CN201362152Y - 大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，包括独立安装在车体上的冷凝器、蒸发器、吸收器、发生器以及与发动机冷却系统相连通的换热器，所述蒸发器、换热器、发生器、吸收器和冷凝器依次通过连接管连接并且所述冷凝器和蒸发器之间通过节流阀连接形成密闭的制冷循环回路。通过将制冷设备中构成制冷循环回路的冷凝器、蒸发器、吸收器、发生器和换热器分别独立安装在车体上，再通过连接管相互连接形成一个密闭的回路，从而可以有效利用车内外的有限空间，解决了现有技术中利用发动机余热驱动的吸收式制冷设备因体积过于庞大而无法应用至车辆上的问题。

Description

大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备

【技术领域】

本实用新型涉及一种制冷装置，更具体地说，涉及一种适用于大中型车的发动机余热驱动的吸收式制冷设备。

【背景技术】

利用热能制冷技术通常有两种：吸收式和吸附式。这两种制冷设备的体积均比目前广泛使用的压缩式制冷设备大，其中吸附式制冷设备又比吸收式大得多。如果利用发动机余热作为驱动力给车辆提供冷能，从体积和重量的角度来看，采用吸收式制冷技术比较有优势。对于轿车、轻型和微型客车而言，底盘下、车顶和发动机仓中没有多余空间，只有大中型客车、工程车辆、野外作业车、某些军用车辆等有较充足的空间来安装余热驱动的吸收式制冷设备。

固定设置在地面的利用热能驱动的吸收式制冷技术已臻成熟。在最近10年，我国的吸收式制冷机研究和开发在质和量两个方面都有飞跃性发展，在驱动热源方面，已成功开发出蒸汽式、燃气式、燃油、热水、乏汽、废气等空调产品；在效数和级数方面，有单效、双效、三效、单级、双级；在容量上，涵盖了10～5500kW制冷范围。吸收式制冷系统通常是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵等组成。整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，吸收剂吸收了液化的制冷剂后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器组成。制冷剂气体在冷凝器中被冷凝，产生的制冷剂液体经节流后到蒸发器蒸发制冷。溶液回路由发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过加热时溶液中的制冷剂重新蒸发出来，送入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来的高浓度，进入吸收器，吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要冷却吸收液。

如果能够利用车辆发动机的余热驱动车辆冷暖空调，为车厢在夏季提供冷气，冬季提供暖风，可以达到节能的效果。据测算，大中型客车用的氟利昂蒸汽压缩式冷气机的油耗占总油耗的15-20％，暖气机的油耗则接近25％。在经济欠发达国家与地区，客车的保有量及需求量较高，车辆空调消耗的燃油量也相当可观。以中国大陆为例，2006年我国大型客车保有量为18万辆，中型客车保有量为65万辆；大型客车需求量为2.5万辆，中型客车需求量为6.9万辆，大中型客车空调装机率为61％。预计到2008年，全国大中型客车产量将达到24万台，其中空调车的需求量将达到17万台左右。大型客车的空调配套比例将达到90％，而中型客车也将达到70％左右；到2010年，我国营运客车总量将达到220万辆，其中大中型客车总量将达到105万辆，高级客车在客车总量中所占比例将达到25％以上，中级客车所占比例将达到50％以上。到2010年，高速公路和国道主干线客运将全部实现中高级客车经营，城乡客运要从普通客车为主转变为中级客车为主。如果平均每台空调需要动力15kW，全部大中型客车空调需要动力1260万kW，相当于6万辆220kW大客车主发动机功率，或12座大亚湾核电站的装机容量。如能在客车上实现利用发动机尾气进行制冷的技术，将会节省大量的能源。

车用发动机中燃油产生的热量基本上分为三大部分，其中30-35％转化为机械能，各30％左右通过尾气和冷却系统排放到大气环境中。如果尾气与冷却液废热被充分利用，燃油热能利用率就可从目前的33％左右提高到60％以上。

目前国际上研究该项目需要解决的关键技术主要有以下几个方面：

(1)成熟的热量制冷设备因为体积庞大和重量过大而无法直接应用于空间局促、载重有限的车辆上。

(2)成熟的热量制冷设备由于只能用于地面静止环境下而无法应用于颠簸、摇晃的大中型车辆上。

(3)在大中型车辆的发动机怠速工况下(车速小于10km/h)，发动机水箱和尾气的余热不足以驱动制冷装置向车厢内供应足够的冷气。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在成熟的热量驱动的吸收式制冷设备因体积庞大和重量过大而无法应用于大中型车辆上的缺陷，提供一种适用于大中型车辆安装的大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，包括独立安装在车体上的冷凝器、蒸发器、吸收器、发生器以及与发动机冷却系统相连通的换热器，所述蒸发器、换热器、发生器、吸收器和冷凝器依次通过连接管连接并且所述冷凝器和蒸发器之间通过节流阀连接形成密闭的制冷循环回路。

在本实用新型所述的大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述换热器设置在发动机排气总管和消声器之间。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述蒸发器和冷凝器设置在车体顶部或车体尾部发动机和车顶之间的位置。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述发生器和/或吸收器设置在车厢底板下或车体尾部发动机和车顶之间的位置。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述节流阀为设置在冷凝器和蒸发器之间的节流孔板或拉伐尔降压喷管。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述冷凝器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述吸收器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，所述蒸发器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

在本实用新型所述的所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中，还包括设置在车体上的利用发动机驱动的氟利昂蒸汽压缩式制冷装置。

实施本实用新型的大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，具有以下有益效果：通过将制冷设备中构成制冷循环回路的冷凝器、蒸发器、吸收器、发生器和换热器分别独立安装在车体上，再通过连接管相互连接形成一个密闭的回路，从而可以有效利用车内外的有限空间，解决了现有技术中利用发动机余热驱动的制冷设备因体积过于庞大和重量过大而无法应用至车辆上。另外，与传统的热量驱动的吸收式制冷设备相比较，取消了两个溶液热交换器，从而减轻了整个制冷系统的重量。直接将换热器与发动机的冷却系统连接，利用发动机冷却系统中排出的冷却水中的热量驱动整个制冷循环，还可进一步地将换热器设置在发动机排气总管和消声器之间，使得制冷循环回路还能从尾气中获得热量，进一步提高了能源的使用率，达到节省能源的目的。

冷凝器、吸收器采用风机与环境大气进行热交换、蒸发器采用风机冷却车厢内空气，取消蒸发器的冷冻水装置，进一步减轻了整体的重量。更进一步地，可用注塑纤维增强塑料代替沉重的冷凝器、蒸发器等的金属壳体，更进一步地减轻了整体的重量，并且塑料壳体不受溴化锂溶液腐蚀，不产生不凝性气体。

更进一步地，通过在冷凝器和蒸发器之间设置节流孔板或拉伐尔降压喷管；并且蒸发器与冷凝器的安装高度高于发生器与吸收器一定高度，可防止制冷剂从蒸发器中进入冷凝器中，使得制冷设备即使在颠簸、摇晃的路面也能适应。

更进一步地，还可在车体上增设一套小负荷的由发动机驱动的压缩式制冷装置。在发动机处于小功率工况时，发动机产生的余热不足以驱动制冷设备向车厢内供应足够的冷气，可以用该小负荷制冷装置来弥补。

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

【附图说明】

图1是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷装置的优选实施例中车体的整体结构示意图；

图2是图1中车体的俯视图；

图3是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备的优选实施例中制冷设备的整体结构示意图；

图4是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中节流孔板的结构示意图；

图5是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中拉伐尔降压喷管的一种结构示意图；

图6是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中拉伐尔降压喷管的另一种结构示意图；

图7是本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备中拉伐尔降压喷管的再一种结构示意图。

【具体实施方式】

如图1、2、3所示，在本实用新型所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备的优选实施例中，包括冷凝器1、蒸发器2、换热器3、发生器4、吸收器5。将冷凝器、蒸发器、换热器、发生器、吸收器分别独立安装在车体20上，再通过连接管将各部分连接起来形成密闭的制冷循环回路，从而有效利用车内外的有限空间。吸收器和发生器最好采用浸没式结构，以利于减小结构尺寸。其中，蒸发器和吸收器之间通过第一连接管11连接；换热器与发动机的冷却系统及排气总管系统连通，使得发动机冷却系统与排气系统的热量与换热器进行热交换，最好将换热器设置在发动机排气总管6和消声器7之间，使得发动机排出的尾气能够和换热器进行热交换，利用发动机的冷却液和废气中的热量驱动整个制冷循环回路，从而提高能源的利用率，减少能源消耗。换热器和发生器之间通过第二连接管12连接；发生器和吸收器之间通过第三连接管13连接；发生器和冷凝器之间通过第四连接管14连接；冷凝器和蒸发器之间设有节流阀8。最好用注塑纤维增强塑料等材料制作冷凝器、蒸发器等的壳体(塑料外壳完全能够抵抗一个大气压的压力，并且不受溴化锂等制冷剂溶液的腐蚀)，从而减轻整个设备的重量。最好将冷凝器、吸收器、蒸发器设置为通过风机与车厢外部环境大气进行热交换，改水冷为空冷，进一步减轻整个设备的重量，减小车辆载荷。风机可以是轴流风机或离心风机或横流风机等。

蒸发器和冷凝器最好设置在车体顶部21或车体尾部22发动机和车顶之间的位置，使得蒸发器和冷凝器高于吸收器和发生器，防止溴化锂溶液进入蒸发器和冷凝器。同理，发生器和/或吸收器最好设置在车厢底板23下或车体尾部发动机和车顶之间的位置(此时蒸发器与吸收器须设置在车顶)。同时，最好设置节流阀为节流孔板81，如图4所示；也可设置节流阀为拉伐尔降压喷管82，其结构可设置为喉部为光滑曲面或者圆柱面的结构，如图5、6所示；其结构也可设置为两个圆锥状管结构，如图7所示。

工作时，从发动机出来的90℃左右的冷却液在换热器中被500℃左右的尾气加热到97℃左右后，进入发生器，加热发生器中含有高压液态制冷剂的稀溶液，使得制冷剂吸热蒸发后形成高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器中，同时发生器中的稀溶液变为浓溶液进入吸收器中；制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷凝后形成低压的液态制冷剂，流过节流阀被降压后进入蒸发器中；低压液态制冷剂在蒸发器中吸收车厢内的热量后形成低压气态制冷剂进入吸收器，从而将车厢内空气降温；低压气态制冷剂在吸收器中被加压并放热形成高压液态制冷剂，并与浓溶液混合变为稀溶液后进入发生器中，完成一个制冷循环。

还可设有一套由发动机驱动的制冷装置40，本实施例采用小载荷的压缩式制冷机组作为辅助的制冷装置，如氟利昂蒸汽压缩式制冷空调等，该制冷装置可设置在车体尾部，其蒸发器41可设置在车顶，压缩机42和冷凝器43可设置在车体底部或车体尾部。当车辆处于怠速等小功率工况时，压缩式空调工作；当车辆正常行驶时，自动切换到余热制冷空调。两套空调之间转换和各自运转均由电子控制系统自动完成。由于车辆制冷量主要消耗在车辆以较高时速行驶时，与外界空气的强制对流换热和车体密封处漏风所带入的热量，而在怠速和小功率工况；车厢内的温升主要来自乘员散热和阳光照射，此时所需的制冷量基本可由发动机驱动的这套压缩式制冷装置提供即可。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1、一种大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，包括独立安装在车体上的冷凝器、蒸发器、吸收器、发生器以及与发动机冷却系统相连通的换热器，所述蒸发器、换热器、发生器、吸收器和冷凝器依次通过连接管连接并且所述冷凝器和蒸发器之间通过节流阀连接形成密闭的制冷循环回路。

2根据权利要求1所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述换热器设置在发动机排气总管和消声器之间。

3、根据权利要求1所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述蒸发器和冷凝器设置在车体顶部或车体尾部发动机和车顶之间的位置。

4、根据权利要求1所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述发生器和/或吸收器设置在车厢底板下或车体尾部发动机和车顶之间的位置。

5、根据权利要求1至4中任一项所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述节流阀为设置在冷凝器和蒸发器之间的节流孔板或拉伐尔降压喷管。

6、根据权利要求5所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述冷凝器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

7、根据权利要求5所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述吸收器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

8、根据权利要求5所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，所述蒸发器通过风机与车厢外部环境大气实现空冷。

9、根据权利要求1所述大中型车发动机余热驱动的吸收式制冷设备，其特征在于，还包括设置在车体上的利用发动机驱动的压缩式制冷空调。

Images