CN202442430U - 太阳能冷管汽车空调系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能冷管汽车空调系统，包括空调箱、太阳能冷管、吸附床冷却液管路、冷凝液管路、冷冻水管路、总冷凝器、冷冻水泵及冷却水泵，采用水做为制冷剂。太阳能冷管内由上到下为吸附床、冷凝器和蒸发器，其中吸附床内填充复合吸附剂，具有传热传质与吸附脱附性能。太阳能冷管制冷循环由脱附阶段和吸附阶段组成，在脱附阶段时制冷剂蒸汽从复合吸附剂中脱附散热，吸附阶段时蒸发器内制冷剂汽化吸热，产生的冷量即可传至空调箱用作车内制冷。由于采用水作为制冷剂，因此对环境无任何影响；该系统利用太阳能冷管吸附作用实现水的气液两相变化从而提供冷量，无需消耗额外的燃油，因此空调系统开启时对汽车的动力性能没有影响。

Description

太阳能冷管汽车空调系统

技术领域

本实用新型涉及汽车空调系统，特别涉及太阳能冷管汽车空调系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，汽车已经成为我们的日常生活用品，人们对汽车的舒适性要求也越来越高。汽车空调系统给用户带来了舒适的环境，当前几乎所有汽车都配备了空调系统。

但是当前汽车空调系统由于先天性的原因而具有两大缺点：其一，空调制冷剂对环境的破坏。当今世界几乎所有的量产车的空调系统使用的制冷工质都是氟利昂类物质。虽然空调制冷工质从原先的R12更新到现在最常用的R134a，其对环境的破坏力已经有了很大程度的减小，但是仍然没能摆脱其作为一种氟利昂类物质带来的臭氧层破坏、温室效应。即便是普通太阳能汽车空调系统，其太阳能的作用也仅仅是为电池提供电能来驱动空调，而汽车空调的制冷工质依然是氟利昂类物质，因此对环境的破坏力与常规汽车空调系统无异。其二，常规汽车空调系统需要消耗燃油，因此其运行是以牺牲汽车的动力性能为代价的。很多用户在夏季开空调的时候抱怨汽车加速无力，但是空调关闭后汽车加速性能很好，可见，在应用现有汽车空调系统时，汽车的动力性能和舒适性能不能同时满足。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种新型的汽车空调系统，不需要使用氟利昂等对环境有害的物质作为制冷剂，同时保证在开启空调系统时不会损失汽车的动力性能。

为实现上述目的，本实用新型采取了如下的技术方案：

本实用新型提供的一种太阳能冷管汽车空调系统，包括空调箱、太阳能冷管、吸附床冷却液管路、冷凝液管路、冷冻水管路、总冷凝器、冷冻水泵及冷却水泵。

所述太阳能冷管外部为涂有选择性涂层的玻璃套管，用于吸收太阳能，内部由上到下分别为吸附床、冷凝器和蒸发器。

所述吸附床的外壁为多层真空管，内部填充复合吸附剂，具有传热传质和脱吸附性能；在所述吸附床中部埋有中芯导热管，其内流动冷却水，用于在吸附阶段使吸附床迅速降温，实现所述吸附床在阳光下高效集热与离开阳光后有效散热。

所述蒸发器内装有用作制冷剂的水，制冷剂蒸汽进入所述冷凝器中被冷凝后，形成的冷凝水回流至所述蒸发器内。

多根所述太阳能冷管通过所述吸附床冷却液管路并联，所述吸附床冷却液管路的两端与所述第一总冷凝器相连，并且该管路上安装有所述第一冷却水泵，用于驱动所述吸附床冷却液管路中冷却水的流动。

所述冷凝液管路安装在并联的多根所述太阳能冷管的冷凝器对应的位置外部，其内流动冷却水，用于将所述冷凝器内的制冷剂蒸汽冷凝并带走制冷剂冷凝热量，所述冷凝液管路的两端与所述第二总冷凝器连接，并且该管路上安装有所述第二冷却水泵，用于驱动所述冷凝液管路中冷却水的流动。

所述冷冻水管路安装在并联的多根所述太阳能冷管的蒸发器对应的位置外部，其内流动冷冻水，用于吸收所述蒸发器内制取的冷量，所述冷冻水管路与所述空调箱的两端相连，并且在所述冷冻水管路上安装冷冻水泵，用于驱动循环管路中冷冻水的流动。

脱附阶段时，从所述吸附床填充的吸附剂内脱附出来的制冷剂蒸汽流至所述冷凝器内，所述冷凝液管路由所述第二冷却水泵驱动开始循环，制冷剂蒸汽冷凝回流至所述蒸发器，冷凝所释放的热量由所述冷凝液管路传至所述第二总冷凝器与空气进行热交换。

吸附阶段时，所述吸附床冷却液管路由所述第一冷却水泵驱动开始循环，进而带动所述中芯导热管内冷却水循环，所述吸附床吸附周围的制冷剂蒸汽，所述蒸发器内制冷剂汽化，该汽化产生的冷量由所述冷冻水管路输送至所述空调箱并传至汽车内部。

优选地，所述吸附床冷却液管路和所述冷凝液管路共用一个冷却水泵和总冷凝器，即所述第一冷却水泵和第二冷却水泵为同一个冷却水泵，所述第一总冷凝器和第二总冷凝器为同一个总冷凝器。

在所述吸附床冷却液管路与所述总冷凝器连接的两端，分别安装第一截止阀和第三截止阀，在所述冷凝液管路与所述总冷凝器连接的两端，分别安装第二截止阀和第四截止阀。

当空调系统处于脱附阶段时，所述第二、第四截止阀开启，所述第一、第三截止阀关闭，此时，所述冷凝液管路与所述总冷凝器相通，所述冷凝液管路内冷却水循环流动，而所述吸附床冷却液管路呈关闭状态。

当空调系统处于吸附阶段时，所述第一、第三截止阀开启，所述第二、第四截止阀关闭，此时，所述吸附床冷却液管路与所述总冷凝器相通，所述吸附床冷却水管路内冷却水循环流动，而所述冷凝液管路呈关闭状态。

优选地，所述第一-第四截止阀的开关通过蒸发器冷冻水位控制法进行控制，也可通过吸附床温度控制法进行控制。

所述蒸发器冷冻水位控制法，即当冷冻水位低至一设定值时，说明此时处于脱附阶段，所述第一-第四截止阀按照脱附阶段的需求进行开启或关闭，当冷冻水位高于一设定值时，说明循环进入吸附阶段，所述第一-第四截止阀按照吸附阶段的需求进行开启或关闭。此时，使用机械式的浮球阀作为传感器，通过感应冷冻水位的高低，或者使用电子湿度传感器通过感应吸附床附件的湿度，从而间接反应冷冻水位，并将信号发送给第一-第四截止阀从而控制其开启或关闭。

所述吸附床温度控制法，即当吸附床温度高于一设定值时，说明此时空调系统处于脱附阶段，所述第一-第四截止阀按照脱附阶段的需求进行开启或关闭，当吸附床温度低于一设定值时，说明循环进入吸附阶段，所述第一-第四截止阀按照吸附阶段的需求进行开启或关闭。此时，使用温度传感器感应吸附床的温度，并将信号发送至第一-第四截止阀从而控制其开启或关闭。

优选地，所述吸附床外壁的多层真空管为由玻璃内管和玻璃外管组成的双层真空管。

优选地，所述吸附床内填充的复合吸附剂采用沸石分子筛-水作为吸附工质对，也可采用活性炭-甲醇作为吸附工质对。

优选地，所述吸附床中埋有4根所述中芯导热管，每两根所述中芯导热管在底部连通，形成U型导热管。

优选地，在所述冷却水泵和所述总冷凝器之间，以及所述冷冻水泵和所述空调箱之间，分别安装一个第五截止阀和第六截止阀，用于控制所述管路的开启和关闭。

优选地，所述太阳能冷管安装在车顶处，并且所述太阳能冷管有偏向于所述蒸发器侧的一个小于10°的斜倾角，使所述冷凝器中制冷剂蒸汽冷凝液化后可以在重力作用下自动流入所述蒸发器内。

所述太阳能冷管汽车空调系统采用水作为制冷剂，避免了因使用常规制冷剂氟利昂而对环境造成的破坏；另外，该空调系统利用太阳能冷管吸附作用实现水的气液两相变化从而提供冷量，而无需消耗额外的燃油，因此空调系统开启时对汽车的动力性能没有影响，这样，对汽车的动力需求和舒适性要求能同时得到满足。

附图说明

图1为太阳能冷管剖面图；

图2为图1所示太阳能冷管的俯视图；

图3为太阳能冷管空调系统示意图；

图4为太阳能冷管空调系统的安装分布图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个优选实施例做详细描述。

如图1-图2所示，太阳能冷管8包括中芯导热管101、102、103、104，玻璃内管2，玻璃外管3，玻璃套管4，吸附床5，冷凝器6和蒸发器7。太阳能冷管8的上部设有吸附床5，吸附床5填充复合吸附剂，采用沸石分子筛-水作为吸附工质对(也可采用活性炭-甲醇等其他工质对)。吸附床5由复合吸附剂整体成型，具有较好的传热传质与脱吸附性能。吸附床5的外壁为由玻璃内管2和玻璃外管3组成的双层真空管，外面还套有一个带选择性涂层的玻璃套管4，用于高效吸收太阳能并大大降低热损。吸附床5中部埋有中芯导热管101-104，其中，中芯导热管101和103组成U型密闭管路，中芯导热管102和104组成U型密闭管路，这两个密闭管路内为循环流动的冷却水。中芯导热管101和102为冷却水入水管，中芯导热管103和104为冷却水出水管。中芯导热管101-104在吸附阶段，其内流动的冷却水，可以使吸附床5迅速降温，实现吸附床5在阳光下高效集热与离开阳光后有效散热。在太阳能冷管8中，吸附床5的下部，依次设有冷凝器6和蒸发器7，蒸发器7内装有制冷剂——水。每一根太阳能冷管8均可形成一个单独的制冷单元。

如图3所示，根据车内负荷的要求，将若干根太阳能冷管8制冷单元通过吸附床冷却液管路9并联到一起组合成一个太阳能冷管空调系统。在冷凝器6外部设有冷凝液管路10，其内流动冷凝水，用于将冷凝器6内的制冷剂蒸汽进行冷凝，变成液体制冷剂。制冷剂液体靠自身重力作用流到蒸发器7储存起来。蒸发器7外部设有冷冻水管路11，用于吸收由蒸发器7制取的冷量并将冷量输送至空调箱12中。冷冻水管路11与空调箱12的出口端之间安装一个冷冻水泵21，冷冻水泵21与空调箱12出口端之间安装第六截止阀20。

太阳能冷管制冷循环由脱附过程和吸附过程组成，脱附过程时冷凝器6需要冷却水，吸附过程时吸附床5上的中芯导热管内也需要冷却水，这两个过程需要相同的载体-冷却水，而在时间上又没有冲突。为使空调系统的整体结构紧凑并缩减成本，可将吸附床冷却液管路9和冷凝液管路10通过第一截止阀14、第二截止阀15、第三截止阀16、第四截止阀17连接到同一个总冷凝器13，通过切换4个截止阀实现两个冷却水环路的循环，并将热量带到总冷凝器13，通过风扇(图上未示出)的强制对流热交换将热量散发到大气。其中，吸附床冷却液管路9和冷凝液管路10管路的一端分别通过第一截止阀14和第二截止阀15后并联到一根管路上并继而与总冷凝器13的入口相连，吸附床冷却液管路9和冷凝液管路10管路的另一端分别通过第三截止阀16和第四截止阀17后并联到一根管路上并继而与总冷凝器13的出口相连。在总冷凝器13的出口端设置一个冷却水泵18，冷却水泵18和总冷凝器13之间安装第五截止阀19。

在将该太阳能冷管汽车空调系统安装到车身时，如图4所示，冷冻水管路11从车顶左侧出来以后经左边梁、左A柱至控制台底下的空调箱12；吸附床冷却液管路9从车顶右侧出来后经右边梁，并与冷凝液管路10汇合，经右A柱至发动机舱内的总冷凝器13。若干太阳能冷管8经并联形成太阳能冷管空调系统后固定在车顶，便于吸收太阳辐射，同时该管路系统有偏向于蒸发器7侧的一个较小的斜倾角(小于10°)，便于太阳能冷管内的制冷剂-水在脱附阶段经冷凝器6冷凝后在重力作用下流入蒸发器7。

太阳能冷管汽车空调系统开启后，太阳能冷管通过吸附阶段和脱附阶段的往复循环制取冷量。

空调系统尚未开启时，只要蒸发器7内冷冻水位没有达到最高值，太阳能冷管8工作在脱附阶段，直至冷冻水位达到最高值，脱附阶段结束。当用户开启空调系统时，只要蒸发器7内冷冻水位没有达到最低值，则太阳能冷管8工作在吸附阶段；如果用户开启空调系统时蒸发器7内冷冻水位在最低值，则自动切换至脱附阶段，此时空调系统不提供冷量。

脱附阶段，车顶的太阳能冷管吸附床5接受太阳能辐射，温度升高，吸附床5内吸附剂(即制冷剂-水)气体压力上升，当吸附床5温度达到制冷剂脱附温度后开始脱附，当脱附出来的制冷剂蒸汽流到冷凝器6的时候，由于冷凝器6的温度低于制冷剂的此时压力下的饱和温度，于是制冷剂蒸汽开始在冷凝器6上进行冷凝，变成了液体的制冷剂，制冷剂冷凝热量通过冷凝液管路10中的冷却水向外输出，此时第二截止阀15、第四截止阀17开启，第一截止阀14、第三截止阀16关闭(吸附床冷却液管路处于关闭状态)。制冷剂液体靠自身重力作用流到蒸发器7储存起来。当蒸发器7内冷冻水位达到最高值，脱附阶段结束。

吸附阶段，中芯导热管101-104冷却水循环开启，第一截止阀14、第三截止阀16开启，第二截止阀15、第四截止阀17关闭(冷凝液管路10呈关闭状态)。吸附床5温度开始降低，当吸附床5温度降至吸附剂吸附温度的时候，吸附床5开始吸附周围的制冷剂蒸汽，随着吸附过程的进行，太阳能冷管8内制冷剂蒸汽的压力降低，当制冷剂蒸汽压力降至蒸发器7内液体制冷剂的饱和蒸汽压力时候，蒸发器7内的制冷剂开始汽化。在汽化的过程中，需要吸收汽化潜热来维持汽化，于是产生了制冷效果，蒸发器7制取的冷量可以通过冷冻水管路11输出，输送到空调箱12，再经空调箱12内的换热作用将冷量传递到车内。

当循环刚进入吸附阶段时，蒸发器7内的冷冻水位最高，此时中芯导热管内的冷却水循环开启，一直到冷冻水位到最低位，此时吸附阶段结束，该冷却水循环系统关闭。

在太阳能冷管汽车空调系统中，截止阀14-17开关的控制有多种方法：一种为蒸发器冷冻水位控制法，当冷冻水位低到一设定值，说明需要制取冷冻水，这时是脱附阶段，第二截止阀15、第四截止阀17开启，第一截止阀14、第三截止阀16关闭；当水位高到一设定值时，循环进入吸附阶段，第一截止阀14、第三截止阀16开启，第二截止阀15、第四截止阀17关闭。吸附床5内填充的复合吸附剂有饱和吸附量，在设计的时候，蒸发器7内装有的制冷剂有一定的盈余量，即如果蒸发器7内的制冷剂完全汽化，复合吸附剂无法完全将其吸附，当达到复合吸附剂的饱和吸附量时，蒸发器7内的水位即冷冻水位的最低值。通过机械式的浮球阀(图上未示出)感应蒸发器7内的水位，或者通过电子湿度传感器(图上未示出)感受吸附床5的湿度，当达到最大值时，意味着此时吸附床已经吸附饱和，则此时冷冻水位处于最低值，此时，机械式的浮球阀或电子湿度传感器即发送信号给截止阀14-17控制其开启或关闭。另一种为吸附床温度控制法，脱附阶段吸附床温度较高，第二截止阀15、第四截止阀17开启，第一截止阀14、第三截止阀16关闭；吸附阶段吸附床温度较低，第一截止阀14、第三截止阀16开启，第二截止阀15、第四截止阀17关闭。此时采用温度传感器(图上未示出)感应吸附床5的温度，当检测到的温度达到预设的值时，温度传感器即发送信号至截止阀14-17控制其开启或关闭。

吸附床冷却液管路9和冷凝液管路10中的冷却水循环流动的驱动力来自冷却水泵18，冷冻水循环流动的驱动力来自冷冻水泵21，第五截止阀19用于控制冷却水循环的开启和关闭，第六截止阀20用于控制冷冻水循环的开启和关闭。太阳能冷管汽车空调系统开启后，冷却水泵18、冷冻水泵21以及与总冷凝器13集成的风扇都同时运行，保证制冷循环的正常进行。

不同种类和大小的太阳能冷管其单管制冷量不同，因此，在安装太阳能冷管汽车空调系统时，所需的太阳能冷管的数量，由满足汽车在夏季最不利工况下所需的最大冷负荷及单根太阳能冷管的制冷量共同决定。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (9)

1.一种太阳能冷管汽车空调系统，包括空调箱，其特征在于，还包括太阳能冷管、吸附床冷却液管路、冷凝液管路、冷冻水管路、总冷凝器、冷冻水泵及冷却水泵；

所述太阳能冷管外部为涂有选择性涂层的玻璃套管，用于吸收太阳能，内部由上到下分别为吸附床、冷凝器和蒸发器；

所述吸附床的外壁为多层真空管，内部填充复合吸附剂，具有传热传质和脱吸附性能；在所述吸附床中部埋有中芯导热管，其内流动冷却水；

所述蒸发器内装有用作制冷剂的水，制冷剂蒸汽进入所述冷凝器中被冷凝后，形成的冷凝水回流至所述蒸发器内；

多根所述太阳能冷管通过所述吸附床冷却液管路并联，所述吸附床冷却液管路的两端与所述第一总冷凝器相连，并且该管路上安装有所述第一冷却水泵，用于驱动所述吸附床冷却液管路中冷却水的流动；

所述冷凝液管路安装在并联的多根所述太阳能冷管的冷凝器对应的位置外部，其内流动冷却水，用于将所述冷凝器内的制冷剂蒸汽冷凝并带走制冷剂冷凝热量，所述冷凝液管路的两端与所述第二总冷凝器连接，并且该管路上安装有所述第二冷却水泵，用于驱动所述冷凝液管路中冷却水的流动；

所述冷冻水管路安装在并联的多根所述太阳能冷管的蒸发器对应的位置外部，其内流动冷冻水，用于吸收所述蒸发器内制取的冷量，所述冷冻水管路与所述空调箱的两端相连，并且在所述冷冻水管路上安装冷冻水泵，用于驱动循环管路中冷冻水的流动；

脱附阶段时，从所述吸附床填充的吸附剂内脱附出来的制冷剂蒸汽流至所述冷凝器内，所述冷凝液管路由所述第二冷却水泵驱动开始循环，制冷剂蒸汽冷凝回流至所述蒸发器，冷凝所释放的热量由所述冷凝液管路传至所述第二总冷凝器与空气进行热交换；

吸附阶段时，所述吸附床冷却液管路由所述第一冷却水泵驱动开始循环，进而带动所述中芯导热管内冷却水循环，所述吸附床吸附周围的制冷剂蒸汽，所述蒸发器内制冷剂汽化，该汽化产生的冷量由所述冷冻水管路输送至所述空调箱并传至汽车内部。

2.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述吸附床冷却液管路和所述冷凝液管路共用一个冷却水泵和总冷凝器，即所述第一冷却水泵和第二冷却水泵为同一个冷却水泵，所述第一总冷凝器和第二总冷凝器为同一个总冷凝器；

在所述吸附床冷却液管路与所述总冷凝器连接的两端，分别安装第一截止阀和第三截止阀，在所述冷凝液管路与所述总冷凝器连接的两端，分别安装第二截止阀和第四截止阀；

当空调系统处于脱附阶段时，所述第二、第四截止阀开启，所述第一、第三截止阀关闭，此时，所述冷凝液管路与所述总冷凝器相通，所述冷凝液管路内冷却水循环流动，而所述吸附床冷却液管路呈关闭状态；

当空调系统处于吸附阶段时，所述第一、第三截止阀开启，所述第二、第四截止阀关闭，此时，所述吸附床冷却液管路与所述总冷凝器相通，所述吸附床冷却水管路内冷却水循环流动，而所述冷凝液管路呈关闭状态。

3.如权利要求2所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述第一-第四截止阀的开关通过蒸发器冷冻水位控制法进行控制，也可通过吸附床温度控制法进行控制；

所述蒸发器冷冻水位控制法，即当冷冻水位低至一设定值时，说明此时处于脱附阶段，所述第一-第四截止阀按照脱附阶段的需求进行开启或关闭，当冷冻水位高于一设定值时，说明循环进入吸附阶段，所述第一-第四截止阀按照吸附阶段的需求进行开启或关闭；

所述吸附床温度控制法，即当吸附床温度高于一设定值时，说明此时空调系统处于脱附阶段，所述第一-第四截止阀按照脱附阶段的需求进行开启或关闭，当吸附床温度低于一设定值时，说明循环进入吸附阶段，所述第一-第四截止阀按照吸附阶段的需求进行开启或关闭。

4.如权利要求3所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，第一-第四截止阀受传感器的控制而开启或关闭；

当采用蒸发器冷冻水位控制法时，使用机械式的浮球阀作为传感器，通过感应冷冻水位的高低，或者使用电子湿度传感器通过感应吸附床附件的湿度，间接反映冷冻水位，并将信号发送给第一-第四截止阀从而控制其开启或关闭；

当采用吸附床温度控制法时，使用温度传感器感应吸附床的温度，并将信号发送至第一-第四截止阀从而控制其开启或关闭。

5.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述吸附床外壁的多层真空管为由玻璃内管和玻璃外管组成的双层真空管。

6.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述吸附床内填充的复合吸附剂采用沸石分子筛-水作为吸附工质对，也可采用活性炭-甲醇作为吸附工质对。

7.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述吸附床中埋有4根所述中芯导热管，每两根所述中芯导热管在底部连通，形成U型导热管。

8.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，在所述冷却水泵和所述总冷凝器之间，以及所述冷冻水泵和所述空调箱之间，分别安装一个第五截止阀和第六截止阀，用于控制所述管路的开启和关闭。

9.如权利要求1所述的太阳能冷管汽车空调系统，其特征在于，所述太阳能冷管安装在车顶处，并且所述太阳能冷管有偏向于所述蒸发器侧的一个小于10°的斜倾角。

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