CN203980705U - 以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，它是将其中的化学吸附床设置为环形结构，有效实现了在化学吸附床内烟气通路和水通路分离，使循环水保持洁净，不会受烟垢污染而堵塞制冷系统管阀；另外，针对在颠簸运动状态下工作的车载式冷却塔结构，进行重新设计，使其具备有体积小、结构紧凑、蒸发效率高，除尘降渣等功效。

Description

以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统
技术领域
本实用新型涉及汽车制冷系统，具体地指一种以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统。 
背景技术
现有技术中，利用发动机尾气作能源的化学吸附式制冷系统，是以水封结构为基础，通过控制水阀来达到间接控制烟气通路连通和断开的目的。在相对稳定的工作条件下，以及冷却水相对充分的前提下，水封结构能很好地实现其烟水切换的控制功能。但应用于汽车发动机这类运动条件下、化学吸附式制冷系统还面临吸附床长期颠簸倾斜、热源温度和流量不稳定，且冷却水很少，室外路面环境温度较高，冷却水温难以有效下降等具体问题，特别是由于冷却水较少，且汽车发动机烟气杂质多，若仍用常规的水封结构，冷却水很短时间内将成为污泥水，其杂质将严重影响系统管道阀门正常运行，最终导致系统失效。 
实用新型内容
本实用新型的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种烟水通路分离和改善冷却水降温条件的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统。 
本实用新型的技术方案为：一种以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，它包括N个化学吸附床，所述每个化学吸附床均与脱氨通路、吸氨通路、进水通路、出水通路及发动机尾气通路连通，所述每个化学吸附床与各个通路连接的管道上均设有控制阀，所述脱氨通路通过管道依次经过冷凝器、液氨储罐、蒸发器与吸氨通路连通，冷却水通路上设有冷却塔， 
其特征在于：所述化学吸附床包括吸附床容器，所述吸附床容器一侧顶部设有进水阀，所述吸附床容器另一侧底部设有出水阀，所述吸附 床容器底部设有进烟管道，所述吸附床容器内设有多个环形单元管，所述环形单元管的内圆为与所述进烟管道接通的进烟支管，所述环形单元管的圆环部为填充有化学吸附剂的进气支管，所述进气支管上端伸出吸附床容器，进气支管上端与所述脱氨通路、吸氨通路连通，使制冷剂氨的进出通道、发动机尾气的进出通道、冷却水的进出通道相互分离； 
所述冷却塔为一个水箱，所述水箱内设有横向布置的清水板和竖向布置的挡水板，所述清水板将所述水箱分为上部和下部，所述水箱上部的一侧面顶部设有冷却塔进水阀，该侧面还开设有风窗，所述风窗位于冷却塔进水阀下方，所述风窗内设有若干个向水箱内部倾斜的挡板，所述水箱上部内位于清水板上方设有过滤机构，所述水箱上部的另一侧面设有吹风机构，所述吹风机构和风窗位于所述过滤机构两侧，所述清水板朝向吹风机构的另一侧设有滑水口；所述挡水板将水箱下部分为污水区和净水区，所述污水区通过滑水口与水箱上部相通，所述污水区和净水区通过设置在挡水板上部的溢水口相通，所述净水区的侧壁下部设有冷却塔出水阀。 
上述方案中： 
所述进烟管道的底面与吸附床容器的底面相匹配，所述进烟管道上开设有多个与进烟支管相通的开口。 
所述进烟管道一侧面设有进气口，所述进气口内设有烟道阀。 
所述进气支管内沿轴线设有过滤网，所述进气支管内位于过滤网的两侧设有多个用于放置化学吸附剂的托盘。 
所述进气支管上端通过三通与所述脱氨通路、吸氨通路连通。 
所述清水板从风窗向吹风机构倾斜设置。 
所述过滤机构包括沿水箱横向布置的筛孔滤水盘和多孔筛网，所述多孔筛网位于所述筛孔滤水盘下方。 
所述吹风机构包括设置在水箱侧部的进风口，所述进风口处安装有风扇。 
所述污水区底部设有排污孔，所述排污孔内设有相互配合的排污堵头。 
所述N＝3～8。 
本实用新型的优点在于： 
1、在汽车行驶时颠簸和制冷系统循环水量很少的恶劣工况下，将化学吸附床设置为环形结构，有效实现了在化学吸附床内烟气通路和水通路分离，使循环水保持洁净，不会受烟垢污染而堵塞制冷系统管阀； 
2、设计出能在颠簸运动状态下工作的车载式冷却塔结构，与普通冷塔相比，本实用新型的冷却塔体积小、结构紧凑、蒸发效率高，且具备除尘降渣功效。 
附图说明
图1为本实用新型中化学吸附床包含多个环形单元管结构示意图； 
图2为本实用新型中化学吸附床包含一个环形单元管结构正视示意图； 
图3为图2的俯视图； 
图4为本实用新型中冷却塔结构示意图； 
图5为本实用新型的结构原理示意图。 
图中：1-吸附床容器，1.1-进水阀，1.2-出水阀，2-进烟管道，2.1-烟道阀，3-环形单元管，3.1-进烟支管，3.2-进气支管，3.3-环形金属托盘，3.4-过滤网，4-三通，5-水箱，5.1-清水板，5.2-挡水板，5.3-冷却塔进水阀，5.4-风窗，5.5-挡板，5.6-滑水口，5.7-溢水口，5.8-冷却塔出水阀，5.9-筛孔滤水盘，5.10-多孔筛网，5.11-进风口，5.12-风扇，5.13-排污堵头，6-脱氨通路，7-吸氨通路，8-进水通路、9-出水通路，10-发动机尾气通路，11-冷凝器、12-液氨储罐、13-蒸发器，14节流阀，15-烟道阀组，16-脱氨通路单向控制阀组，17-吸氨通路单向控制阀组，18-冷却水出水阀，19-冷却水进水阀组。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。 
本实用新型的目的是针对以高温发动机尾气作制冷热源的化学吸附式制冷系统，在颠簸运动状况下，在热源不稳定、冷却水量小、降温不利的条件下，重点解决烟水通路分离和改进冷却水降温条件等关键问 题。 
本实用新型首先需要重新设计化学吸附床结构，原化学吸附式制冷系统采用的是柱形密封管结构，其烟气和冷却水共同依靠吸附床单元管外壁表面积参与换热，吸附床烟气通道与冷却水通道共享同一内腔空间。而本实用新型的目的是将烟气通道与冷却水通道分离，具体参照图1、图2及图3所示，该化学吸附床包括吸附床容器1，吸附床容器1一侧顶部设有进水阀1.1，吸附床容器1另一侧底部设有出水阀1.2，在吸附床容器1底部设有进烟管道2，吸附床容器1内设有多个环形单元管3，环形单元管3的内圆为与进烟管道2接通的进烟支管3.1，发动机尾气依次从进烟管道2、进烟支管3.1通过，环形单元管2的圆环部为填充有化学吸附剂的进气支管3.2，进气支管3.2的内腔用于吸收尾气热量，进气支管3.2上端伸出吸附床容器1，并与脱氨通路6及吸氨通路7相连通。 
此方案中，进气支管3.2内腔中的化学吸附剂由多层环状薄金属托盘3.3装载，为了方便在进气支管内腔中化学吸附剂与氨的络合反应，环形金属托盘3.3设置在环形单元管3的环形区域内，在进气支管3.2内腔中沿环形单元管环形轴设有不锈钢过滤网3.4，环形金属托盘3.3被过滤网3.4贯穿。进气支管3.2上端设置的氨进出通道出口处，进气支管3.2上端通过三通4与脱氨通路6、吸氨通路7连通。 
环形单元管3的圆柱体外表面则是与冷却水进行热交换的区域，此时，只要环形单元管3外圆柱面等高密封焊接在吸附床容器1中，冷却水就不会浸入环形单元管3的内圆中，而内圆通过的发动机尾气也不会泄漏到环形单元管3的外壁所处的吸附床容器中，实现了烟水通路分离的目的，使循环水保持洁净，不会受烟垢污染而堵塞制冷系统管阀。 
此方案进烟管道2的底面与吸附床容器1的底面相匹配，进烟管道2上开设有多个与进烟支管3.1相通的开口，这样即可通过一个进烟管道2实现与多个进烟支管3.1相连通的目的，另外在进烟管道2的进气口加装一个烟道阀2.1进行控制连通或关闭发动机尾气。 
由此，在这样一个化学吸附床结构中，制冷剂氨的进出通道、发动 机尾气的进出通道、冷却水的进出通道这三个不同类别的通道，在结构上实现了完全分离，互不泄漏，仅依靠控制尾气和水的进出通道和热交换，实现制冷工况正常运行。 
此方案用环形柱状密封容器替代柱状容器作为吸附床基本单元，此环形密封容器外壁与冷却水换热，其内圆与汽车发动机尾气换热，而密封容器内仍采用多层环形金属托盘装载吸附剂，每支吸附床单元管的制冷剂氨进出通道，可选1-4组柱状滤网，可实现了氨、烟、水三项通道紧密组合，却互不连通，且化学吸附床内的烟气和水不会同时进入化学吸附床内部。 
针对汽车运动状态下，制冷系统循环水的水量有限，且由于水循环量小，环境温度高，散热条件恶劣等因素影响，传统的开放式的冷却塔结构无论从体积还是从颠簸运动属性来看，都无法满足这类工作状况需求；而密封式的风冷散热器，如汽车发动机水箱结构，又难以将冷却水水温降到符合化学吸附反应条件的冷却水水温要求。为此，本实用新型设计出独特的车载冷却塔结构，将传统冷却塔与储水箱结合起来，充分满足运动状态下开放式蒸发降温工作需求，同时，还综合考虑了循环水排污需求。具体为： 
参考图4，本实施例的冷却塔为一个水箱5，在水箱5内设有横向布置的清水板5.1和竖向布置的挡水板5.2，清水板5.1将水箱5分为上部和下部，水箱上部的一侧面顶部设有冷却塔进水阀5.3，该侧面还开设有风窗5.4，风窗5.4位于冷却塔进水阀5.3下方，风窗5.4内设有若干个向水箱5内部倾斜的挡板5.5，水箱上部内位于清水板上方设有过滤机构，水箱上部的另一侧面设有吹风机构，吹风机构和风窗5.4位于过滤机构两侧，清水板5.1朝向吹风机构的另一侧设有滑水口5.6；挡水板5.2将水箱下部分为左侧污水区和净水区，污水区通过滑水口5.6与水箱上部相通，污水区和净水区通过设置在挡水板5.2上部的溢水口5.7相通，净水区的侧壁下部设有冷却塔出水阀5.8。 
清水板5.1从风窗5.4向吹风机构倾斜设置。 
过滤机构包括沿水箱横向布置的筛孔滤水盘5.9和多孔筛网5.10， 多孔筛网5.10位于筛孔滤水盘5.9下方。 
吹风机构包括设置在水箱侧部的进风口5.11，进风口5.11处安装有风扇5.12。 
在污水区底部设有排污孔，排污孔内设有相互配合的排污堵头5.13。 
这样，当高温循环水经过冷却塔进水阀流入筛孔滤水盘5.9中时，循环水沿筛孔滤水盘5.9上的筛孔均匀漏下来，经多孔筛网5.10，流到滑水板5.1上；在循环水透过筛孔下漏的同时，风扇5.12启动，在多孔筛网5.10的表面将水份蒸发，带走热量，从而降低水温；风扇5.12风吹动水滴飘向风窗5.4时，水滴碰到风窗5.4上的斜挡板5.8，水滴落到滑水板5.1上流入污水区，而蒸发的水汽随风沿风窗5.4空挡逸出水箱外部。循环水由滑水口5.6滑入污水区后，自动沉甸杂质，净水上浮，并随水位上升至溢水口5.7时，溢过挡风水板5.2上溢水口5.7，流入净水区，净水区也作为整个冷却水系统的储吸附床水箱，暂时储存循环水，工作时冷却塔出水阀5.8流出，依靠水泵将循环水送入系统管道中参与制冷循环。而排污堵头5.13设置的目的是用于定期将污水区杂质沉甸物排出。 
参考图5，本实用新型的一种以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，是将上述的化学吸附床及冷却塔运用至该系统中，具体为： 
它包括三个化学吸附床，每个化学吸附床均与脱氨通路6、吸氨通路7、进水通路8、出水通路9及发动机尾气通路10连通，每个化学吸附床与各个通路连接的管道上均设有控制阀，脱氨通路6通过管道依次经过冷凝器11、液氨储罐12、蒸发器13与吸氨通路7连通，冷却水通路上设置有上述所述的冷却塔。 
本系统中： 
三组化学吸附床安装在汽车底盘的大梁外侧，其中左边油箱旁一组，右边两组，每组吸附床的环形单元管尺寸为φ80*400*2mm,内圆尺寸为φ30，每个环形支单元管安装2个氨气进出通道，每组吸附床装有环形单元管30支，按5*6排列，每组吸附床尺寸为536*624*510mm。 
而冷却塔外形尺寸为420*600*350mm，其中350mm为高度尺寸，该冷却塔式吸附床安装于底盘两根大梁中间位置，循环水总量为60千克，冷却塔风扇功率为120瓦。 
三组化学吸附床分别为A组吸附床、B组吸附床及C组吸附床，氨通路和水通路的控制阀为电磁阀，烟道阀为气动式翻板阀，该阀组的控制动力由空气压缩机提供，气动执行机构也由电磁阀控制。 
本实用新型的制冷系统原理示意参考图： 
第一节段：A组吸附床受热脱附、B组吸附床和C组吸附床冷却吸附：当空气压缩机驱动烟道阀组15的a1阀开启，且烟道阀组15的b1和c1常闭，此时发动机尾气经烟道阀组15的a1阀进烟气管道进入A组吸附床，从A组吸附床单元管内圆中逸出吸附床外，A组吸附床单元管受热，脱附出氨气，经脱氨通路单向控制阀组16的a2阀进入脱氨通路6；此时，脱氨通路单向控制阀组16和b2阀和c2阀关闭，吸氨通路单向控制阀组17的a3阀关闭，吸氨通路单向控制阀组17的b3阀和c3阀开启，冷却水进水阀组19的a5阀关闭，冷却水进水阀组19的b5阀和c5阀开启，冷却水出水阀18的a4阀关闭，冷却水出水阀18的b4阀和c4阀开启；进入脱氨通路6的氨气经过冷凝器11变为液态氨，流入液氨储罐12，再经节流阀14扩散，在蒸发器13中蒸发气化，吸热制冷，蒸发器13出风口的温度逐步下降至15℃以下，以供驾驶室作空调使用；蒸发后的氨气经吸氨通路单向控制阀组的b3阀和c3阀，进入B组和C组吸附床，与其化学吸附剂发生络合反应，其反应热被冷却水带走； 
第二阶段：B组吸附床进入脱附状态，A组和C组吸附床进入吸附状态，空气压缩机驱动烟道阀组15的b1阀开启，且烟道阀组15的a1和c1常闭，此时发动机尾气经烟道阀组15的b1阀、进烟管道进入B组吸附床，并从B组吸附床单元管内圆中逸出吸附床外，B组吸附床单元管受热，脱附出氨气，经脱氨通路单向控制阀组16中的b2阀进入脱氨通路6，此时，脱氨通路单向控制阀组16的a2阀和c2阀关闭，吸氨通路单向控制阀组17的b3阀关闭、a3阀和c3阀开启，冷却水进 水阀组19的b5阀关闭，a5阀和c5阀开启，冷却水出水阀组18的b4阀关闭，a4阀和c4阀开启，此后脱附出来的氨气冷凝、液化、节流、蒸发并回到A、C吸附床的过程与第一阶段相同； 
第三阶段：C组吸附床进入脱附，A组和B组吸附床进入吸附，各类阀组相应的阀门开启或关闭，依第一阶段和第二阶段规律类推。 
本实用新型设置了三组吸附床，能保证至少一组吸附床在吸附中，保证该制冷系统的连续运行。 
使用本实用新型所设计的制冷系统，不影响发动机原有输出功率，不增加发动机油耗，即可具有空调制冷效果，并且以发动机尾气的热源作为制冷系统的驱动能源，所产生的制冷量不额外消耗其他能源，以达到节约能源，保护环境的目的。 

Claims (10)

1.一种以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，它包括N个化学吸附床，所述每个化学吸附床均与脱氨通路、吸氨通路、进水通路、出水通路及发动机尾气通路连通，所述每个化学吸附床与各个通路连接的管道上均设有控制阀，所述脱氨通路通过管道依次经过冷凝器、液氨储罐、蒸发器与吸氨通路连通，冷却水通路上设有冷却塔， 
其特征在于：所述化学吸附床包括吸附床容器，所述吸附床容器一侧顶部设有进水阀，所述吸附床容器另一侧底部设有出水阀，所述吸附床容器底部设有进烟管道，所述吸附床容器内设有多个环形单元管，所述环形单元管的内圆为与所述进烟管道接通的进烟支管，所述环形单元管的圆环部为填充有化学吸附剂的进气支管，所述进气支管上端伸出吸附床容器，进气支管上端与所述脱氨通路、吸氨通路连通，使制冷剂氨的进出通道、发动机尾气的进出通道、冷却水的进出通道相互分离； 
所述冷却塔为一个水箱，所述水箱内设有横向布置的清水板和竖向布置的挡水板，所述清水板将所述水箱分为上部和下部，所述水箱上部的一侧面顶部设有冷却塔进水阀，该侧面还开设有风窗，所述风窗位于冷却塔进水阀下方，所述风窗内设有若干个向水箱内部倾斜的挡板，所述水箱上部内位于清水板上方设有过滤机构，所述水箱上部的另一侧面设有吹风机构，所述吹风机构和风窗位于所述过滤机构两侧，所述清水板朝向吹风机构的另一侧设有滑水口；所述挡水板将水箱下部分为污水区和净水区，所述污水区通过滑水口与水箱上部相通，所述污水区和净水区通过设置在挡水板上部的溢水口相通，所述净水区的侧壁下部设有冷却塔出水阀。 
2.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述进烟管道的底面与吸附床容器的底面相匹配，所述进烟管道上开设有多个与进烟支管相通的开口。 
3.根据权利要求2所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述进烟管道一侧面设有进气口，所述进气口内设有烟道阀。 
4.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述进气支管内沿轴线设有过滤网，所述进气支管内位于过滤网的两侧设有多个用于放置化学吸附剂的托盘。 
5.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述进气支管上端通过三通与所述脱氨通路、吸氨通路连通。 
6.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述清水板从风窗向吹风机构倾斜设置。 
7.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述过滤机构包括沿水箱横向布置的筛孔滤水盘和多孔筛网，所述多孔筛网位于所述筛孔滤水盘下方。 
8.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述吹风机构包括设置在水箱侧部的进风口，所述进风口处安装有风扇。 
9.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述污水区底部设有排污孔，所述排污孔内设有相互配合的排污堵头。 
10.根据权利要求1所述的以汽车发动机尾气驱动的化学吸附式制冷系统，其特征在于：所述N＝3～8。 
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