高，城市的交通系统越来越发达，人们对交通工具舒适度的要求也越来越高。公交车在大多数没有地铁的城市成为了主要的公共交通工具，即使在有地铁的城市，由于地铁网络的限制，仍然存在着大量的公交线路。这些公交车每天消耗着大量的化石能源或者电力资源，特别是在炎热的夏季，为了满足车内乘客的舒适度要求，多数公交车都配备了制冷系统，制冷系统的运转依靠公交车的发动机或者电机来驱动，是公交车输出能量中的重要组成部分，严重影响着公交车的动力状况。因此一种能够替代传统蒸气压缩式汽车空调的新型供冷系统，将会大大改善交通系统的能源消耗，以及公交车的动力状况。
冰蓄冷技术，是制冷系统利用电网低负荷期间的廉价电力如夜间电力，产生大量的冷量，通过载冷剂将制冷系统产生的冷量储存在水中，水通过相变结成冰或者冰浆来蓄冷。而在电价昂贵的电网高负荷期间如白天，将冰或则冰浆中的冷量释放出来供给用冷末端。从而减少电网高负荷期间对电力的需求，实现电力系统的“移峰填谷”综合利用，冰蓄冷是目前最可行的用户侧移峰填谷技术，其优势明显，具有极大的推广前景。
动态冰浆蓄冷技术，是冰蓄冷技术中一种极具发展前景的形式。动态冰浆，又称流态冰，以其良好的热物理特性被广泛用于建筑空调、食品保鲜、医疗卫生等行业。动态冰浆蓄冷技术，是利用制冷系统产生流态冰来蓄冷，而不需要将蓄冷工质完全冻结，从而具有可流动的特性，由于制冷温度的提升，也极大的提高了制冷效率。此外，传统静态制冷过程中，水通过自然对流换热，冰层首先在换热壁面上形成，逐渐变厚，恶化传热，导致后续结冰困难。动态冰浆蓄冷形成的是冰粒与液体的混合物，制冷过程中的换热温差、流量等参数保持稳定，蓄冷效果好。
目前，冰蓄冷技术虽然得到了大力开发，但是大多在建筑空调系统中被采用，以此来缓解夏季用电高峰期巨大的空调能耗。城市公交系统同样需要空调，也同样面临着高耗能的问题，将动态冰浆蓄冷技术与公交车结合，将会极大的节约能源与提升公交车的动力状况。公交车不同于其他类型汽车，属于固定线路的交通工具，在两个站点之间进行往返。因此，公交车枢纽站可以作为动态冰浆的制冷站，公交车每往返一趟，添加一次新的动态冰浆，从而可以有效地降低蓄冷槽的体积和重量，降低公交车运力。
专利号201410454201.9的中国专利公开了一种轿车蓄冷提前制冷空调，该制冷空调采用冰块蓄冷，该制冷空调具有正常制冷系统和提前制冷系统，来实现轿车的常规制冷，也可以进行蓄冷以供驻车时供冷。该汽车制冷空调，结构复杂，占用汽车空间大，仍然使用汽车的动力输出进行蓄冷，并不能缓解能源消耗和改善汽车动力状况。同时，该制冷空调的提前制冷系统需要水泵驱动盐水溶液的持续循环，也增加了汽车的动力输出。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，将动态冰浆蓄冷技术与公交车线路短的特点相结合，从而能够降低公共交通的能源供给，提升公交车行驶过程的动力特性。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现的：
一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，包括风系统和蓄冷装置；
其中，风系统设置在车体的顶部及后部，包括左路送风管、右路送风管、回风管、风机、新风口、全热交换器以及排风口，左路送风管的底部设置有左路送风口，右路送风管的底部设置有右路送风口，回风管的底部设置有回风口；
蓄冷装置设置在车体的后部，包括两端开口的箱体，设置在箱体内的蓄冷槽换热器，设置在箱体开口两端的进风口和出风口，以及设置在箱体周向上的注浆口和排液口；
出风口通过风机与右路送风管相连通，右路送风管与左路送风管和回风管相连通；
新风口、排风口以及进风口均与全热交换器相连通，且回风管与全热交换器和进风口相连通。
本发明进一步的改进在于：所述的左路送风管的底部设置有多个左路送风口，且多个左路送风口布置在车体顶层部分的左路送风管底部，并位于车体左侧座位的正上方。
本发明进一步的改进在于：所述的右路送风管的底部设置有多个右路送风口，且多个右路送风口布置在车体顶层部分的右路送风管底部，并位于车体右侧座位的正上方。
本发明进一步的改进在于：所述的回风管的底部设置有多个回风口，且多个回风口布置在车体顶层部分的回风管底部，并位于车体过道的正上方；在车体后部的回风管分为两路支管，一路支管连通全热交换器，另一路支管连通蓄冷装置。
本发明进一步的改进在于：所述的全热交换器的上部连通回风管的一路支管，下部连通排风口，外侧连通新风口，内侧连通蓄冷装置。
本发明进一步的改进在于：进风口、出风口与蓄冷槽换热器的连接处还设置有冷凝水管。
本发明进一步的改进在于：注浆口设置在箱体的顶部，排液口设置在箱体的底部。
本发明进一步的改进在于：所述的蓄冷槽换热器整体结构为箱体，在进风口通向出风口的水平方向上，整齐排列着多层换热通孔，每个换热通孔的内壁上都分布着多排针翅，形成内针翅管，即换热通孔的内壁上布置有多排强化换热的金属针状凸起；工作时，蓄冷槽换热器内部填充蓄冷工质。
本发明进一步的改进在于：所述的左路送风管、右路送风管、回风管、全热交换器以及蓄冷装置的外部均包裹有绝热保温层。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)采用动态冰浆蓄冷技术替代传统蒸气压缩式汽车空调制冷技术，夜间蓄冷，白天使用，实现电力系统的“移峰填谷”综合利用，还可以享受“峰谷电价”的优惠政策。该空调装置及风系统只有风机消耗公交车的动力输出，因此可以大幅度的减小公交车发动机或电机输出，即降低公交车的能源消耗，节能减排，降低尾气污染。公交车在超载、爬坡等运行状态下，仍然能够保持强劲的动力表现，驻车时，不需要发动机运行，仅依靠电机运行低功率的风机即可进行供冷。此外，新的公交车空调系统结构简单，与公交车自身设备联系少，降低了公交车的结构复杂程度，便于改装和制造。
2)动态冰浆蓄冷技术相比于冰蓄冷技术，具有可流动性，换热效果好，蓄冷过程中不会因壁面结冰变厚而恶化传热。公交车在枢纽站填充蓄冷工质时，可以采用压力泵进行快速注入，流程简单，耗费时间短。公交车往返线路短，可在每次往返到达枢纽站时进行蓄冷工质的排放和填充，因而可以减小蓄冷装置的体积，相比于传统的汽车空调，公交车仅增加少量的负荷。
3)蓄冷装置采用蓄冷槽换热器，不需要载冷介质循环流动进行间接换热，空气穿过蓄冷槽换热器与蓄冷工质直接换热，换热效率高，风机的动力消耗小。蓄冷槽换热器采用多排通孔结构，换热面积大，通孔内壁布置有针翅，形成内针翅管结构，换热面积进一步增大，又可以造成气流的强烈扰动，极大的强化了传热，并且压降损失小。
4)风系统采用混合送风+个性化送风的形式。送风口位于车体左右侧座位的正上方，回风口位于过道的正上方，送回风口均匀布置，车内气流混合迅速。新风+回风的混合送风，既补充了车内的新风需求，提升空气品质，又降低了公交车的供冷负荷。此外，部分回风通过全热交换器与新风换热后再排出，能够对新风进行预冷，达到了温度的梯度利用，节约能量。
附图说明：
图1为动态冰浆蓄冷公交车空调装置及风系统的结构示意图；
图2为动态冰浆蓄冷公交车空调装置及风系统的右视图；
图3为蓄冷装置的结构示意图；
图4为蓄冷装置的左视图；
图5为蓄冷槽换热器沿通孔方向的截面图；
图6为动态冰浆蓄冷公交车空调装置及风系统的工作示意图；
图7为含有动态冰浆蓄冷公交车空调装置及风系统的公交车运行示意图。
其中，1为蓄冷装置、2为风机、3为新风口、4为全热交换器、5为排风口、6为车体、7为右路送风管、8为回风管、9为左路送风管、10为右路送风口、11为回风口、12为左路送风口、13为进风口、14为蓄冷槽换热器、15为注浆口、16为出风口、17为冷凝水管、18为排液口。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明总的构思是：采用动态冰浆蓄冷技术替代传统蒸汽压缩式制冷技术，节能减排，提升公交车的动力特性；采用新风+回风的混合送风方式以及对排风进行全热回收，提升车内空气品质，达到温度梯级利用；采用蓄冷槽换热器，其换热通孔为内针翅管结构，空气与蓄冷工质直接换热，增大换热面积，提高换热效率，简化系统结构。
为了详细说明本发明的技术内容以及构造和目的，下面结合附图介绍一种具体的实施例。
由图1至图5可知，本发明提供的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统具体结构为：
本发明包括风系统与蓄冷装置1。风系统包括左路送风管9、右路送风管7、回风管8、左路送风口12、右路送风口10、回风口11、风机2、新风口3、全热交换器4以及排风口5组成。风系统设置在车体上部和后部，用于输送空气，其结构为：左路送风管9底部设置有多个左路送风口12，左路送风口12仅布置在车体6顶层部分的左路送风管9底部，并位于车体6左侧座位的正上方。右路送风管7底部设置有多个右路送风口10，右路送风口10仅布置在车体6顶层部分的右路送风管7底部，并位于车体6右侧座位的正上方。回风管8底部设置有多个回风口11，回风口11仅布置在车体6顶层部分的回风管8底部，并位于车体6过道的正上方。在车体后部的回风管8分为两路支管，一路连接着全热交换器4，一路连接着蓄冷装置1的进风口13。全热交换器4上部连接着回风管8的一路支管，下部连接着排风口5，外侧连接着新风口3，内侧连接着蓄冷装置1的进风口13。蓄冷装置1布置在车体6的后部，用于提供冷源，其结构为：蓄冷槽换热器14整体结构为箱体，在进风口13通向出风口16的水平方向上，整齐排列着多层换热通孔，每个换热通孔的内壁上都分布着多排针翅，形成内针翅管，即换热通孔的内壁上布置有多排强化换热的金属针状凸起。蓄冷槽换热器14两侧分别连接着进风口13和出风口16，顶部设置有注浆口15，底部设置有排液口18，进风口13、出风口16与蓄冷槽换热器14连接处布置冷凝水管17。蓄冷装置1的左侧连接着全热交换器14与回风管8支路，蓄冷装置1的右侧连接着风机2，风机2的另一端连接着送风管，送风管分为两路，即左路送风管9与右路送风管7。
由图6和图7可知，本发明提供的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统的工作流程为：具有动态冰浆蓄冷公交车空调装置及风系统的公交车，在公交枢纽站的制冷站进行蓄冷工质(动态冰浆)的填充，蓄冷工质在制冷站压力泵的作用下从注浆口15注入蓄冷槽换热器14，待蓄冷工质注满以后，关闭注浆口15。公交车开始沿固定线路运行，公交车的电机给风机2提供动力，风机2开始工作。从新风口3进入的新风与回风管8支路来的排风在全热交换器4中进行换热，新风被预冷降温，排风从排风口5排出。被预冷的新风与回风混合，从进风口13进入蓄冷装置1中，穿过蓄冷槽换热器14的通孔，在通孔内分布的针翅扰流下，与蓄冷工质换热后形成低温送风，再由出风口16排出并进入左路送风管9和右路送风管7中，由均匀分布的左路送风口12和右路送风口10流出，分布在车体6内。同时，当温度较高的混合送风穿过低温的蓄冷槽换热器14时遇冷会产生冷凝水，冷凝水通过冷凝水管17排出蓄冷装置。车体6内的空气进入均匀分布的回风口11，汇集到回风管8中，回风管8分为两个支管，一路支管的回风进入全热交换器4与新风换热后排出，另一路支管的回风与被预冷的新风混合后进入蓄冷装置1中，依次形成动态冰浆蓄冷公交车空调供冷循环。待公交车完成一个固定线路的往返，回到公交枢纽站，此时的蓄冷工质由于温度升高，与空气的换热温差减小，从而换热效率低，蓄冷工质在制冷站压力泵的抽吸作用下，由排液口18流出，回到制冷站进行再次制冷。由于公交车固定线路的往返时间短，对供冷量的需求不是很大，填充蓄冷工质并不会造成公交车的负荷大幅度增加。此外，蓄冷工质可以采用盐溶液、乙二醇水溶液等具有低凝固点的液体，可以降低蓄冷工质的温度，从而减小蓄冷工质的填充量，降低公交车的负荷。

Claims (9)

1.一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于，包括风系统和蓄冷装置(1)；其中，
风系统设置在车体(6)的顶部及后部，包括左路送风管(9)、右路送风管(7)、回风管(8)、风机(2)、新风口(3)、全热交换器(4)以及排风口(5)，左路送风管(9)的底部设置有左路送风口(12)，右路送风管(7)的底部设置有右路送风口(10)，回风管(8)的底部设置有回风口(11)；
蓄冷装置(1)设置在车体(6)的后部，包括两端开口的箱体，设置在箱体内的蓄冷槽换热器(14)，设置在箱体开口两端的进风口(13)和出风口(16)，以及设置在箱体周向上的注浆口(15)和排液口(18)；
出风口(16)通过风机(2)与右路送风管(7)相连通，右路送风管(7)与左路送风管(9)和回风管(8)相连通；
新风口(3)、排风口(5)以及进风口(13)均与全热交换器(4)相连通，且回风管(8)与全热交换器(4)和进风口(13)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的左路送风管(9)的底部设置有多个左路送风口(12)，且多个左路送风口(12)布置在车体(6)顶层部分的左路送风管(9)底部，并位于车体(6)左侧座位的正上方。
3.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的右路送风管(7)的底部设置有多个右路送风口(10)，且多个右路送风口(10)布置在车体(6)顶层部分的右路送风管(7)底部，并位于车体(6)右侧座位的正上方。
4.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的回风管(8)的底部设置有多个回风口(11)，且多个回风口(11)布置在车体(6)顶层部分的回风管(8)底部，并位于车体(6)过道的正上方；在车体(6)后部的回风管(8)分为两路支管，一路支管连通全热交换器(4)，另一路支管连通蓄冷装置(1)。
5.根据权利要求4所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的全热交换器(4)的上部连通回风管(8)的一路支管，下部连通排风口(5)，外侧连通新风口(3)，内侧连通蓄冷装置(1)。
6.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：进风口(13)、出风口(16)与蓄冷槽换热器(14)的连接处还设置有冷凝水管(17)。
7.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：注浆口(15)设置在箱体的顶部，排液口(18)设置在箱体的底部。
8.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的蓄冷槽换热器(14)整体结构为箱体，在进风口(13)通向出风口(16)的水平方向上，整齐排列着多层换热通孔，每个换热通孔的内壁上都分布着多排针翅，形成内针翅管，即换热通孔的内壁上布置有多排强化换热的金属针状凸起；工作时，蓄冷槽换热器(14)内部填充蓄冷工质。
9.根据权利要求1所述的一种动态冰浆蓄冷公交车空调供冷系统，其特征在于：所述的左路送风管(9)、右路送风管(7)、回风管(8)、全热交换器(4)以及蓄冷装置(1)的外部均包裹有绝热保温层。
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