CN106457970A - 用于车辆的加热和冷却系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于具有内燃发动机的车辆的加热和冷却系统。该系统包括将排出气体从发动机运走的至少一个排出管道(16、18)和位于排出管道(16、18)中且容纳吸收剂盐和制冷剂流体的反应器容器(38、40)。冷凝器(50)与反应器容器(38、40)流体连通，并且当排出气体加热排出管道(16、18)中的反应器容器时，该冷凝器接纳来自反应器(38、40)的制冷剂蒸汽。蒸发器(54)可位于车辆的驾驶室(56)中且与冷凝器(50)和反应器容器(38、40)流体连通。蒸发器(54)接纳来自冷凝器(50)的凝结的制冷剂，从而冷却环绕蒸发器(54)的空气和使制冷剂蒸汽返回反应器容器(38、40)。还提供了一种冷却具有内燃发动机的车辆的驾驶员环境的方法，车辆是包含加热和冷却系统的车辆。

Description

用于车辆的加热和冷却系统
本发明涉及用于车辆的加热和冷却系统。更具体地，本发明提供了一种系统，其中利用车辆发动机的排出气体加热和冷却车辆的驾驶室或驾驶员/乘员环境。
发明背景
对于车辆的加热、冷却以及空调系统，已知的是使用发动机排出的废气作为吸收系统的部分，以便将除湿的暖空气或冷空气提供到车辆的内部。一个这样的系统在US5383341中公开，其公开了一种吸收系统，其中制冷剂-吸收剂混合物被来自车辆发动机的排出气体加热。制冷剂-吸收剂混合物被容纳在反应器容器内，并且该混合物可包括充当吸收剂的硫氰酸钠(NaSCN)盐和充当制冷剂的氨(NH3)溶液。反应器容器被从穿过排出管道的发动机排出气体中提取的热量加热。
反应器容器远离排出管道，其中来自排出气体的热量通过多个热管传递到反应器。每个热管具有位于排出管道内的蒸发器部分和位于反应器容器内的冷凝器部分。排出气体流经且加热热管的蒸发器部分，这引起容纳在每个热管内的挥发性介质汽化并且流向冷凝器部分。蒸汽在每个管的冷凝器部分内冷凝回到液体，从而将热量输出分配到反应器容器内的制冷剂-吸收剂混合物中。
本发明的一个目标是提供一种用于车辆的驾驶室或驾驶员/乘员环境的加热、冷却和调节空气的改进的排出气体驱动的吸收系统。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了一种用于具有内燃发动机的车辆的加热和冷却系统。该系统包括将排出气体运出发动机的至少一个排出管道和位于排出管道中的反应器容器。反应器容器容纳吸收剂盐和制冷剂流体。系统还包括与反应器容器流体连通的冷凝器，其中当排出气体加热排出管道中的反应器容器时，该冷凝器接纳来自反应器的制冷剂蒸汽。蒸发器可位于车辆的驾驶员环境中且与冷凝器和反应器容器流体连通，该蒸发器接纳来自冷凝器的凝结的制冷剂，从而冷却环绕蒸发器的空气且使制冷剂蒸汽返回反应器容器。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括内燃发动机和根据本发明第一方面的加热和冷却系统的车辆。
根据本发明的第三方面，提供了一种冷却具有内燃发动机的车辆的驾驶员环境的方法。该方法包括如下步骤：提供用于将排出气体运出发动机的至少一个排出管道，并且将反应器容器放置在排出管道中，其中该容器容纳吸收剂盐和制冷剂流体。冷凝器流体地连接到反应器容器，使得当排出气体加热排出管道中的容器时，该冷凝器接纳来自容器的制冷剂蒸汽。蒸发器被放置在车辆的驾驶员环境中且流体地连接到冷凝器和反应器容器，使得该蒸发器接纳来自冷凝器的凝结的制冷剂，并且冷却环绕蒸发器的空气且随后使制冷剂蒸汽返回反应器容器。
附图简要说明
现在，将参考附图仅通过实施例的方式描述本发明的优选的实施方案：
图1是用于对车辆中的空气进行加热、冷却和调节的吸收系统的概略视图；以及
图2是在车辆上的应有位置处的图1的系统的图示。
附图详述
图1以概略形式示出了用于对车辆中的空气进行加热、冷却以及调节的吸收系统，其中该系统利用来自发动机排出气体的废热量。发动机排出气体沿着排出管路10流动，该排出管路10具有与车辆的发动机的排出出口端口(没有示出)连通的入口12和与一个或多个尾管(没有示出)流体连通的出口14。排出管路10包括从入口12至出口14彼此平行延伸的第一管道16和第二管道18。每个管道16、18具有排出空气入口20、22，环境空气可以穿过该排出空气入口被吸入，同时关闭排出管路10以排出气体流。第一排出管道16中的排出气体入口20被示出在入口关闭/排气流打开的位置中，并且第二排出管道18中的排出空气入口22被示出在入口打开/排气流关闭的位置中，然而当必要时，入口20、22的各自的位置可以被反转。当发动机运行时，入口20、22中的至少一个必须在其入口关闭/排气流打开的位置中，使得排出气体可继续穿过排出管路10流动。
空气/燃料燃烧器24与空气入口20、22下游的每个排出管道16、18流体连通。环境空气和燃料可各自穿过燃烧器空气入口26和燃料入口28进入燃烧器24。滑动座空气控制阀27控制穿过燃烧器空气入口26的空气的流动，而燃料控制阀29控制穿过燃料入口28的燃料的流动。一对空气/燃料管路30、32将空气/燃料燃烧器24与第一排出管道16和第二排出管道18连接。
每个排出管道16、18包括邻近空气/燃料管路30、32进入排出管道处的文丘里管部分34、36。每个管道16、18中的文丘里管部分34、36的下游是反应器容器38、40。每个反应器容器38、40是大体管形的，并且具有内部室42、44。每个管形容器38、40的外表面抵靠其各自的排出管道16、18的内表面放置。容器38、40也具有内表面，该内表面界定排出气体流经的通道。每个容器38、40的内表面包括多个翅片43，该多个翅片向内朝向排出气体管道的中心延伸。翅片43充当热交换器，将热量从排出气体传递到室42、44的内含物。因此，排出气体可以流经每个容器38、40的中心，并且将热量给予每个管形室42、44的内含物。每个反应器38、40的室42、44容纳盐和制冷剂流体的混合物。合适的混合物的示例包括氯化锂(LiCl)水溶液，或溴化锂(LiBr)甲醇溶液。
每个反应器38、40的室42、44与第一三通控制阀46流体连通，如将在下面更详细描述的，该第一三通控制阀控制制冷剂蒸汽从室到系统的剩余部分的流动。第二三通控制阀48控制蒸汽返回室42、44中的流动。室42、44根据第一控制阀46是打开的还是关闭的而选择性地经由第一管路49与冷凝器50流体连通。冷凝器扇52可选择性地将环境空气抽吸经过冷凝器50，以便凝结制冷剂蒸汽。
冷凝器50经由第二管路53与蒸发器54流体连通，该第二管路包括控制流体在冷凝器和蒸发器之间的流动的第三控制阀51。蒸发器54可位于车辆的驾驶室或内部56内，如图1中概略展示的。蒸发器扇58可选择性地将驾驶室56外部的环境空气抽吸经过蒸发器54。加热器60也被设置成邻近驾驶室56内的蒸发器54。加热器60与合适的热源(例如发动机冷却剂)流体连通，使进入加热器中的流体流动通过比例加热器控制阀62被控制。加热器控制器63设置在驾驶室56的内部或外部，该加热器控制器响应于驾驶室内的操纵者经由驾驶室中的加热器控制(没有示出)做出的请求来控制加热器控制阀62和蒸发器扇58。当第二控制阀48打开且第三控制阀51关闭时，第三管路64将蒸发器54与反应器室42、44流体地连接。
还设置了电子控制单元(ECU)70，其可控制排出空气入口20、22以及空气/燃料燃烧器24的空气入口阀27和燃料入口阀29的运行。ECU70也可控制第一控制阀46、第二控制阀48和第三控制阀51。ECU70(和因此各个阀)的控制可以通过操纵者经由控制界面(没有示出)手动地实施，或另外根据储存在与ECU70通信的存储器(没有示出)上的一个或多个程序自动地实施。
图2示出了安装在车辆上时的图1的系统。在此示例中，车辆是液压挖掘机形式的作业机械，但应理解，本发明可等效地施用于其它车辆中，诸如例如汽车、公路货车和越野货车和农用拖拉机。在示出的挖掘机中，发动机100朝向车身的后面。排出管路10从发动机100的排出出口(没有示出)延伸到尾管102，该尾管向上延伸出车身。排出管路入口12和尾管102之间是壳体104，该壳体容纳排出管道16、18和反应器38、40，排出管道16、18和反应器38、40在图2中被壳体104隐藏看不到。
如从车身的剖面部分可以看到的，第一管路49将反应器38、40与冷凝器50连接，在此示例中，该冷凝器以及一对冷凝器扇52位于驾驶室56的顶板上。连接冷凝器50和蒸发器54的第二管路在图2中是不可见的，封装在驾驶室56内的空调单元106内的蒸发器和加热器60同样是不可见的。由于车身的剖面部分，将冷凝器54连接回到反应器38、40的第三管路64可以被看见。
工业应用性
现在将描述图1和图2中示出的系统运行的方法。在车辆发动机启动且排出气体开始在排出管路10中流动之前，反应器38、40的室42、44将容纳已将制冷剂吸收的盐。发动机启动之后，热的排出气体将开始流经排出管路10的管道16、18。当如此实施时，热的气体穿过反应器38、40的向内延伸的翅片43，并且热量从气体经由翅片转移到室42、44的内含物。当室42、44中的“潮湿的”盐被加热时，制冷剂汽化。当制冷剂汽化时，ECU70将打开第一控制阀46，并且蒸汽将沿着第一管路49流进冷凝器50中。留在反应器室42、44中的盐将是“干燥的”，即大体不含制冷剂。
当制冷剂蒸汽穿过冷凝器50时，由于制冷剂蒸汽被通过冷凝器扇52抽吸经过冷凝器盘管的环境空气冷却，所以它凝结成液体。打开的第三控制阀51允许冷凝物在重力下从冷凝器50经过第二管路53流到蒸发器54。当液体制冷剂流进蒸发器54中时，它冷却通过蒸发器扇58被抽吸经过蒸发器的环境空气。根据操纵者请求的加热/冷却设置，加热器控制器63可指示加热器控制阀62以允许流体从热源流进加热器中，以便实现驾驶室内所需的加热或冷却水平。
当穿过蒸发器54进入驾驶室56中的空气被冷却时，液态制冷剂又一次蒸发。ECU70关闭第三控制阀51并且打开第二控制阀48，从而允许蒸汽经由第三管路64流回反应器室42、44。当蒸汽再次进入室42、44时，它凝结且被吸收回盐中。为了辅助反应器38、40的冷却以及其中制冷剂蒸汽的凝结，ECU70可打开排出空气入口20、22中的一个，以便将环境空气而不是排出气体抽吸穿过反应器的翅片43。当空气入口20、22的任一个被打开时，排出管道16、18内的相应的文丘里管部分34、36起作用以穿过入口20、22将更多空气抽吸进入管道中，并且增加穿过翅片43的空气的质量流率。相反，如果反应器38、40需要被进一步加热，则空气/燃料燃烧器24的控制阀27、29可以被ECU命令以将空气/燃料混合物引进排出管道16、18中，以便当空气/燃料混合物在排气流中燃烧时增加排出气体的温度。或者，ECU70可仅命令空气/燃料燃烧器24的空气控制阀27打开，从而将另外的环境空气引进排出管道16、18中，以便辅助反应器38、40的冷却。
本发明从具有直接位于排出管道内的排出气体流中的反应器受益。由于能量从排气流到反应器的高效率转移，这样做确保了对反应器性能系数的高水平的排气。在系统中包括排出空气入口和/或空气/燃料燃烧器的情况下，由于将空气和/或空气/燃料混合物供给到管道中的排出空气入口和空气/燃料燃烧器可选择性地运行，本发明确保了排出管道并且因此穿过反应器内的温度可以被快速地调节。当排出空气入口打开时，排出管道内的文丘里管部分增强了通过抽吸穿过反应器的另外的空气流提供的冷却效果。
包括空气/燃料燃烧器的另一个益处在于，系统可以在发动机关闭的状态下运行，其中根据ECU命令燃烧器引进空气/燃料混合物还是纯空气，反应器被加热或被冷却。在运行期间，也可以通过控制空气/燃料燃烧器的空气和燃料控制阀来提高系统性能。
反应器也具有能量储存能力，这能使系统的功能在发动机关闭的状态下能够保持预定的时间而不需要开启空气/燃料燃烧器单元。最后，系统的部件可以被改造成车辆的HVAC系统而不需要显著地改变现有系统的现有冷凝器和蒸发器部件的结构和布局。
尽管本发明优选的实施方案包括具有两个平行管道的排出管路，但应理解，本发明可仅包括包含一个排出空气入口、文丘里管部分和反应器容器的一个排出管道。
尽管排出空气入口和空气/燃料燃烧器这两者都在本发明的优选的实施方案中示出，但应理解，系统可仅利用排出空气入口和空气/燃料燃烧器中的一个。实际上，系统可在不具有排出空气入口和/或空气/燃料燃烧器的情况下运行。
当反应器容器优选地是管形的时，其不限制于这种形状或具有环形横断面。例如，反应器可具有方形的、三角形的或矩形的横断面，其具有穿过反应器纵向延伸的中心通道。在这种情况下，排气流可被引导沿着容器的内表面和外表面。
空气/燃料燃烧器可被调节使得它可以改变从燃烧器引进至少一个排出管道中的空气/燃料的比率。
这些和其它的变形以及修改可以被包含而不脱离本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于具有内燃发动机的车辆的加热和冷却系统，所述系统包括：
至少一个排出管道，其将排出气体从所述发动机运走；
反应器容器，其位于所述排出管道中且容纳吸收剂盐和制冷剂流体；
冷凝器，其与所述反应器容器流体连通，当排出气体加热所述排出管道中的所述反应器容器时，所述冷凝器接纳来自所述反应器的制冷剂蒸汽；和
蒸发器，其可位于车辆的驾驶室中且与所述冷凝器和所述反应器容器流体连通，所述蒸发器接纳来自所述冷凝器的凝结的制冷剂，从而将环绕所述蒸发器的空气冷却且使制冷剂蒸汽返回所述反应器容器。
2.如权利要求1所述的系统，还包括空气/燃料燃烧器，所述空气/燃料燃烧器与空气源和燃料源流体连通，所述燃烧器可选择性操作以将空气或空气/燃料混合物引进所述反应器容器上游的所述至少一个排出管道中。
3.如权利要求1所述的系统，还包括排出空气入口，所述排出空气入口在所述反应器容器上游的所述至少一个排出管道中，所述空气入口在关闭位置和打开位置之间是可移动的，以选择性地允许环境空气被抽吸到所述排出管道中。
4.如权利要求3所述的系统，还包括文丘里管部分，所述文丘里管部分在所述排出空气入口和所述反应器容器之间的所述至少一个排出管道中。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述系统包括将排出气体从所述发动机运走的一对排出管道，每个排出管道包含与所述冷凝器流体连通的反应器容器、排出空气入口和在所述排出空气入口和所述反应器容器之间的文丘里管部分。
6.如权利要求1所述的系统，还包括：
空气/燃料燃烧器，其与空气源和燃料源流体连通，所述燃烧器可选择性操作以将空气或空气/燃料混合物引进所述反应器容器上游的所述至少一个排出管道中；和
排出空气入口，其在所述反应器容器上游的所述至少一个排出管道中，所述空气入口在关闭位置和打开位置之间是可移动的，以选择性地允许环境空气被抽吸到所述排出管道中。
7.如权利要求6所述的系统，还包括文丘里管部分，所述文丘里管部分在所述排出空气入口和所述反应器容器之间的所述至少一个排出管道中。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述系统包括将排出气体从所述发动机运走的一对排出管道，每个排出管道包含与所述冷凝器流体连通的反应器容器、排出空气入口和在所述排出空气入口和所述反应器容器之间的文丘里管部分。
9.如权利要求6至8中任一项所述的系统，还包括控制器，所述控制器致动所述空气/燃料燃烧器和/或排出空气入口以加热或冷却所述反应器容器。
10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述反应器是管形的容器，所述管形的容器具有外表面，所述外表面抵靠所述至少一个排出管道的内表面放置，并且所述管形的容器具有界定通道的内表面，所述排出气体穿过所述通道流动。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述反应器容器的内表面包括向内朝向所述通道的中心延伸的多个翅片，所述翅片将来自所述排出管道内的排出气体的热量传递到所述容器内的盐和制冷剂。
12.如前述权利要求中任一项所述的系统，还包括加热器，所述加热器可位于所述车辆的所述驾驶室中、邻近所述蒸发器，所述加热器具有加热器控制阀，所述加热器控制阀控制加热流体从热源到所述加热器的流动。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述加热流体是来自所述车辆的所述发动机的冷却剂。
14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述盐是从包括氯化锂和溴化锂的组中选择的，并且所述制冷剂是从包括水和甲醇的组中选择的。
15.一种车辆，包括：
内燃发动机；和
根据权利要求1至14中任一项的加热和冷却系统。
16.一种冷却具有内燃发动机的车辆的驾驶员环境的方法，所述方法包括如下步骤：
提供至少一个排出管道，用于将排出气体从所述发动机运走；
将反应器容器放置在所述排出管道中，所述容器容纳吸收剂盐和制冷剂流体；
将冷凝器流体地连接到所述反应器容器，使得当排出气体加热所述排出管道中的所述容器时，所述冷凝器接纳来自所述容器的制冷剂蒸汽；
将蒸发器放置在所述车辆的所述驾驶员环境中；
将所述蒸发器流体地连接到所述冷凝器和所述反应器容器，使得所述蒸发器接纳来自所述冷凝器的凝结的制冷剂，并且冷却环绕所述蒸发器的空气，且随后使制冷剂蒸汽返回所述反应器容器。
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