CN109823140A - 基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统及制冷方法，所述汽车空调制冷系统包括液态氢换热器和空调换热器，两者之间循环流动有空调制冷媒介。所述液态氢燃料电池包括储罐和气化器，所述储罐内的液态氢通入所述气化器之前先通入所述液态氢换热器，与所述液态氢换热器内的所述空调制冷媒介换热；换热后的所述空调制冷媒介通入所述空调换热器，与所述空调换热器内的空气换热。由于液态氢温度很低从而能够达到较好的制冷效果；而且，液态氢吸收空调制冷媒介的热量有利于增进液态氢的气化程度，从而达到废热利用的目的。而且本发明提供的汽车空调制冷系统无需压缩机、冷凝器等一系列设备，有利于节约空间，从而便于汽车空调整机的布置。

Description

基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统及制冷方法

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，特别是涉及一种基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统及制冷方法。

背景技术

现有的汽车空调制冷系统采用电动或者发动机带动的压缩机实现空调制冷媒介向高温高压气态化的转变，并利用冷凝器将高温高压的气态制冷媒介转变为液态，然后液态的制冷媒介经膨胀阀节流降压后流入蒸发器，在蒸发器内蒸发带走空气中的热量，实现制冷目的。

上述类型的汽车空调历经了长足的发展，已经趋近成熟。目前，采用燃料电池的汽车上，也仍然延续采用这种类型的汽车空调。基于目前燃料电池的发展趋势分析，随着制氢储氢技术逐渐提高，未来燃料电池汽车将越来越多的采用液态氢燃料电池。

为此，开发与液态氢燃料电池相适配的新型汽车空调系统,是燃料电池汽车未来发展过程中所面临的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统，所述液态氢燃料电池包括储罐和气化器，所述储罐内的液态氢通往所述气化器气化；所述汽车空调制冷系统包括液态氢换热器和空调换热器，两者之间循环流动有空调制冷媒介；所述储罐内的液态氢通入所述气化器之前先通入所述液态氢换热器，与所述液态氢换热器内的所述空调制冷媒介换热；换热后的所述空调制冷媒介通入所述空调换热器，与所述空调换热器内的空气换热。

本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统使空调制冷媒介与气化过程中的液态氢换热实现冷却空调制冷媒介的目的。由于液态氢温度很低从而能够达到较好的冷却效果；而且，液态氢吸收空调制冷媒介的热量有利于增进液态氢的气化程度，从而达到废热利用的目的；并且，与背景技术中的传统汽车空调制冷系统相比，本发明提供的汽车空调制冷系统无需压缩机、冷凝器等一系列设备，有利于节约空间，从而便于汽车空调整机的布置。

可选地，所述汽车空调制冷系统还包括蓄冷换热器，换热后的所述空调制冷媒介通入所述空调换热器前先通入所述蓄冷换热器，与所述蓄冷换热器内的蓄冷媒介换热。

可选地，所述汽车空调制冷系统还包括制冷阀和第一蓄冷阀；所述制冷阀串联于所述液态氢换热器出口与所述空调换热器进口之间；所述第一蓄冷阀串联于所述制冷阀进口与所述液态氢换热器出口之间；所述蓄冷换热器与所述第一蓄冷阀并联设置。

当所述制冷阀与所述第一蓄冷阀开启的状态下，所述汽车空调制冷系统处于直接空调模式；当所述制冷阀开启，所述第一蓄冷阀关闭的状态下，所述汽车空调制冷系统处于蓄冷空调模式。

可选地，所述汽车空调制冷系统还包括第二蓄冷阀，所述第二蓄冷阀并联于所述制冷阀进口和所述空调换热器出口之间。

当所述第二蓄冷阀开启，所述第一蓄冷阀、所述制冷阀关闭的状态下，所述汽车空调制冷系统处于节能蓄冷模式。

可选地，所述汽车空调制冷系统还包括驻车阀，所述驻车阀与所述液态氢换热器并联设置。

所述制冷阀开启，所述第一蓄冷阀关闭，所述驻车阀开启，若设置有第二蓄冷阀，同时关闭所述第二蓄冷阀，这种状态下，所述汽车空调制冷系统处于驻车空调模式。

可选地，所述蓄冷媒介为水。

可选地，所述空调制冷媒介为乙醇防冻液。

可选地，所述汽车空调制冷系统还包括膨胀箱，用于存储乙醇防冻液。

本发明还提供一种基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷方法，所述汽车空调制冷方法利用所述液态氢燃料电池的液态氢，使其在气化过程中与所述汽车空调的空调制冷媒介换热。

附图说明

图1为本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统的示意图。

图1中的附图标记如下：

01储罐，02液态氢阀，03气化器，04电堆；

11液态氢换热器，12空调换热器，13蓄冷换热器，131蓄冷池，132换热管，14制冷泵，15膨胀箱；

21制冷阀，22第一蓄冷阀，23第二蓄冷阀，24驻车阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文对基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统和制冷方法一并介绍。本文所述的进口和出口均是相对空调制冷媒介而言的。

请参考图1，图1为本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统的示意图。

如图1所示，本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统包括液态氢换热器11和空调换热器12。空调制冷媒介在液态氢换热器11和空调换热器12之间循环流动。

所述液态氢燃料电池包括储罐01、气化器03、液态氢阀02和电堆04，所述储罐01内的液态氢经所述液态氢阀02通往所述气化器03，在所述气化器03内气化后通往所述电堆04。当发动机启动时，所述液态氢阀02随之开启，当发动机停止启动时，所述液态氢阀02随之关闭。

所述储罐01内的液态氢通往所述气化器03之前先流入所述液态氢换热器11，与流经所述液态氢换热器11的空调制冷媒介相互换热；液态氢本身的低温性质，使其气化过程吸收大量热量，从而使空调制冷媒介冷却。

冷却后的空调制冷媒介流入所述空调换热器12，空调换热器12内还通入空气，空气与冷却后的空调制冷媒介换热，形成冷气释放出去，达到制冷目的。

如上所述，本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统使空调制冷媒介与气化过程中的液态氢换热实现冷却空调制冷媒介的目的。由于液态氢温度很低从而能够达到较好的冷却效果；而且，液态氢吸收空调制冷媒介的热量，有利于增进液态氢的气化程度，从而达到废热利用的目的；并且，与背景技术中的传统汽车空调相比，本发明提供的汽车空调系统无需压缩机、冷凝器等一系列设备，有利于节约空间，从而便于汽车空调整机的布置。

具体的，所述空调制冷媒介为乙醇防冻液。更具体的，所述汽车空调制冷系统还包括膨胀箱15，用于存储乙醇防冻液。

进一步的，如图1所示，所述汽车空调制冷系统还包括蓄冷换热器13。所述空调制冷媒介流经所述蓄冷换热器13，与所述蓄冷换热器13内的蓄冷媒介换热。

具体的，所述蓄冷换热器13包括蓄冷池131和置于所述蓄冷池131内的换热管132。所述蓄冷媒介存储于所述蓄冷池131内，具体的，所述蓄冷媒介为水。所述空调制冷媒介流经所述换热管132，与换热管132外的水换热，水凝结成冰(或冰浆)从而达到蓄存制冷量的目的。

这种设置方式下，当制冷量多于用冷负荷时，蓄冷换热器13存储多余的制冷量；当制冷量不足时，蓄冷换热器13释放存储的制冷量，以补充制冷，或者完全利用其存储的制冷量制冷，从而有利于节约能源，并可以规避制冷量与用冷负荷的不平衡问题。

具体的，如图1所示，所述汽车空调制冷系统还包括制冷阀21和第一蓄冷阀22。所述制冷阀21串联于所述液态氢换热器11出口与所述空调换热器12进口之间；所述第一蓄冷阀22串联于所述液态氢换热器11出口与所述制冷阀21进口之间。并且，上述蓄冷换热器13与所述第一蓄冷阀22并联设置。

也就是说，所述第一蓄冷阀22与所述制冷阀21串联设置，且相对空调制冷媒介的流向而言，所述第一蓄冷阀22位于所述制冷阀21之前。

而且，所述液态氢换热器11与所述制冷阀21之间还设置制冷泵14，用于向所述空调制冷介质提供循环动力，当然，制冷泵14并不局限于上述设置位置，只要设置于循环管路上即可。

在上述具体实施方式下，所述汽车空调系统可以实现如下运行模式：

直接空调模式：启动发动机，上述液态氢阀02开启；开启汽车空调系统的开关(空调A/C)；制冷泵14启动；制冷阀21开启；第一蓄冷阀22开启。此时，空调制冷媒介的流动路径分为两路，一路为：液态氢换热器11→第一蓄冷阀22→制冷阀21→空调换热器12→液态氢换热器11；另一路为：液态氢换热器11→蓄冷换热器13→制冷阀21→空调换热器12→液态氢换热器11。

蓄冷空调模式：启动发动机，此时上述液态氢阀02开启；开启汽车空调系统的开关(空调A/C)；制冷泵14启动；制冷阀21开启；第一蓄冷阀22关闭。此时，空调制冷媒介的流动路径为:液态氢换热器11→蓄冷换热器13→制冷阀21→空调换热器12→液态氢换热器11。

也就是说，在直接空调模式下，经液态氢冷却的空调制冷媒介主要供应于空调换热器12，当用冷负荷大时可以采用这种模式。而在蓄冷空调模式下，经液态氢冷却的空调制冷媒介的冷量大部分被蓄冷换热器13储存起来，当用冷负荷小时，可以采用这种模式。

更具体的，如图1所示，所述汽车空调制冷系统还包括驻车阀24，所述驻车阀24与所述液态氢换热器11并联设置。

这种实施方式下，所述汽车空调系统还可以实现驻车空调模式：发动机停止运转，此时上述液态氢阀02关闭；开启汽车空调系统的开关(空调A/C)；制冷泵14启动；制冷阀21开启；第一蓄冷阀22关闭；驻车阀24开启。此时，空调制冷媒介的流动路径为:液态氢换热器11→蓄冷换热器13→制冷阀21→驻车阀24→液态氢换热器11。

也就是说，驻车空调模式与上述蓄冷空调模式的不同在于：驻车空调模式下，发动机停止运转，液态氢供应停止，因而空调制冷媒介也无需再流经液态氢换热器11，因此驻车阀24开启。当然，理论上，也可以不设置驻车阀24。但是相比而言，设置驻车阀24，在驻车空调模式下可以规避空调制冷介质空流经液态氢换热器11而造成一定的换热损失。

更具体的，如图1所示，所述汽车空调制冷系统还包括第二蓄冷阀23，所述第二蓄冷阀23并联于所述制冷阀21进口和所述空调换热器12出口之间。

这种实施方式下，所述汽车空调系统还可以实现如下运行模式：

节能蓄冷模式：启动发动机，此时上述液态氢阀02开启；开启汽车空调系统的开关(空调A/C)；制冷泵14启动；制冷阀21关闭；第一蓄冷阀22关闭；第二蓄冷阀23开启；当设置驻车阀24时，驻车阀24关闭。此时，空调制冷媒介的流动路径为:液态氢换热器11→蓄冷换热器13→第二蓄冷阀23→液态氢换热器11。

也就是说，在节能蓄冷模式下，空调制冷媒介不再流经空调换热器12，使大量的制冷量被存储于蓄冷换热器13。

另外，当进行汽车空调除霜时，也可以直接采用上述节能蓄冷模式。或者，在进行汽车空调除霜时，也可以在上述节能蓄冷模式的基础上，使驻车阀24处于开启状态，即制冷泵14启动；制冷阀21关闭；第一蓄冷阀22关闭；第二蓄冷阀23开启；驻车阀24关闭。

综上所述，本发明提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统可以通过不同的控制策略实现多种模式，从而可以充分满足驾驶者的需求。

以上对本发明所提供的基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统及制冷方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷系统，所述液态氢燃料电池包括储罐(01)和气化器(03)，所述储罐(01)内的液态氢通往所述气化器(03)气化，其特征在于，所述汽车空调制冷系统包括液态氢换热器(11)和空调换热器(12)，两者之间循环流动有空调制冷媒介；所述储罐(01)内的液态氢通入所述气化器(03)之前先通入所述液态氢换热器(11)，与所述液态氢换热器(11)内的所述空调制冷媒介换热；换热后的所述空调制冷媒介通入所述空调换热器(12)，与所述空调换热器(12)内的空气换热。

2.根据权利要求1所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述汽车空调制冷系统还包括蓄冷换热器(13)，换热后的所述空调制冷媒介通入所述空调换热器(12)前先通入所述蓄冷换热器(13)，与所述蓄冷换热器(13)内的蓄冷媒介换热。

3.根据权利要求2所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述汽车空调制冷系统还包括制冷阀(21)和第一蓄冷阀(22)；所述制冷阀(21)串联于所述液态氢换热器(11)出口与所述空调换热器(12)进口之间；所述第一蓄冷阀(22)串联于所述制冷阀(21)进口与所述液态氢换热器(11)出口之间；所述蓄冷换热器(13)与所述第一蓄冷阀(22)并联设置。

4.根据权利要求3所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述汽车空调制冷系统还包括第二蓄冷阀(23)，所述第二蓄冷阀(23)并联于所述制冷阀(21)进口和所述空调换热器(12)出口之间。

5.根据权利要求3所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述汽车空调制冷系统还包括驻车阀(24)，所述驻车阀(24)与所述液态氢换热器(11)并联设置。

6.根据权利要求2-5任一项所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述蓄冷媒介为水。

7.根据权利要求1-5任一项所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述空调制冷媒介为乙醇防冻液。

8.根据权利要求7所述的汽车空调制冷系统，其特征在于，所述汽车空调制冷系统还包括膨胀箱(15)，用于存储乙醇防冻液。

9.基于液态氢燃料电池的汽车空调制冷方法，其特征在于，所述汽车空调制冷方法利用所述液态氢燃料电池的液态氢，使其在气化过程中与所述汽车空调的空调制冷媒介换热。