CN105774468A - 基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统及其方法，包括一次回风溶液除湿系统、空调制冷剂循环系统、余热储能溶液再生系统。本发明通过相变材料吸收电动汽车电池散热，能改进电池散热效果，有效控制电池组温度；利用相变储能技术可以高效回收并可控地输出冷凝热和电池散热，实现余热利用，减小电动汽车整体能耗；通过溶液除湿技术实现除湿环节和控温环节分离，不需要将空气降低到露点温度以下来除湿，大大减小空调的控温负荷；通过一次回风模式，将新风与回风混合，既保证了空气品质，又减少了空调的控温负荷；同时除湿溶液可反复再生，使用寿命长。

Description

基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统及其方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统及其方法。

背景技术

在全世界面临能源短缺和环境污染的严峻形势下，传统汽车行业带来的能源和环境压力越来越大。目前国家大力推动新能源汽车的发展，有助于改善我国当下的能源消费结构。电动汽车由于锂电池、钠硫电池、镍镉电池、燃料电池等新型电源技术的兴起和完善，具有广阔的市场前景。

电动汽车动力电池由于内部复杂的化学反应，在充放电过程中会释放出大量的热，如果不能及时稳定地散热将会造成电池超温甚至损毁，危及汽车安全。目前主要的两种散热方式水冷和风冷对外界环境的适应性弱，造成电池组散热稳定性差。

目前车载空调主要采用传统的机械制冷方式，其耗能大，能源利用率低，车内空气质量在全回风下较差，且造成大量的热能耗散在环境中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提出一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统及其方法，改善车内空气品质，利用相变材料存储并稳定利用冷凝热和动力电池散热，节能、安全和环保。

一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，所述空调系统包括：一次回风溶液除湿系统、空调制冷剂循环系统、余热储能溶液再生系统。

所述一次回风溶液除湿系统对由新风和车内回风组成的混合进风进行除湿处理，所述空调制冷剂循环系统对除湿后的混合进风进行控温处理，为车厢内送入干燥恒温的高品质空气，所述余热储能溶液再生系统吸收并存储冷凝热和电池余热，并对除湿后的废液进行恢复再生。

所述一次回风溶液除湿系统包括：风阀Ⅰ、溶液除湿器、风阀Ⅱ、风阀Ⅲ、排风风机组成。风阀Ⅰ和车厢内一侧相连通，风阀Ⅰ通过管路分别和风阀Ⅱ、风阀Ⅲ相连，进风口通过管路将新风送入风阀Ⅱ、风阀Ⅲ，溶液除湿器和风阀Ⅱ相连。溶液除湿器接收传来的低温高浓度除湿溶液，溶液除湿器的一个出口将除湿后的干空气送入蒸发器Ⅱ，溶液除湿器的另一个出口将除湿后的低温低浓度废液引入盐水加热器，排风风机和风阀Ⅲ相连将混合空气送入换热器中。

所述空调制冷剂循环系统包括：压缩机、节流阀、蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、送风风机。压缩机和节流阀与蒸发器Ⅰ相连，蒸发器Ⅰ和蒸发器Ⅱ相连，蒸发器Ⅱ和送风风机相连，送风风机和电动汽车车厢内一侧相连通。

所述余热储能溶液再生系统包括：换热器、蒸发式冷凝器、电池组换热器、盐水加热器、相变换热器。换热器和送风风机、溶液除湿器、蒸发式冷凝器相连，电池组换热器和相变换热器相连，盐水加热器接收溶液除湿器传来的除湿废液，盐水加热器和溶液除湿器、蒸发式冷凝器、相变换热器相连，相变换热器和压缩机、节流阀相连。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)通过相变换热器吸收电动汽车电池余热，能改进电池散热效果，有效控制电池组温度；

(2)利用相变储能技术可以高效回收并可控地输出冷凝热和电池散热，实现余热利用，减小电动汽车整体能耗；

(3)通过溶液除湿技术实现除湿环节和控温环节分离，不需要将空气降低到露点温度以下来除湿，大大减小空调的控温负荷；

(4)通过一次回风模式，将新风与回风混合，既保证了空气品质，又减少了空调的控温负荷；

(5)除湿溶液可反复再生，使用寿命长。

附图说明

图1为一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统的结构示意图。

附图中，各部件的列表如下：

A：一次回风溶液除湿系统；B：空调制冷剂循环系统；

C：余热储能溶液再生系统；1：风阀Ⅰ；

2：溶液除湿器；3：风阀Ⅱ；

4：风阀Ⅲ；5：排风风机；

6：压缩机；7：调节阀；

8：蒸发器Ⅰ；9：蒸发器Ⅱ；

10：送风风机；11：换热器；

12：蒸发式冷凝器；13：电池组换热器；

14：盐水加热器；15：相变换热器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

如图1所示，一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，包括一次回风溶液除湿系统A、空调制冷剂循环系统B、余热储能溶液再生系统C。

一次回风溶液除湿系统A对由新风和车内回风组成的混合进风进行除湿处理，空调制冷剂循环系统B对除湿后的混合进风进行控温处理，为车厢内送入干燥恒温的高品质空气，所述余热储能溶液再生系统C吸收并存储冷凝热和电池余热，并对除湿后的废液进行恢复再生。

如图1所示，一次回风溶液除湿系统A由风阀Ⅰ1、溶液除湿器2、风阀Ⅱ3、风阀Ⅲ4、排风风机5组成。风阀Ⅰ1和车厢内一侧相连通，风阀Ⅰ1通过管路分别和风阀Ⅱ3、风阀Ⅲ4相连，进风口通过管路将新风送入风阀Ⅱ3、风阀Ⅲ4。溶液除湿器2和风阀Ⅱ3相连，溶液除湿器2接收沿实线传来的低温高浓度除湿溶液，溶液除湿器2的一个出口将除湿后的干空气沿粗虚线送入蒸发器Ⅱ9，溶液除湿器2的另一个出口将除湿后的低温低浓度废液沿实线引入盐水加热器14，排风风机5和风阀Ⅲ4相连将混合空气送入换热器11中。

如图1所示，空调制冷剂循环系统B由压缩机6、节流阀7、蒸发器Ⅰ8、蒸发器Ⅱ9、送风风机10组成。蒸发器Ⅰ8分别与压缩机6、节流阀7相连，蒸发器Ⅰ8和蒸发器Ⅱ9相连，蒸发器Ⅱ9和送风风机10相连，送风风机10和电动汽车车厢内一侧相连通。

如图1所示，余热储能溶液再生系统C由换热器11、蒸发式冷凝器12、电池组换热器13、盐水加热器14、相变换热器15组成。换热器11和排风风机5、溶液除湿器2、蒸发式冷凝器12相连，电池组换热器13和相变换热器15相连，盐水加热器14接收溶液除湿器2沿实线传来的除湿废液，盐水加热器14和溶液除湿器2、蒸发式冷凝器12、相变换热器15相连，相变换热器15和压缩机6、节流阀7相连。

本发明的工作过程如下：

在一次回风溶液除湿系统A中，受排风风机5的作用，车厢内的空气沿细虚线被风阀Ⅰ1吸收。风阀Ⅰ1将该湿风沿细虚线部分送入风阀Ⅱ3，另一部分送入风阀Ⅲ4。风阀Ⅱ3接收进风口传来的新风和风阀Ⅰ2传来的回风，并将混合后的一次回风沿粗虚线送入溶液除湿器2。溶液除湿器2接收风阀Ⅱ3送来的一次回风，将除湿后的干燥空气沿粗虚线送入蒸发器Ⅱ9。溶液除湿器2接收换热器11沿实线传来的低温高浓度除湿溶液，采用逆流喷淋的方式实现对湿空气的除湿，除湿后的低温低浓度废液沿实线送入盐水加热器14。风阀Ⅲ4接收进风口传来的新风和风阀Ⅰ1传来的排风，受排风风机5的作用，将混合后的排风沿细虚线送入换热器11。

在空调制冷剂循环系统B中，蒸发器Ⅱ9将溶液除湿器2送来的干风降温，冷干风在送风风机10的作用下沿粗虚线流入车厢。传热工质在蒸发器Ⅱ9内吸热对干空气降温再沿实线流入蒸发器Ⅰ8。低温、低压的制冷工质在蒸发器Ⅰ8内蒸发带走传热工质的热，实现传热工质降温。降温后的传热工质再沿实线流回蒸发器Ⅱ9，如此循环。压缩机6将吸热蒸发后的制冷工质绝热压缩至高温高压的过热状态，沿实线送入相变换热器15内。在相变换热器15中放热冷凝后的制冷工质经过节流阀7等焓膨胀至低温、低压状态，沿实线流入蒸发器Ⅰ8内与传热工质换热，再流入压缩机6如此循环。

在余热储能溶液再生系统C中，换热器11内排风风机5传来的排风和蒸发式冷凝器12传来的高温高浓度溶液进行换热。高温高浓度溶液在换热器11内对湿空气放热，变成低温高浓度的溶液沿实线流入溶液除湿器2，吸热后的高温排风沿细虚线流入蒸发式冷凝器12。从溶液除湿器2中排出的低温低浓度溶液沿实线流入盐水加热器14，被加热成高温低浓度的易蒸发溶液，沿实线流入蒸发式冷凝器12。在蒸发式冷凝器12内，排风带走溶液蒸发出的水分并沿细虚线流入排风口排出；高温低浓度的易蒸发溶液蒸发再生为高温高浓度的溶液沿实线流入换热器11。换热工质沿实线在电池组换热器13中吸热，在相变换热器15中放热，如此循环。压缩机6传来的高温高压过热状态的制冷工质，在相变换热器15中放热，放热冷凝后的制冷工质沿实线流入节流阀7。相变换热器15将冷凝热和电池组散热储存起来并通过传热工质沿实线向盐水加热器14供热，放热后流回相变换热器15，如此循环。

本发明的基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统除应用于电动汽车外，还可以应用于任意的电动交通工具，如飞机、动车组列车等，均可以实现车厢内空气的除湿和控温。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述实施例序号仅仅用于描述，不代表实施例的优劣。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何在本发明的精神和原则之内，所作的修改、替代、组合、简化、改进等，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，其特征在于所述系统包括：

一次回风溶液除湿系统，用于对由新风和车内回风组成的混合进风进行除湿处理；

空调制冷剂循环系统，用于对除湿后的混合进风进行控温处理，为车厢内送入干燥恒温的高品质空气；

余热储能溶液再生系统，用于吸收并存储冷凝热和电池余热，并对除湿后的废液进行恢复再生。

2.根据权利要求1所述的一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，其特征在于所述的一次回风溶液除湿系统包括风阀Ⅰ(1)、溶液除湿器(2)、风阀Ⅱ(3)、风阀Ⅲ(4)和排风风机(5)，风阀Ⅰ(1)和车厢内一侧相连通，风阀Ⅰ(1)通过管路分别和风阀Ⅱ(3)、风阀Ⅲ(4)相连，进风口通过管路将新风送入风阀Ⅱ(3)、风阀Ⅲ(4)，溶液除湿器(2)和风阀Ⅱ(3)相连，溶液除湿器(2)接收传来的低温高浓度除湿溶液，溶液除湿器(2)的一个出口将除湿后的干空气送入空调制冷剂循环系统的蒸发器Ⅱ(9)，溶液除湿器(2)的另一个出口将除湿后的低温低浓度废液引入余热储能溶液再生系统的盐水加热器(14)，排风风机(5)和风阀Ⅲ(4)相连将混合空气送入余热储能溶液再生系统的换热器(11)中。

3.根据权利要求1所述的一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，其特征在于所述的空调制冷剂循环系统包括压缩机(6)、节流阀(7)、蒸发器Ⅰ(8)、蒸发器Ⅱ(9)和送风风机(10)，蒸发器Ⅰ(8)分别与压缩机(6)、节流阀(7)相连，蒸发器Ⅰ(8)和蒸发器Ⅱ(9)相连，蒸发器Ⅱ(9)和送风风机(10)相连，送风风机(10)和电动汽车车厢内一侧相连通。

4.根据权利要求1所述的一种基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统，其特征在于所述的余热储能溶液再生系统包括换热器(11)、蒸发式冷凝器(12)、电池组换热器(13)、盐水加热器(14)和相变换热器(15)，换热器(11)和排风风机(5)、溶液除湿器(2)、蒸发式冷凝器(12)相连，电池组换热器(13)和相变换热器(15)相连，盐水加热器(14)接收溶液除湿器(2)传来的低温低浓度废液，盐水加热器(14)和溶液除湿器(2)、蒸发式冷凝器(12)、相变换热器(15)相连，相变换热器(15)和压缩机(6)、节流阀(7)相连。

5.一种如权利要求1所述的基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统的应用，其特征在于应用于电动交通工具。

6.一种如权利要求1所述基于溶液除湿的新能源电动汽车余热储能式空调系统的使用方法，其特征在于：

在一次回风溶液除湿系统中，受排风风机的作用，车厢内的空气沿管路被风阀Ⅰ吸收，风阀Ⅰ将吸收后的空气部分沿管路送入风阀Ⅱ，另一部分送入风阀Ⅲ，风阀Ⅱ接收进风口传来的新风和风阀Ⅰ传来的回风，并将混合后的一次回风沿管路送入溶液除湿器，溶液除湿器接收风阀Ⅱ送来的一次回风，将除湿后的干燥空气沿管路送入蒸发器Ⅱ，溶液除湿器接收换热器传来的低温高浓度除湿溶液，采用逆流喷淋的方式实现对湿空气的除湿，除湿后的低温低浓度废液送入盐水加热器，风阀Ⅲ接收进风口传来的新风和风阀Ⅰ传来的排风，受排风风机的作用，将混合后的排风沿送入换热器；

在空调制冷剂循环系统中，蒸发器Ⅱ将溶液除湿器送来的干风降温，冷干风在送风风机的作用下流入车厢，传热工质在蒸发器Ⅱ内吸热对干空气降温再流入蒸发器Ⅰ，低温、低压的制冷工质在蒸发器Ⅰ内蒸发带走传热工质的热，实现传热工质降温，降温后的传热工质再流回蒸发器Ⅱ，压缩机将吸热蒸发后的制冷工质绝热压缩至高温高压的过热状态，送入相变换热器1内，在相变换热器1中放热冷凝后的制冷工质经过节流阀等焓膨胀至低温、低压状态，沿实线流入蒸发器Ⅰ内与传热工质换热，再流入压缩机；

在余热储能溶液再生系统中，换热器内排风风机传来的排风和蒸发式冷凝器传来的高温高浓度溶液进行换热，高温高浓度溶液在换热器内对湿空气放热，变成低温高浓度的溶液流入溶液除湿器，吸热后的高温排风流入蒸发式冷凝器，从溶液除湿器中排出的低温低浓度溶液流入盐水加热器，被加热成高温低浓度的易蒸发溶液，流入蒸发式冷凝器，在蒸发式冷凝器内，排风带走溶液蒸发出的水分并流入排风口排出；高温低浓度的易蒸发溶液蒸发再生为高温高浓度的溶液流入换热器，换热工质在电池组换热器中吸热，在相变换热器中放热，压缩机传来的高温高压过热状态的制冷工质，在相变换热器中放热，放热冷凝后的制冷工质沿实线流入节流阀，相变换热器将冷凝热和电池组散热储存起来并通过传热工质向盐水加热器供热，放热后流回相变换热器。