CN108819667A - 一种lng冷能与太阳能耦合利用客车空调系统 - Google Patents

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张燕玲
李梦楚
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Abstract

本发明提出一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，包括LNG钢瓶、太阳能电池、供气截止阀、汽化器、水浴式换热器、稳压阀、过滤器、缓冲罐、发动机、循环泵、电磁阀、空调风道、电辅助制冷模块和控制器。本发明将LNG冷能与太阳能相结合进行空调制冷，在充分利用LNG释放的冷量为LNG客车车厢供冷的同时，利用太阳能电辅助制冷解决实际情况下LNG冷量供应不足以满足供冷需求的问题。利用控制器对太阳能电池板、蓄电池和电辅助制冷模块进行监测，使太阳能电池板对蓄电池进行充电，蓄电池对电辅助制冷模块进行放电，保证客车在不同情况下空调的稳定性。因此，本发明实现了LNG冷能与太阳能耦合用于客车空调系统，且本发明结构简单，工艺简洁，便于推广使用。

Description

一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统
技术领域
本发明涉及汽车空调技术领域，特别是指一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统。
背景技术
LNG（Liquefied Natural Gas），即液化天然气，它的主要成分是甲烷，具有无色、无味、无毒且无腐蚀性的特点，是一种清洁能源。随着石油价格的提高，环境污染的严重以及国家政策的倾斜，使得天然气的发展对节能减排工作的推动起到了重要的作用。尤其是LNG在交通运输业的使用，大大提高了企业的经济效益。
近年来LNG在客车领域应用日益广泛，促进了LNG客车的发展。LNG客车有以下优势：第一，环保，LNG是液化之后的天然气，进行了脱氧、脱硫、脱水和除二氧化碳等净化处理，纯度比压缩天然气更高，燃烧后的有害物排放量更低；第二，续航里程更长，LNG体积约为同量气态天然气体积的1/600，同体积下的实际储存量远大于CNG，大大增加了续航里程；第三，安全性更高，LNG的自燃点温度一般在650℃以上，在空气中燃烧时的体积界限为5%～15%。它的储气钢瓶属于高压容器，其材质及制造、检验、试验在国内均有严格的规程要求与控制；第四，与传统燃料客车相比，起步平稳、爬坡能力强，经济性能好，按照8年报废计算，每台12m的LNG客车购车成本和维护成本比柴油客车高约7.065万元，但其燃料成本比柴油客车低约17.84万元；每台12m的LNG客车投入总成本比柴油客车低约10.775万元。所以在LNG、柴油价格基本持平的情况下，12m的LNG客车经济性优于柴油客车。综上所述，LNG客车行业优势明显，具有很好的发展前景。
LNG一般储存在温度为-162℃的低温绝热罐内，使用时需要汽化至10～40℃。因此，LNG与空气的潜热、显热交换温差为170～200℃，释放的冷量在850.3～914.5kJ/kg之间，所蕴含的冷量相当可观。LNG客车利用LNG气化过程中释放的冷量为空调系统供冷，取代了原有的机械式制冷机组，不仅节省了投资，而且消除了机械式制冷消耗的电能及压缩机带来的噪声污染，具有节能和环保的双重意义。但是，由于LNG客车仅仅依靠LNG释放的冷量不足以满足空调系统供冷需求，所以，系统需要增加电辅助制冷模块辅助制冷，以达到人体舒适性的要求。在辅助制冷过程中，电辅助制冷模块需要消耗额外的电能，由于LNG客车顶部有较大的利用空间，所以，本发明提出使用太阳能光伏发电技术为电辅助制冷模块提供电能。
太阳能是一种可再生能源，可免费使用、无需运输、对环境无任何污染，并且已经在各行各业上得到了广泛的应用。为了利用太阳能，人们发明了可以吸收太阳能并转化为电能的装置——太阳能电池。将太阳能电池安装在客车顶部发电，为蓄电池充电，达到为电辅助制冷模块提供电量的目的。在正常情况下，一台石油发电机的能源利用率约为25%，利用率最高的也只有50%~60%，而太阳能汽车的能源利用率却能达到95%，所以可以充分将其利用在客车上，以满足LNG冷量不足时空调系统的制冷要求。因此，LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统的有效利用，具有显著的现实意义和广阔的市场前景。
发明内容
本发明提出一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，解决了现有客车成本高、污染大的问题。其可在保证LNG正常气化和发动机正常运转的基础上，与低温无相变载冷剂进行冷量交换，供应以LNG为燃料的客车车厢的冷量，由于LNG冷量供应不足以满足供冷需求，需要电辅助制冷模块辅助供冷。安装在客车车顶的太阳能电池板产生电力，将车厢外的冷空气导入车内，驱除车内热气，达到降温目的。这种方法有效降低了运行费用，大大促进了对环境的保护，具有非常显著的节能及环保效果。
本发明的技术方案是这样实现的：一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，包括LNG钢瓶和太阳能电池，所述的LNG钢瓶与供气截止阀连接，供气截止阀与汽化器冷端进口连接，汽化器冷端出口与水浴式换热器冷端进口连接，水浴式换热器冷端出口与稳压阀连接，稳压阀与过滤器连接，过滤器与缓冲罐连接，缓冲罐与发动机燃气进口连接，发动机水套出口与水浴式换热器热端进口连接，水浴式换热器热端出口与发动机水套进口连接，汽化器的热端出口与循环泵连接，循环泵与电磁阀连接，电磁阀与汽化器的热端进口连接，电磁阀与汽化器之间的连通管道经过空调风道，空调风道与电辅助制冷模块连接，循环泵、电磁阀、电辅助制冷模块、蓄电池和太阳能电池板均与控制器电连接。
所述的汽化器的热端与储液罐连接，储液罐上设有注入口，储液罐的底部设有报警器，报警器与控制器电连接。
所述的汽化器的热端内为低温无相变载冷剂。
所述的空调风道设在车厢顶部的两侧，空调风道上设有出风口，出风口处设有温度传感器，空调风道内设有轴流风机，温度传感器与控制器电连接。
所述的太阳能电池板敷设于客车车顶及前车窗上部边缘。
本发明的特点是将LNG冷能与太阳能相结合进行空调制冷，在充分利用LNG释放的冷量为LNG客车车厢供冷的同时，利用太阳能电辅助制冷解决实际情况下LNG冷量供应不足以满足供冷需求的问题。利用控制器对太阳能电池板、蓄电池和电辅助制冷模块进行监测，使太阳能电池板对蓄电池进行充电，蓄电池对电辅助制冷模块进行放电，保证客车在不同情况下空调的稳定性。因此，本发明实现了LNG冷能与太阳能耦合用于客车空调系统，且本发明结构简单，工艺简洁，便于推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明原理图。
图2为太阳能辅助制冷原理图。
图中：1-LNG钢瓶，2-供气截止阀，3-汽化器，4-储液罐，5-注入口，6-报警器，7-水浴式换热器，8-稳压阀，9-过滤器，10-缓冲罐，11-发动机，12-循环泵，13-电磁阀，14-空调风道，15-出风口，16-温度传感器，17-轴流风机，18-太阳能电池板，19-电辅助制冷模块，20-控制器，21-蓄电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，包括LNG钢瓶1和太阳能电池18，所述的LNG钢瓶1与供气截止阀2连接，供气截止阀2与汽化器3冷端进口连接，汽化器3冷端出口与水浴式换热器7冷端进口连接，水浴式换热器7冷端出口与稳压阀8连接，稳压阀8与过滤器9连接，过滤器9与缓冲罐10连接，缓冲罐10与发动机11燃气进口连接，发动机11水套出口与水浴式换热器7热端进口连接，水浴式换热器7热端出口与发动机水套进口连接，汽化器3的热端出口与循环泵12连接，循环泵12与电磁阀13连接，电磁阀13与汽化器3的热端进口连接，电磁阀13与汽化器3之间的连通管道经过空调风道14，空调风道14与电辅助制冷模块19连接，循环泵12、电磁阀13、电辅助制冷模块19、蓄电池21和太阳能电池板18均与控制器20电连接。
所述的汽化器3的热端与储液罐4连接，储液罐4上设有注入口5，储液罐4的底部设有报警器6，报警器6与控制器20电连接。
所述的汽化器3的热端内为低温无相变载冷剂。
所述的空调风道14设在车厢顶部的两侧，空调风道14上设有出风口15，出风口15处设有温度传感器16，空调风道14内设有轴流风机17，温度传感器16与控制器20电连接。
所述的太阳能电池板18敷设于客车车顶及前车窗上部边缘。
本发明工作流程：LNG从LNG钢瓶中流出后经过供气截止阀，该阀门为LNG汽车专用阀，进入汽化器与低温无相变载冷剂换热，即载冷剂在管路中一直以液体的形式在管路中流动。汽化器上设有储液罐，储液罐设置在与整个系统管路的高点齐平的位置。储液罐上部设有注入口，下部设有报警器，报警器6用于储液罐液位较低时进行报警提醒。系统正常工作时，通过储液罐的注入口向整个装置充入载冷剂。同时，报警器可以使储液罐保持高于低液位的一定液位，从而保证整个系统载冷剂的充足供应不携带空气，同时也可避免换热过程中的载冷剂膨胀。汽化器通过管路与发动机相连接，LNG在汽化器中与低温无相变载冷剂交换热量，LNG受热气化升温，进入水浴式换热器中与来自发动机水套中的热水进行二次热量交换，然后分别通过稳压阀、过滤器、缓冲罐进入发动机，为其提供燃料。
汽化器中的低温无相变载冷剂与LNG换热后温度降低，然后进入循环泵，在循环泵的作用下通过电磁阀和管路进入车厢顶部一侧的空调风道，经过循环，从车厢顶部另一侧的空调风道通过管路再次进入汽化器。车厢顶部空调风道内均设有出风口和轴流风机，在出风口处设有温度传感器，即循环泵流出的低温无相变载冷剂经管路流至电磁阀，然后进入空调风道，并在轴流风机的作用下冷却风道内的空气，并经过出风口将冷空气送入客车车厢内部，低温无相变载冷剂经管路回到汽化器中。
如图2所示，敷设于客车车顶及前车窗上部边缘的太阳能电池板利用光伏发电技术，为电辅助制冷模块提供冷量。太阳能电池板经过控制器将电能储存在蓄电池中，蓄电池的输出电压为24V。当控制器监测到客车车厢内部温度偏离设定值时，将启动太阳能电辅助制冷模式，蓄电池对电辅助制冷模块进行放电，电辅助制冷模块与空调风道相连接，保证满足客车车厢内部空调需求。循环泵、电磁阀、温度传感器、太阳能电池板、电辅助制冷模块和蓄电池都与控制器相连接，在可控范围内保证整个系统的安全稳定地运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，包括LNG钢瓶（1）和太阳能电池（18），其特征在于：所述的LNG钢瓶（1）与供气截止阀（2）连接，供气截止阀（2）与汽化器（3）冷端进口连接，汽化器（3）冷端出口与水浴式换热器（7）冷端进口连接，水浴式换热器（7）冷端出口与稳压阀（8）连接，稳压阀（8）与过滤器（9）连接，过滤器（9）与缓冲罐（10）连接，缓冲罐（10）与发动机（11）燃气进口连接，发动机（11）水套出口与水浴式换热器（7）热端进口连接，水浴式换热器（7）热端出口与发动机水套进口连接，汽化器（3）的热端出口与循环泵（12）连接，循环泵（12）与电磁阀（13）连接，电磁阀（13）与汽化器（3）的热端进口连接，电磁阀（13）与汽化器（3）之间的连通管道经过空调风道（14），空调风道（14）与电辅助制冷模块（19）连接，循环泵（12）、电磁阀（13）、电辅助制冷模块（19）、蓄电池（21）和太阳能电池板（18）均与控制器（20）电连接。
2.根据权利要求1所述的LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，其特征在于：所述的汽化器（3）的热端与储液罐（4）连接，储液罐（4）上设有注入口（5），储液罐（4）的底部设有报警器（6），报警器（6）与控制器（20）电连接。
3.根据权利要求1所述的LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，其特征在于：所述的汽化器（3）的热端内为低温无相变载冷剂。
4.根据权利要求1所述的LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，其特征在于：所述的空调风道（14）设在车厢顶部的两侧，空调风道（14）上设有出风口（15），出风口（15）处设有温度传感器（16），空调风道（14）内设有轴流风机（17），温度传感器（16）与控制器（20）电连接。
5.根据权利要求1所述的LNG冷能与太阳能耦合利用客车空调系统，其特征在于：所述的太阳能电池板（18）敷设于客车车顶及前车窗上部边缘。
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