CN106114140B - 一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，包括吸附反应管路、解吸管路、制冷回路和供热回路；吸附反应管路包括沿流体流动方向依次连接的水箱、第一水泵、蒸发器和内置吸附剂的吸附器；解吸管路包括沿流体流动方向依次连接的吸附器、冷凝器、节流阀和水箱，吸附器内还设有连接外部电源的电加热丝；所述的制冷回路包括沿流体流动方向循环连接的蒸发器、第二水泵和供冷/供热器；所述的吸附器内还设有换热器，所述的供热回路包括沿流体流动方向循环连接的第二水泵、供冷/供热器和换热器。与现有技术相比，本发明实现电动汽车的冷热联供功能，还能对蓄电池进行冷却，大幅度提高了电池续航能力和保证了蓄电池的优良工作效率。

Description

一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统
技术领域
本发明涉及电动汽车空调领域，尤其是涉及一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统。
背景技术
能源是人类社会赖以生存与发展的基础，而近百年来化石燃料的使用逐年增加趋于殆尽，并且随之而来的环境污染问题日益严重，因此提高能源利用效率、发展清洁能源与可再生能源越来越受到关注。汽车行业是尤为突出的高耗能行业，电动汽车由于其安全、高效、清洁无污染等诸多优势是代替传统燃油汽车的不二之选，但依然存在着行驶里程短、充电不便捷等诸多问题。
目前电动汽车的空调系统是以电驱动压缩式制冷循环与电加热供热相结合的系统，数据显示，电动汽车空调系统的耗电量最高可达蓄电池蓄电量的20％，这些附加的电负荷导致了电动汽车行驶里程的降低，另外，电动汽车蓄电池由于其严苛的工作温度要求，在高负荷运行下需要输入较高的冷量以维持其温度稳定。在此背景下，一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统被提出以增加汽车行驶里程并提高电池使用效率。
经现有文献的查阅，中国专利申请号为CN201310675642.7的“基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调及其工作方法”，即将吸附式制冷技术运用在汽车上，利用汽车废气热量通过吸附式制冷循环产生冷量，但只能运用在燃油动力汽车中。除此之外有诸多相关利用汽车尾气的吸附式空调系统，但是关于电动汽车的吸附式制冷系统并没有被提出。中国专利申请号为CN200910138651.6的“一种电动汽车冷却系统及其控制方法”提出了一种高效的水冷冷却系统但是需要消耗蓄电池电量并且独立于汽车空调系统外增加了水箱、水泵等部件。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，包括吸附反应管路、解吸管路、制冷回路和供热回路；
所述的吸附反应管路包括沿流体流动方向依次连接的水箱、第一水泵、蒸发器和内置吸附剂的吸附器；行驶过程中，水箱内的水经第一水泵流入蒸发器中蒸发，产生冷量，蒸发后的水再流入吸附器中，吸附剂吸收水蒸气并释放吸附热；
所述的解吸管路包括沿流体流动方向依次连接的吸附器、冷凝器、节流阀和水箱，所述的吸附器内还设有连接外部电源的电加热丝；电动汽车充电时，电加热丝加热吸附器内的吸附剂，解吸出水蒸气，经冷凝器冷凝成液态水后经节流阀返回水箱中储存；
所述的制冷回路包括沿流体流动方向循环连接的蒸发器、第二水泵和供冷/供热器；行驶过程中，制冷回路内的循环水流经蒸发器，吸收经吸附反应管路中水在蒸发器处蒸发产生的冷量，再流回供冷/供热器，对车内制冷；
所述的吸附器内还设有换热器，所述的供热回路包括沿流体流动方向循环连接的第二水泵、供冷/供热器和换热器；行驶过程中，供热回路中的循环水流经换热器，吸收吸附器中的吸附热，再返回供冷/供热器，对车内供热。
所述的空调系统还包括蓄电池冷却回路，该蓄电池冷却回路包括沿流体流动方向循环连接的水箱、第一水泵、蒸发器、蓄电池冷热交换器和冷凝器。
所述的冷凝器为风冷式冷凝器，该冷凝器安装在电动汽车行驶过程中的迎风面，在冷凝器旁还装有用于风冷散热的散热风机。
在蒸发器与蓄电池冷热交换器之间还设有流量控制阀。
所述的供冷/供热器通过一个三通阀门分别连接蒸发器和换热器。
所述的蒸发器与吸附器之间管路上还装有吸附反应控制阀，所述的吸附器与冷凝器之间管路还设有解吸控制阀。
所述的供冷/供热器旁还设有将其产生的冷量或热量输送至车内的供冷/供热风机。
本发明的装置根据不同的用户需求可以实现以下三种功能：夏季冷负荷较高时，利用固气吸附过程中液体水的蒸发提供冷量的制冷模式；冬季热负荷较高时，利用吸附器吸附反应的反应热实现供暖模式；在蓄电池高负荷运行时，利用水箱水循环以及冷凝器散热与蒸发器制冷实现蓄电池的散热模式。
所述系统运行模式为制冷模式时，蒸发器与吸附器之间的吸附反应控制阀打开，水箱与蒸发器之间的水泵工作，供冷/供热器与蒸发器相连接，供冷/供热器与吸附器之间阀门关闭，供冷/供热器与蒸发器之间的第二水泵工作。
所述系统运行模式为供热模式时，蒸发器与吸附器之间的吸附反应控制阀打开，水箱与蒸发器之间的第一水泵工作，供冷/供热器与吸附器相连接，供冷/供热器与蒸发器之间阀门关闭，供冷/供热器与换热器之间的第二水泵工作。
所述系统运行模式为蓄电池散热模式时，在蓄电池冷负荷较小时，蒸发器与吸附器之间的吸附反应控制阀关闭，水箱与蒸发器之间的第一水泵工作，蒸发器与蓄电池换热器之间的控制阀打开；在蓄电池冷负荷较高时，蒸发器与吸附器之间的吸附反应控制阀打开，水箱与蒸发器之间的第一水泵工作，蒸发器与蓄电池换热器之间的控制阀打开。
本发明的三种功能模式工作流程如下：
第一种模式：夏季工况下，利用吸附过程水蒸气蒸发输出冷量，主要包括以下充能与供冷两个过程：
(a)当电动汽车在充电桩充电时，吸附器至冷凝器之间的阀门打开，电加热丝通电后加热吸附器内的复合吸附剂，复合吸附剂被加热解吸出水蒸气，随着水蒸气的不断产生，系统内压力升高，高温高压的水蒸气通过管道流经冷凝器冷凝为液态水后储存在水箱中，散热风机鼓入空气与冷凝器强制对流换热带走冷凝过程中产生的热量，散热风机由外接电源供电。当解吸完成后，吸附器与冷凝器之间阀门关闭。
(b)在电动汽车行驶过程中，由于电加热丝断电后停止工作，吸附反应器内温度和压力均降低，此时打开蒸发器与吸附器之间阀门，蒸发器内的水开始蒸发并与吸附剂发生吸附反应，水蒸发产生大量冷量。供冷/供热器水循环开始工作，供冷/供热器中的水流经蒸发器后发生热交换温度降低，将蒸发器中的冷量带走，再流回供冷/供热器中经风机将冷风吹向车内，风机与水泵需要蓄电池供电。
第二种模式：冬季工况下，利用吸附反应器内吸附剂的吸附放热提供热量，主要包括供暖与充能两个过程：
(A)蒸发器与吸附器之间阀门打开，吸附器不断吸附水蒸气产生大量吸附热。供冷/供热器水循环开始工作，供冷/供热器中的水流经吸附器后发生热交换温度升高，再流回供冷/供热器中经风机将暖风吹向车内，风机与水泵需要蓄电池供电。
(B)充能过程与夏季供冷模式一致。
第三种模式：基于吸附系统中水箱水循环散热的蓄电电池散热模式，主要包括以下过程：
水箱与蒸发器之间的水泵打开，水经过蒸发器流经蓄电池水冷换热器换热后温度升高，再流动到冷凝器中，电动汽车行驶过程中迎风与风机配合工作使高温水风冷散热，冷却后流回水箱中，当蓄电池冷负荷较高超出冷凝器散热功率时，蒸发器与吸附器之间的阀门打开，水在蒸发器中蒸发为循环水提供冷量
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)利用高效复合吸附剂与水蒸气的固气吸附反应实现电动汽车的冷热联供功能，简化了目前电动汽车独立供冷供热的复杂结构，利用电动汽车充电过程外接电源解吸吸附剂实现充能，在行驶过程采用热驱动制冷、供热与冷却蓄电池而不消耗蓄电池电量，大幅提高了电池续航能力。
(2)利用吸附制冷系统中固有的蒸发器、冷凝器与水箱，通过水循环散热实现电动汽车蓄电池热管理，充分利用吸附制冷系统已有部件节约汽车空间同时保证了蓄电池优良的工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的制冷模式的结构示意图；
图3为本发明的供热模式的结构示意图；
图4为本发明的蓄电池冷却模式的结构示意图；
图中，1-水箱，2-冷凝器，3-吸附器，4-蒸发器，5-供冷/供热器，6-第一水泵，7-吸附反应控制阀，8-电加热丝，9-吸附剂，10-第二水泵，11-换热器，12-三通阀门，13-电加热丝外部接头，14-流量控制阀，15-冷热交换器，16-供冷/供热风机，17-散热风机，18-解吸控制阀，19-节流阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其结构如图1所示，包括水箱1，冷凝器2(优选风冷式冷凝器)，吸附器3，蒸发器4，供冷/供热器5，第一水泵6，吸附反应控制阀7，电加热丝8，吸附剂9，第二水泵10，换热器11(优选翅片管式换热器)，三通阀门12，电加热丝外部接头13(接通外部电源)，流量控制阀14，冷热交换器15，供冷/供热风机16，散热风机17，解吸控制阀18，节流阀19。其中：水箱1通过第一水泵6与蒸发器4入口相连，蒸发器4出口通过吸附反应控制阀7与吸附器3入口相连，吸附反应器3上出口通过解吸控制阀18与冷凝器2入口相连，冷凝器2出口与节流阀19入口相连，节流阀19出口与水箱1相连，供冷/供热器5出口通过三通阀门12分别与蒸发器4内部换热器入口以及吸附器3内的换热器11入口相连，换热器11与蒸发器4分别通过第二水泵10与供冷/供热器5入口相连，蒸发器4左侧出口通过流量控制阀14与冷换热器15(蓄电池水冷热换热器)入口相连，冷换热器15出口与冷凝器2入口相连，吸附反应器3内布置有换热器11与电加热丝8以及高性能复合吸附材料9，电加热丝8通过电加热丝外部接头13与充电电路相连，冷凝器2配备有散热风机17，供冷/供热器5配备有供冷/供热风机16。
本实施例工作时，具体实施过程为：
第一种功能模式：基于吸附式制冷技术的制冷模式，如图2所示，此模式分为两个循环。(2-1)吸附反应主循环：水箱1中的水依次经第一水泵6流入蒸发器4中，水蒸发后经吸附反应控制阀7流入吸附器3内，水蒸发过程产生大量冷量，在储能过程中电流经电加热丝8加热解吸吸附剂，解吸出的水蒸气经过解吸控制阀18流入冷凝器2内，冷凝为液体后经过节流阀19流入水箱1中完成储能过程。(2-2)车内供冷次循环：水泵10将循环水经三通阀12的左侧阀门传输至蒸发器4中，循环水在蒸发器内吸收冷量，随后低温的循环水流入供冷器5中，风机16工作将冷风吹入车内完成制冷过程。
第二种功能模式：基于吸附储热技术的供热模式，如图3所示，此模式分为两个循环。(3-1)吸附反应主循环：水箱1中的水依次经第一水泵6流入蒸发器4中，水蒸发后经吸附反应控制阀7流入吸附器3内，水蒸气与吸附器3内的吸附剂9发生吸附反应释放大量吸附热，在储能过程中电流经电加热丝8加热解吸吸附剂，解吸出的水蒸气经过解吸控制阀18流入冷凝器2内，外部电源驱动散热风机17，将高温蒸汽冷凝为液体后流入水箱1中完成储能过程。(3-2)车内供热次循环：第二水泵10将循环水经三通阀门12的右侧阀门传输至吸附器翅片管换热器11中，循环水在换热器11中发生热交换将吸附热带走，高温的水流入供冷/供热器5中由供冷/供热风机16将热量吹入车内完成供热过程。
第三种功能模式：基于蓄电池热管理技术的蓄电池散热模式，如图4所示，此模式分为两个循环即吸附反应主循环与蓄电池冷却水次循环，其中吸附反应主循环依据蓄电池冷负荷大小控制是否开启，该吸附反应主循环工作过程与制冷/供热模式一致。蓄电池冷却水次循环：第一水泵6将水箱1中的水送入蒸发器4中，蒸发器4内的低温水经流量控制阀14流入蓄电池水冷换热器15中吸收大量蓄电池热量，随后高温的湿蒸气流入冷凝器2中冷凝为液态水后流回水箱1中，完成蓄电池冷却过程。
本发明装置可依据不同冷热负荷条件选择不同的循环模式，可实现电动汽车制冷、供热、蓄电池散热三种功能；本发明装置充分利用系统中各个部件，耦合三种功能缩减系统空间体积；结合电动汽车间断充电特点，使用充电过程外部电源电加热再生吸附剂实现储热，行驶过程采用热驱动制冷、供热以及冷却蓄电池，大大降低了蓄电池在空调系统的电量消耗，从而大幅提高电动汽车行驶里程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，包括吸附反应管路、解吸管路、制冷回路和供热回路；
所述的吸附反应管路包括沿流体流动方向依次连接的水箱(1)、第一水泵(6)、蒸发器(4)和内置吸附剂(9)的吸附器(3)；行驶过程中，水箱(1)内的水经第一水泵(6)流入蒸发器(4)中蒸发，产生冷量，蒸发后的水再流入吸附器(3)中，吸附剂(9)吸收水蒸气并释放吸附热；
所述的解吸管路包括沿流体流动方向依次连接的吸附器(3)、冷凝器(2)、节流阀(19)和水箱(1)，所述的吸附器(3)内还设有连接外部电源的电加热丝(8)；电动汽车充电时，电加热丝(8)加热吸附器(3)内的吸附剂(9)，解吸出水蒸气，经冷凝器(2)冷凝成液态水后，经过节流阀(19)返回水箱(1)中储存；
所述的制冷回路包括沿流体流动方向循环连接的蒸发器(4)、第二水泵(10)和供冷/供热器(5)；行驶过程中，制冷回路内的循环水流经蒸发器(4)，吸收经吸附反应管路中水在蒸发器(4)处蒸发产生的冷量，再流回供冷/供热器(5)，对车内制冷；
所述的吸附器(3)内还设有换热器(11)，所述的供热回路包括沿流体流动方向循环连接的第二水泵(10)、供冷/供热器(5)和换热器(11)；行驶过程中，供热回路中的循环水流经换热器(11)，吸收吸附器(3)中的吸附热，再返回供冷/供热器(5)，对车内供热。
2.根据权利要求1所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的空调系统可以切换为制冷模式或供热模式；
当空调系统切换为制冷模式时，吸附反应管路和制冷回路接通工作，解吸管路和供热回路切断，此时，水箱(1)内的水经第一水泵(6)流入蒸发器(4)中蒸发，产生冷量，蒸发后的水再流入吸附器(3)中，吸附剂(9)吸收水蒸气并释放吸附热，制冷回路内的循环水流经蒸发器(4)，吸收经吸附反应管路中水在蒸发器(4)处蒸发产生的冷量，再流回供冷/供热器(5)，对车内制冷；
当空调系统切换为供热模式时，吸附反应管路和供热回路接通工作，解吸管路和制冷回路切断，此时，水箱(1)内的水经第一水泵(6)流入蒸发器(4)中蒸发，产生冷量，蒸发后的水再流入吸附器(3)中，吸附剂(9)吸收水蒸气并释放吸附热，供热回路中的循环水流经换热器(11)，吸收吸附器(3)中的吸附热，再返回供冷/供热器(5)，对车内供热。
3.根据权利要求1所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的空调系统还包括蓄电池冷却回路，该蓄电池冷却回路包括沿流体流动方向循环连接的水箱(1)、第一水泵(6)、蒸发器(4)、蓄电池冷热交换器(15)和冷凝器(2)。
4.根据权利要求3所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的空调系统还可以切换为蓄电池冷却模式，此时，水箱(1)内的冷却水经第一水泵(6)送入冷热交换器(15)对蓄电池冷却，然后再流入冷凝器(2)降温，流回水箱(1)。
5.根据权利要求4所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，当冷凝器(2)的散热功率荷无法满足蓄电池的冷却负荷时，还可以打开吸附反应管路，通过水箱(1)内的部分冷却水在蒸发器(4)处蒸发来提供冷量。
6.根据权利要求4所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的冷凝器(2)为风冷式冷凝器(2)，该冷凝器(2)安装在电动汽车行驶过程中的迎风面，在冷凝器(2)旁还装有用于风冷散热的散热风机(17)；
在蒸发器(4)与蓄电池冷热交换器(15)之间还设有流量控制阀(14)。
7.根据权利要求1所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的供冷/供热器(5)通过一个三通阀门(12)分别连接蒸发器(4)和换热器(11)。
8.根据权利要求1所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的蒸发器(4)与吸附器(3)之间管路上还装有吸附反应控制阀(7)，所述的吸附器(3)与冷凝器(2)之间管路还设有解吸控制阀(18)。
9.根据权利要求1所述的一种可实现冷热联供的电动汽车吸附热池空调系统，其特征在于，所述的供冷/供热器(5)旁还设有将其产生的冷量或热量输送至车内的供冷/供热风机(16)。
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