WO1998003362A1

WO1998003362A1 - Conditionneur d'air alimente en energie par la chaleur des gaz d'echappement

Info

Publication number: WO1998003362A1
Application number: PCT/CN1997/000073
Authority: WO
Inventors: Feng Lang
Original assignee: Feng Lang
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1998-01-29
Also published as: AU3618097A

Description

利用汽车发动机尾气的热量驱动的空调机发明领域

本发明涉及空调机，特别是涉及一种既能进行冷调又能进行暖调的汽车空调机。

背景技术

在现有的汽车空调机中，发动机驱动压缩机压缩制冷剂来完成冷调。但是，压缩机的运转增加了发动机的负荷。据测定，工作中的压缩机，平均消耗发动机有用功的 1 0口 - 1 2 %，使发动机耗油量增加 1 0 - 2 0 %。此外，在现有的空调机中，氟利昂作为制冷工质，容易对环境造成污染。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种利用发动机尾气的热量，不需消耗发动机有用功的汽车空调机。

本发明的再一目的在于提出一种利用高效的热交换器对尾气的热量进行吸收的汽车空调机。

本发明的又一个目的在于提出一种不使用氟利昂作为工质的汽车空调机。发明简述

本发明提出这样一种汽车空调机，包括动力系统和通过动力系统驱动的空调部分，所述动力系统为与汽车发动机的排气歧管相通的热交换器，利用所述排气歧管中所排出的废气中的热量对空调部分所使用的工质进行加热。在一个实施例中，所述空调部分使用的工质为溴化锂或者溴化钠。

在另外一个实施例中，所述空调部分使用的工质为水，或酒精、环戊烯、异丙基氯、异丁胺、偶氮二异丙脂、丙烯醛的水溶液。

在还有一个实施例中，所述空调部分使用的工质为氨水。附图的简要说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

图 1 是根据本发明的实施例一的结构示意图，其中详细示出了一种尾气热交换器的结构，并且在该实施例中所使用的工质为溴化锂。

图 2 是根据本发明的实施例二的结构示意图，其中使用的工质为水。

图 3是根据本发明的实施例三的结构示意图，其中使用的工质为氨水。

图 4Λ 、 4Β 、 4C 、 4D示出了本发明的另外一种尾气热交换器的机构，其中图 4Α为热交换器的外观示意图，图 4Β为内部芯件的外观图，而图 4C是图 4Β中内部芯件的端视图，图 4D为热交换管的立体示意图。对本发明优选实施例的详细描述

本发明的汽车空调机，具有用于吸收汽车发动机尾气热量的尾气热交换器部分，和与该尾气热交换器连接在一起的空调部分。

本发明的尾气热交换器部分，如图 1所示，由标号 12指出，包括一个空腔 121 和位于空腔中的蛇形管或涡旋形管 122 ，空腔 121 上设有尾气进口 112和尾气出口 113，汽车发动机的排气歧管与尾气进口 112相连通，尾气进口 112和出口 113之间的距离应尽可能得大，以使尾气中的热量能被充分吸收。蛇形管 122 上设有用于工质进人其中的人口 123 ，和用于当其中的工质与尾气进行热交换后流出的出口 116 、 117 。

如图 ⁴Λ 、 4B 、 4C和 4D所示，为本发明空调机所使用的尾气热交换器的另外一种结构的示意图。该热交换器也包括一个空腔和位于该空腔中的芯体 415。在空腔上设有尾气人口 411 、尾气出口 412、工质入口 413和工质出口 414。芯体 415由多根沿热交换器的纵向延伸的热交换件 415构成，件 415的两端部分的截面形状为六角形而中间部分的截面形状为圆形。件 415 两端的六角形部分的外周面相互焊接在一起。多个周向槽 416形成在每一个件 415的中间部分上，这些槽可以是多个彼此平行的槽 416 , 也可以是沿整个中间部分的一个螺旋槽 416。件 415的内部沿纵向具有通孔 417 , 分别与尾气人口 411和尾气出口 412相通。

工作时，来自发动机排气歧管的尾气，通过人口 411 进入每一个热交换件 415的通孔 417中，经过各个热交换件 415后，从出口 412排出。工质从人口 413进人，沿件 415之间的间隙和槽 416运动，从出口 414 流出。在该热交换器中，工质能在充分大的面积上与尾气进行充分热交换。

需要说明的是，这种热交换器的总体形状即可以是如图所示的柱形，也可以是根据实际需要而成弯曲的形状，这将在下面的实施例三中提到。

图 1 示出了本发明的第一个实施例，在该实施例中的空调机包括：液泵 11 、与液泵 11相通的尾气热交换器 12 、与热交换器 12 相通的发生器 13、在阀 114的控制下与发生器 13连通的冷凝器 14 和冷却器 15、空调器 110、蒸发器 18、装于蒸发器 18上方与冷凝器 14相通的喷嘴 16、装于蒸发器 18下方并与冷却器 15相通的喷嘴 19、耐压管道。在该实施例中使用的工质为溴化锂。溴化钠也可 ι 。

当液泵 11启动时，稀溴化锂溶液 Α被送人热交涣器 12的蛇形管 122内，而发动机排出的尾气进人蛇形管 122四周的空腔 121中，把热量传给蛇形管内稀溴化锂溶液 A后从出口 113排出，蛇形管 122 内的稀溴化锂溶液 A不断吸收发动机尾气的热量，直至分解为水蒸汽和浓溴化锂溶液 B，蛇形管 122分别通过出口〗16和出口 117与发生器 13连通，水蒸汽由出口 116进人发生器 13并不断积聚，直至达到一定的压力而把发生器 13内的阀 114打开，这样，水蒸气在发生器 13上部进人冷凝器 14。浓溴化锂溶液 B则由发生器 13下部进人冷却器 15。水蒸汽在冷凝器 14中冷凝成液态的水 C，并经管道到达位于蒸发器 18上方的喷嘴 16，通过喷嘴 16喷淋于蒸发器 18 的换热器 115 上，冷却换热器 1 5内的介质，实现制冷。尽管这里热交换器 12通过二个出口 116 、 117与发生器 13相通，事实上，仅仅使用一个出口 116也是可以的。

水 C在蒸发器 18上吸热再次蒸发成水蒸汽，并且被通过喷咀 1 9喷出的浓溴化锂溶液 B吸收。吸收了水蒸气的浓溴化锂溶液再次变成为稀溴化锂溶液 A , 进人液泵 11 ，再由液泵 11送至热交换器 12 , 从而循环制冷。

在上述的结构中，利用浓溴化锂或浓溴化钠溶液的强吸湿性，造成一个水蒸汽分压 6 0 0 - 8 0 0 Pa的低压环境，使水在 0 - 5 'C时便蒸发，而在蒸发时，需要大量的热量，从而进行制冷。另外，在本实施例中，发生器 13的上部经控制阀 111通过管道可以直接与一个位于换热器 115上方的喷嘴 17相连通。

当要实现暖调时，只须幵启控制阀 111，发生器 13内部受到发动机尾气加热但未分解的稀溴化锂溶液 A可以直接经喷咀 17喷淋于换热器 115上，使换热器内部介质升温，口从而经过空调器 110 , 将热量释放出來，完成暖调。

图 2 示出了本发明的第二个实施例，在该实施例中，以低沸点的水作为工作介质，而且这里使用的水就是发动机的冷却液。

该实施例中的汽车空调机包括：发动机冷却液容器 25 , 通过阀 21与容器 25相通的泵 11 , 与泵 22相通的尾气热交换器 23 , 分别与热交换器 23和容器 25相通的喷射器 24 , 与喷射器 24相连通的蒸发器 27，与容器 25相连通的冷却器 26，该冷却器 26通过减压阀 28与蒸发器 27相通，与蒸发器 27相通的的泵 210 , 用于将冷气或者热气送至汽车内的风口 29以及耐压管道。

当发动机容器 25的阀 21被打开后，作为发动机冷却液的水进人泵 22 , 经泵 22加压后进人尾气热交换器 23 , 该热交换器的结构可以与前述的相同，有关描述不在重复。水在热交换器 23中吸收热量后，形成具有一定压力的蒸汽，该蒸汽经由管道被送至喷射器 24，并由喷射器 24加速喷回容器 25 ,由于喷射器 24所产生的射流作用，使与喷射器 24相通的蒸发器 27内形成负压。此外，容器 25中的水经冷却器 26散热后，经减压阀 28减压后进人蒸发器 27 , 由于上文中提到的负压而迅速蒸发，在其蒸发过程中，吸收大量热量，而使产生大量的冷量，这些冷量在泵 210的作用下循环至风口 29口并被放出，实现冷调。

另外，热交换器 23在阀 211的控制下，可以通过管道通至风口 29 。

当要实现暖调时，只需将阀门 211 打幵，含有大量热的蒸汽即可被直接进至风口 29 , 通过风口 29将热量散出，从而实现暖调。

另外，需要说明的是，上述结构中所使用的工质还可以是酒精、环戊烯、异丙基氯、异丁胺、偶氮二异丙脂、丙烯醛等的水溶液。

图 3示出了本发明的第三个实施例，在该实施例中，以氨水作为工质。

一个贮液筒 31用于储存浓氨水的贮液筒，一个尾气热交换器 32 与贮液筒 31相通，交换器 32的一端 321高于另一端 322 , —个蒸馏管 33与热交换器的较高端 321相通，该蒸馏管 33内部的下部设有用于促进气体和液体分离的 V形分离网，一个冷凝器 35通过缓压管 34与蒸馏管 33上部相通，一个蒸发器 37在上游通过过滤器 36 与冷凝器 35相通，蒸发器 37在下游通至贮液筒 31 , —个回流冷却器 38在上游与蒸馏管 33的底部相连通，而回流冷却器 38通过一个吸收器 39在下游通至贮液筒 31。在蒸发器 37和吸收器 39中装有氢气或者氦气。为了补充氨的损失，在冷凝器 35和蒸发器 37之间可以增加一个储存液态氨的筒 310 。

贮液筒 31里的浓氨水，流到尾气热交换器 322中加热，氨水初步受热分解，产生一些汽泡，在这些气泡的带动下，氨水到达尾气热交换器的较高端 321 , 该较高端 321与汽车发动机的排气歧管直接相通，因此在热交换器中是温度最高的区域。浓氨水在此直接受到发动机所排高温达 4 0 0度- 8 0 0度的废气的急剧加热，使氨水中的氨以气态分离出来，大量的氨气气泡一起进人蒸馏管 33 , 由于氨气的比重小于水及水蒸汽的比重，所以氨气一直上升进人冷凝器 35 , 在冷凝器 35中散热降温而液化，然后经过扩散器进人蒸发器 37中，在蒸发器 37中蒸发，氨蒸发成气体并同时大量吸热。在蒸发器 37和吸收器 39中装有氢气或者氦气，在本实施例中为氢气，因此氨气与氢气混合。由于氨气与氢气混合而构成的混合汽体的比重大于氢气的比重，因此混合气体从蒸发器 37向下流人贮液筒 31 , 在贮液筒 31中再次溶解为氨水，含少许氨气的氨气和氢气的混合气体由于比重变小，沿吸收器 39上升，在上升过程中，氨气遇到从蒸馏管 33流人回流冷却器 38冷却的水，并且溶解于其中，这样产生的氨水通过吸收器 39流人贮液筒 39。而混合气体中的氢气则继续上升到扩散器，并再次进入蒸发器 37以重复使用。贮液筒 39中的氨水则继续循环，进行制冷。工业实用性

综上所述，本发明具有如下优点：

1. 节能：不消耗发动机的有用功，可节省油耗 1 0 - 2 0 %;

2. 环保：降低了发动机尾气中的热量，所使用的制冷工质不会破坏臭氧层。

3. 安全：所用工质化学性能稳定，在回路内以负压状态运转，无任何危险；

4. 价低：制造简单、成本低，仅为现有汽车空调造价的 2 0 - 5 0 %;

5. 寿命长：由于活动零件少，使用寿命可以达到现有空凋器的 3 - 5倍。

Claims

权利要求书

1 、一种汽车空调机，包括动力系统和通过动力系统驱动的空调部分，其特征在于，所述动力系统为与汽车发动机的排气歧管相通的热交换器，利用所述排气歧管中所排出的废气中的热量对空调部分所使用的工质进行加热。

2、如权利要求 1所述的汽车空调机，其特征在于，所述热交换器部分包括一个空腔和位于该空腔中的芯体（ 4 1 5 ) , 在空腔上设有尾气人口（ 41 1 ) 、尾气出口（ 412 ) 、工质入口（ 41 3 )和工质出口（ 4 14 ) , 芯体（ 415 ) 由多根沿所述热交换器的纵向延伸的热交换件（ 415 )构成，热交换件（ 415 ) 的两端部分的截面形状为六角形而中间部分的截面形状为圆形，一个或多个周向槽 ( 416 )形成在热交换件（ 41 5 )的中间部分上，在热交换件（ 4 1 5 ) 的内部沿纵向具有通孔（ 417 ) ，分别与尾气人口（ 411 )和尾气出口（ 412 )相通。

3、如权利要求 2所述的汽车空调机，其特征在于，在所述中问部分的外周面上具有多个平行的槽（ 416 ) 。

4 、如权利要求 2 所述的汽车空调机，其特征在于，所述槽 ( 416 )是沿每个所述换热件中间部分的外周面的一个螺旋槽。

5、如权利要求 1所述的汽车空调机，其特征在于，所述热交换器部分，包括一个空腔（ Π 1 ) 和位于空腔中的蛇形管（ 122 ) , 空腔（ 121 )上设有尾气进口（ 112 ) 和尾气出口（ 113 ) ；蛇形管（ 122 )上设有用于工质进人其中的人口（ 123 ) , 和用于当其中的工质与尾气进行热交换后流出的出口（ 116、 117 ) 。

6、如权利要求 1到 5中任一所述的汽车空调机，其特征在于，所述空调部分使用的工质为溴化锂或者溴化钠。

7、如权利要求 1到 5中任一所述的汽车空调机，其特征在于，所述空调部分使用的工质为水，或酒精、环戊烯、异丙基氯、异丁胺、偶氮二异丙脂、丙烯醛的水溶液。

8、如权利要求 1到 5中任一所述的汽车空调机，其特征在于，所述空调部分使用的工质为氨水。

9、如权利要求 6所述的汽车空调机，其特征在于，所述空调机包括：

液泵（ 11 ) ；

热交换器（ 12 ) ，与液泵（ 11 ) 相通，用于对来自泵（ 11 ) 的工质进行加热；

发生器（ 13 ) , 与热交换器（ 12 )相通；

冷凝器（ 14 ) , 在阀（ 114 ) 的控制下与发生器（ 13 ) 连通；冷却器（ 15 ) , 在阀（ 114 ) 的控制下与发生器（ 13 )相通；空调器（ 110 ) ；

蒸发器（ 18 ),包括一个换热器（ 115 ),用于与空调器（ 110 ) 配合；喷嘴（ 16 ) , 装于换热器（ 1 15 )上方并与与冷凝器（ 14 ) 相通；

喷嘴（ 19 ) , 装于换热器（ 115 )下方并与冷却器（ 1 5 ) 相通；

喷嘴（ 17 ) ，位于换热器（ 1 15 ) 的上方，并且经过控制阀

( i l l ) 与发生器 ( 1 3 连通; 和

连接管道。

10、如权利要求 9所述的汽车空调机，其特征在于，所述热交换器通过二个出 Π ( 1 16 、 11 7 )分别与发生器（ 1 1 3 ) 的上部和下部相通。

1 1、如权利要求 7所述的汽车空调机，其特征在于，所述汽车空调机包括：

容器（ 25 ) ，用于容纳工质；

泵（ 22 ) , 通过一个阀（ 21 ) 与容器（ 25 )相通；

热交换器（ 23 ) ，与泵（ 22 )相通，用于对泵（ 22 ) 从容器 ( 25 )所泵出的工质加热；

喷射器（ 24 ) , 分别与热交换器（ ²3 )和容器（ 25 ) 相通，用于将从热交换器（ 23 )来的工质射人容器（ 25 ) ；

发生器（ 27 ) , 与喷射器（ 24 ) 相连通，由于喷射器（ 24 ) 的射流作用可使其中产生负压；

冷却器（ 26 ) , 与容器（ 25 )相连通，并且通过减压阀（ 28 ) 与发生器（ 27 ) 相通，用于将容器（ 25 ) 中的工质散热后送人发生器（ 27 ) ；风口（ 29 ) ，在阀（ 211 ) 的控制下，可以将工质中的热量直接通至风口（ 29 ) ；

泵（ 210 ) , 用于将发生器（ 27 )产生的冷量通过风口（ 29 ) 送出；

阀（ 211 ) , 用于有选择地将热交换器（ 23 ) 中的热量直接送至风口；和

连接管道。

12、如权利要求 8所述的汽车空调机，其特征在于，所述汽车空调机包括：

一个贮液筒（ 31 ) ，用于储存浓氨水；

一个尾气热交换器（ 32 )与贮液筒（ 31 )相通，交换器（ 32 ) 包括二个端部（ 321 , 322 ),其中一端（ 321 )高于另一端（ 322 ); 一个蒸馏管（ 33 ) 与热交换器的较高端（ 321 ) 相通；一个冷凝器（ 35 )通过一个缓压管（ 3⁴ )与蒸馏管（ 33 )上部相通；

一个蒸发器（ 37 ) ，在上游通过滤器（ 36 ) 与冷凝器（ 35 ) 相通，在下游通至贮液筒（ 31 ) ；

一个回流冷却器（ 38 ) , 与蒸馏管（ 33 ) 的底部相连通；一个吸收器（ 39 ) ，其在上游通至回流冷却器（ 38 ) 相通，在下游通至贮液筒（ 31 ) , 在蒸发器（ 37 )和吸收器（ 39 ) 中装有氢气或者氮气；和

连接管道。