CN107328136A - 一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，涉及制冷设备或系统领域，包括主消声器、副消声器、换向器Ⅱ、电动调节阀和制冷工质回路，还包括主加热吸附床回路、辅助加热吸附床回路和冷却吸附床回路。本发明的有益效果是，利用本发明的技术方案制作的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，与现有技术相比，其装置结构简单，原理可靠，无运动部件，运行稳定，热效率高，不消耗常规能源，成本低，有效提高了燃料利用率和发动机性能，汽车节能减排效果十分显著。既适合小型家用汽车，也适合大型客、货车安装使用。

Description

一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷设备或系统领域，特别是一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置。

背景技术

随着此前几年汽车行业的飞速发展，汽车尤其是轿车的普及率越来越高，汽车空调作为 提高汽车乘坐舒适性的一种重要部件，已经被广大汽车制造企业以及消费者所认可，变得不 可或缺。另外，随着我国汽车工业的发展，汽车能耗与日俱增，汽车节能问题也越来越受关 注。节能环保新兴企业不仅在我国而且在全球未来的发展前景都是好的，有巨大发展空间， 而且应该是人类经济发展必然趋势。未来，一方面将更多地发展以信息产业为基础的高科技 产业，另一方面传统企业也将改进生产方式，提高能源利用率。国家已将节能环保产业作为 发展绿色经济、低碳经济、循环经济的主要支撑，而汽车空调作为高耗能产品更是成为了节 能研究的重中之重。

目前，研究较多的余热制冷形式主要包括：

(1)利用发动机冷却水余热和废气余热驱动溴化锂吸收式空调，通过计算表明所需换热 面积小，制冷效果良好，完全可以满足汽车空调负荷要求，但吸收式制冷系统复杂，造价高， 且不适于在运动状态下、颠簸的汽车中使用，因此其推广应用受限；

(2)余热与太阳能驱动汽车空调系统采用化学压缩制冷，但因借助了太阳辐射能使得整 套系统受气象因素限制较大，不能连续平稳运行，不是利用低品位发动机余热的好途径；

(3)基于蓄能器原理的汽车尾气余热利用系统，利用双循环特殊蓄能器，回收汽车尾气 余热，将其转化为液压能作为汽车启动和制动的动力源。但由于设备的热损失、热气涡轮的 的机械损失、液压回路的液压油泄露、液压马达机械损失等，使得理论设计回收尾气余热的 有效效率为9.85％。

发明内容

本发明的目的在于降低汽车空调的耗能，提供一种结构简单、无运动部件、热效率高、 运行稳定、不消耗常规能源的空调制冷方法，尤其是一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制 冷装置。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，包 括主消声器、副消声器、换向器Ⅱ、电动调节阀和制冷工质回路，还包括主加热吸附床回路、 辅助加热吸附床回路和冷却吸附床回路。

所述副消声器通过热管换热器Ⅰ与相变蓄热器相连，主消声器通过热管换热器Ⅱ与蓄热 水箱相连，副消声器和主消声器相连；所述主消声器内设有热管蒸发段，蓄热水箱内设有冷 凝段。

所述副消声器内设有热管蒸发段，相变式蓄热器内设有冷凝段且其工质是固液相变的蓄 热材料。所述热管蒸发段加三层横向环形肋片。

所述主加热吸附床回路包括蓄热水箱、循环水泵Ⅰ、三通阀和第二组吸附床，所述蓄热 水箱、循环水泵Ⅰ、三通阀和第二组吸附床依次通过管路循环连接。

所述辅助加热吸附床回路包括相变蓄热器、电动调节阀Ⅰ、三通阀、第一组吸附床、散 热器、冷却水箱和循环水泵Ⅱ，所述相变蓄热器、电动调节阀Ⅰ、三通阀、第一组吸附床、散热器、冷却水箱和循环水泵Ⅱ依次通过管路循环连接。

所述冷却吸附床回路包括冷却水箱、循环水泵Ⅲ、电动调节阀Ⅲ第一组吸附床、循环水 泵Ⅰ、散热器，所述冷却水箱、循环水泵Ⅲ、电动调节阀Ⅲ、第一组吸附床、循环水泵Ⅰ、散热器依次通过管路循环连接。

所述制冷工质回路包括第一组吸附床、冷凝器、节流阀、蒸发器、第二组吸附床、传质 通道和管路，所述第一组吸附床、冷凝器、节流阀、蒸发器、第二组吸附床、传质通道依次通过管路循环连接；所述制冷工质回路还包括换向器Ⅰ，所述换向器Ⅰ包括四个电磁阀，换向器Ⅰ的两端分别连接第一组吸附床和第二组吸附床，另外两端连接冷凝器和蒸发器。

所述换向器Ⅱ包括四个电磁阀，所述换向器Ⅱ的两端分别连接第一组吸附床和第二组吸 附床，另外两端连接蓄热水箱和散热器。

电动调节阀Ⅱ的一端连接循环水泵Ⅲ，另一端连接第二组吸附床。

优选的，所述蓄热水箱、相变式蓄热器、第一组吸附床、第二组吸附床和导管的外侧均 设有保温材料。

利用本发明的技术方案制作的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，与现有技 术相比，其装置结构简单，原理可靠，无运动部件，运行稳定，热效率高，不消耗常规能源， 成本低，有效提高了燃料利用率和发动机性能，汽车节能减排效果十分显著；既适合小型家 用汽车，也适合大型客、货车安装使用。

附图说明

图1是本发明所述一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置的框图。

图中，1、副消声器；2、热管换热器Ⅰ；3、相变蓄热器；4、蓄热水箱；5、热管换热器Ⅱ；6、主消声器；7、循环水泵Ⅰ；8、电动调节阀Ⅰ；9、三通阀；10、第一组吸附床；11、 第二组吸附床；12、回质通道；13、换向器Ⅰ；14、冷凝器；15、节流阀；16、蒸发器；17、 换向器Ⅱ；18、散热器；19、冷却水箱；20、循环水泵Ⅱ；21、循环水泵Ⅲ；22、电动调节 阀Ⅱ；23、电动调节阀Ⅲ。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及 较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，包括副消声器1、相变蓄热器3、蓄热水 箱4、主消声器6、换向器Ⅱ17、电动调节阀22、制冷工质回路，主加热吸附床回路、辅助加热吸附床回路和冷却吸附床回路。

副消声器1通过热管换热器Ⅰ2与相变蓄热器3相连，位于副消声器1与相变蓄热器3间的热管换热器Ⅰ的绝热段应有100mm长的45°弯折，交错弯向两侧，以保证插入相变蓄热器3内的热管蒸发段在相变蓄热器3内分散排列，与蓄热工质充分换热；主消声器6通过热管换热器Ⅱ5与蓄热水箱4相连，副消声器1和主消声器6相连。

第一个回路是主加热吸附床回路，其包括通过管路依次循环连接的蓄热水箱4、循环水 泵Ⅰ7、三通阀9和第二组吸附床11。其以蓄热水箱4为热源，水为工质，是闭式循环。工质在蓄热水箱4内吸收热量，在循环水泵7的推动下进入吸附床，在第二组吸附床11内被冷却后回到蓄热水箱4。

第二个回路是辅助加热吸附床回路，其包括通过管路依次循环连接的相变蓄热器3、电 动调节阀Ⅰ8、三通阀9、第一组吸附床10、散热器18、冷却水箱19和循环水泵Ⅱ20。以蓄热器3为热源，水为工质，是闭式循环。当蓄热水箱4所提供的热量不足时，工质在相变蓄 热器3内吸收热量，在循环水泵Ⅱ20的推动下进入第一组吸附床10，在第一组吸附床10内 被冷却后，先流经散热器18彻底冷却，再回到汽车冷却水箱19。

第三个回路是冷却吸附床回路，其包括通过管路依次循环连接的冷却水箱19、循环水泵 Ⅲ21、电动调节阀Ⅲ23、第一组吸附床10、循环水泵Ⅰ7和散热器18。以汽车冷却水箱19 为冷源，水为工质，是闭式循环。冷水从冷却水箱19出来，在循环水泵Ⅲ21的推动下进入第一组吸附床，在第一组吸附床中受热后，流经散热器18冷却，再回到汽车冷却水箱19。

第四个回路是制冷工质回路，包括通过管路依次循环连接的第一组吸附床10、冷凝器14、 节流阀15、蒸发器16、第二组吸附床11、传质通道12和管路17。其中，制冷工质回路还包 括换向器Ⅰ13，换向器Ⅰ13包括四个电磁阀，换向器Ⅰ13的两端分别连接第一组吸附床10 和第二组吸附床11，另外两端连接冷凝器14和蒸发器16。制冷工质先在一个吸附床内受热 解吸，造成吸附床内制冷工质压力不断上升，达到饱和值，在冷凝器14中凝结，凝结的制冷 工质储存在蒸发器16中。与此同时，冷却水箱19在循环水泵Ⅲ21的作用下向第一组吸附床 10、第二组吸附床11供冷水，制冷工质被吸附，造成吸附床内制冷工质压力不断降低，蒸发 器16中的制冷工质不断蒸发出来。在两个吸附床分别完全解吸和完全吸附后，打开回质通道 12进行回质。回质结束后通过切换换向器Ⅰ方向，使两个吸附床切换工作状态，达到连续制 冷，缩短循环周期。

换向器Ⅱ17的两端分别连接第一组吸附床10和第二组吸附床11，另外两端连接蓄热水 箱4和散热器18，起到连接冷却吸附床回路和主加热吸附床回路的作用。

电动调节阀Ⅱ22的一端连接循环水泵Ⅲ21，另一端连接第二组吸附床11，起到连接冷却 吸附床回路和主加热吸附床回路的作用。

热管换热器Ⅱ是依靠工质的相变来传递热量的，由于热管换热器Ⅱ的蒸发段位于消声器 空腔内，冷凝段位于蓄热水箱内，为避免因尾气流动受阻而影响主消声器性能，热管换热器 Ⅱ的蒸发段加三层横向环形肋片。同理，热管换热器Ⅰ的蒸发段也加三层横向环形肋片。把 消声器与热管换热器的蒸发端融为一体，充分利用了空间，同时，其换热效果比管壳式换热 器好。

相变蓄热器是依靠工质相变来储存热量的，所用蓄热工质的各种物理化学性质对于相变 蓄热器本身以及相变蓄热器内部的换热器具有重要影响，加上相变蓄热器体积不宜过大，故 其工质选择固液相变的蓄热材料。

蓄热水箱4、相变式蓄热器3、第一组吸附床10、第二组吸附床11和导管的外侧均设有 保温材料，来保护装置。

本装置的具体实施过程是，利用固体吸附式制冷方式进行制冷，所需的热量是由热管换 热器Ⅰ、热管换热器Ⅱ分别将将汽车排气管副消声器、主消声器中的废热导出，并分别储存 在相变蓄热器和蓄热水箱中。其中，蓄热水箱中的水可被热管换热器Ⅱ中的冷凝段加热到 80℃，并在循环水泵Ⅰ的推动下流经冷却吸附床回路的第一组吸附床，供给制冷剂受热解吸 使用；相变蓄热器接收由副消声器中导出的热量，并以相变潜热的形式储存，作为辅助热源 供给第一组吸附床使用，使装置在不同的工况下都能稳定运行。

采用汽车尾气余热作为驱动热源，主要采用在副消声器中蓄存的高温尾气余热，，既可以 消除汽车空调制冷过程中因消耗常规能源而导致的能耗高的问题，也可以降低尾气排放温度 从而缓解温室效应。

本装置的优点还在于，考虑到汽车尾气温度较高，本装置不仅考率了行驶与停车的连续 制冷，还考虑了汽车正常行驶与非正常行驶尾气排放量的差异，排放量大时，一部分热量蓄 存到蓄热器中，一部分在主消声器中通过热管换热器将热量传递给蓄热水箱，供吸附制冷用。 排放量小时，主消声器中供给的热量不足，这时就需要从蓄热器中取热，弥补主消声器热量 的不足。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不 脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只 要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应 将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施 例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案 均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，包括副消声器(1)、相变蓄热器(3)、主消声器(6)、蓄热水箱(4)、换向器Ⅱ(17)、电动调节阀(22)和制冷工质回路，其特征在于，还包括主加热吸附床回路、辅助加热吸附床回路和冷却吸附床回路；

所述副消声器(1)通过热管换热器Ⅰ(2)与相变蓄热器(3)相连，主消声器(6)通过热管换热器Ⅱ(5)与蓄热水箱(4)相连，副消声器(1)和主消声器(6)相连；

所述主加热吸附床回路包括蓄热水箱(4)、循环水泵Ⅰ(7)、三通阀(9)和第二组吸附床(11)，所述蓄热水箱(4)、循环水泵Ⅰ(7)、三通阀(9)和第二组吸附床(11)依次通过管路循环连接；

所述辅助加热吸附床回路包括相变蓄热器(3)、电动调节阀Ⅰ(8)、三通阀(9)、第一组吸附床(10)、散热器(18)、冷却水箱(19)和循环水泵Ⅱ(20)，所述相变蓄热器(3)、电动调节阀Ⅰ(8)、三通阀(9)、第一组吸附床(10)、散热器(18)、冷却水箱(19)和循环水泵Ⅱ(20)依次通过管路循环连接；

所述冷却吸附床回路包括冷却水箱(19)、循环水泵Ⅲ(21)、电动调节阀Ⅲ(23)第一组吸附床(10)、循环水泵Ⅰ(7)、散热器(18)，所述冷却水箱(19)、循环水泵Ⅲ(21)、电动调节阀Ⅲ、第一组吸附床(10)、循环水泵Ⅰ(7)、散热器(18)依次通过管路循环连接；

所述制冷工质回路包括第一组吸附床(10)、冷凝器(14)、节流阀(15)、蒸发器(16)、第二组吸附床(11)、回质通道(12)和管路，所述第一组吸附床(10)、冷凝器(14)、节流阀(15)、蒸发器(16)、第二组吸附床(11)、传质通道12依次通过管路循环连接；所述制冷工质回路还包括换向器Ⅰ13，所述换向器Ⅰ13包括四个电磁阀，换向器Ⅰ13的两端分别连接第一组吸附床(10)和第二组吸附床(11)，另外两端连接冷凝器(14)和蒸发器(16)；

所述换向器Ⅱ(17)包括四个电磁阀，所述换向器Ⅱ(17)的两端分别连接第一组吸附床(10)和第二组吸附床(11)，另外两端连接蓄热水箱(4)和散热器(9)；

电动调节阀Ⅱ(22)的一端连接循环水泵Ⅲ(21)，另一端连接第二组吸附床(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，其特征在于，所述主消声器(6)内设有热管蒸发段，蓄热水箱(4)内设有冷凝段。

3.根据权利要求1所述的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，其特征在于，所述副消声器(1)内设有热管蒸发段，相变式蓄热器3内设有冷凝段且其工质是固液相变的蓄热材料。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，其特征在于，所述热管蒸发段加三层横向环形肋片。

5.根据权利要求1所述的一种基于尾气废热的蓄能型汽车空调制冷装置，其特征在于，所述蓄热水箱(4)、相变式蓄热器3、第一组吸附床(10)、第二组吸附床(11)和导管的外侧均设有保温材料。