基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调及其工作方法

摘要

本发明提供了一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，固气化学反应吸附床内设有化学吸附剂，吸附床换热盘管设置于固气化学反应吸附床内，吸附床换热盘管的入口端收集汽车尾气热量，吸附床换热盘管的出口端与汽车废气排气管相连；固气化学反应吸附床通过管路III与制冷剂储液器双向连通；相变材料存储器及换热管盘设置于制冷剂储液器内，相变材料存储器及换热管盘的出口端和入口端分别与汽车厢体相连通；同时提供其工作方法。在车辆行驶条件下，利用汽车废气热量通过吸附式制冷循环产生冷量存储于相变材料中。在停车状态下工作，不消耗车内原有能源，利用存储于相变材料中的制冷冷量进行制冷空调工作，调节车内温度在舒适范围之内。

权利要求

1.一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其特征在于，包括固气化学反应吸附床、吸附床换热盘管、制冷剂储液器以及相变材料存储器及换热管盘，其中，所述固气化学反应吸附床的内部设置有化学吸附剂，所述吸附床换热盘管设置于固气化学反应吸附床的内部，吸附床换热盘管的入口端通过管路I收集汽车尾气热量，吸附床换热盘管的出口端通过管路II与汽车废气排气管相连，构成空调传热流体流动环路；所述固气化学反应吸附床通过管路III与制冷剂储液器双向连通，构成了制冷剂双向流动环路，从而将固气化学反应吸附床内解吸出的制冷剂在固气化学反应吸附床和制冷剂储液器之间双向流动；所述相变材料存储器及换热管盘设置于制冷剂储液器的内部，相变材料存储器及换热管盘的出口端和入口端分别通过管路IV和管路V与汽车厢体相连通，构成了冷用户端传热流体流动环路；

所述管路I位于固气化学反应吸附床的外部，管路I上设有汽车尾气调节阀；

所述管路IV位于制冷剂储液器的外部，管路IV上设有冷量调节阀；

所述基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其工作过程，包括以下三个阶段：

第一阶段，汽车废气热能储能阶段：汽车运行过程中，利用空调传热流体流动环路所获得的热量为固气化学反应吸附床内的化学吸附剂提供解吸热，使化学吸附剂发生化学分解反应，实现尾气热能向化学吸附势能的转化储存，解吸出的制冷剂蒸汽进入制冷剂储液器凝结成液体储存起来，从而实现对汽车废气热能的转化储存；

第二阶段，汽车制冷冷量储存阶段：汽车尾气调节阀关闭，固气化学反应吸附床温度下降，固气化学反应吸附床内化学吸附剂与制冷剂储液器内的制冷剂发生化学合成反应，利用制冷剂储液器内的制冷剂在低温低压下发生蒸发向外界吸热，通过相变材料存储器及换热管盘将制冷冷量存储在相变材料中，从而实现对冷用户端制冷冷量的储存；

第三个阶段，制冷冷量释放阶段：汽车停止工作后，冷量调节阀开启，将制冷冷量释放，从而实现对汽车停车状态下的制冷。

2.根据权利要求1所述的基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其特征在于，所述管路III上设有制冷剂调节阀。

3.根据权利要求1所述的基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其特征在于，所述管路V位于制冷剂储液器的外部，管路V上设有空气流动循环泵。

4.根据权利要求1所述的基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其特征在于，还包括尾气集热器，所述尾气集热器连接于管路I的入口端。

说明书

基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及吸附式制冷利用技术领域的装置，具体是一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调及其工作方法。

背景技术

[0002] 随着人民生活水平提高，汽车已逐渐成为生活必需品，人们对汽车舒适性要求也有相应的大幅度提高，舒适节能的空调系统是其中的重要要求之一。

[0003] 当前的汽车空调主要采用压缩机制冷，其能源来自内燃机的驱动，消耗额外的能源；同时制冷剂在多年的技术更新和改良后，仍无法保证其制冷剂对臭氧层无破坏作用。在节能和环保两方面都有较大的缺点。

[0004] 吸附制冷具有零ODP，零GWP的特点，能够利用低品位热源的优点，是一项新世纪蓬勃发展的制冷方式。虽然在技术上还不成熟，但已走出实验室，成为实际利用意义较大的一种制冷技术。目前汽车空调采用蒸汽压缩式制冷系统，利用发动机轴功率驱动，提供舒适空调，其代价是增加了能源消耗，增加空气污染，而吸附式制冷汽车空调，其热源主要是发动机的余热，包括汽车冷却水废热以及汽车尾气废热，是一个可以加以利用巨大资源。目前驱动汽车、火车、船舶等运输工具的制冷设备都需要消耗额外的燃料，而这些运输工具的发动机排气、发动机冷却介质能产生大量余热。吸附制冷系统利用余热驱动，无须额外能源，结构简单，抗震性能好，特别适宜于汽车、火车、船舶等运输工具内的制冷。

[0005] 然而汽车废热是一种随时间而变化的低密度能源，具有间歇性、不稳定性的特点，为了实现吸附式停车空调的广泛应用，在提高能量回收利用效率，实施汽车废热的高效能量储存技术是解决其间歇性、不稳定性及能量供需时间差矛盾的必须手段。目前，热能储存方法主要有显热储能和潜热储能两种形式，其中显热储能技术简单、运行管理方便，但储能密度较低致使贮热装置体积庞大，另外，采用显热式储能装置在能量释放过程中存在输出温度波动大的缺点。潜热储能采用相变材料实现能量储存，其储能密度较高，且储热、释热过程近似等温，易于系统运行匹配，可进行制冷冷量的储存。

[0006] 特别是在夏日较长时间室外停车后，车内温度较高，在现有车载空调条件下，所需制冷时间较长，能源消耗较大，且严重影响用户舒适度体验。以上问题，现有国内外资料均未提出解决方案。

[0007] 经对现有技术的文献检索，目前尚无利用化学吸附技术利用汽车废热进行制冷并将制冷冷量储存的停车空调装置的专利。

发明内容

[0008] 本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调及其工作方法，该空调以硅胶-水工质对吸附制冷，可以在不依赖汽车内部原有的能源系统情况下，通过利用车辆运行时的废热进行制冷工作和制冷系统控制，并将制冷冷量加以存储，在太阳照射的停车场合，保持车内温度在舒适范围内，同时，不需要汽车启动后启动原有空调系统进行散热，达到了提高用户舒适度体验和节约能源的目的。

[0009] 本发明是通过以下技术方案实现的。

[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，包括固气化学反应吸附床、吸附床换热盘管、制冷剂储液器以及相变材料存储器及换热管盘，其中，所述固气化学反应吸附床的内部设置有化学吸附剂，所述吸附床换热盘管设置于固气化学反应吸附床的内部，吸附床换热盘管的入口端通过管路I收集汽车尾气热量，吸附床换热盘管的出口端通过管路II与汽车废气排气管相连，构成空调传热流体流动环路；所述固气化学反应吸附床通过管路III与制冷剂储液器双向连通，构成了制冷剂双向流动环路，从而将固气化学反应吸附床内解吸出的制冷剂在固气化学反应吸附床和制冷剂储液器之间双向流动；所述相变材料存储器及换热管盘设置于制冷剂储液器的内部，相变材料存储器及换热管盘的出口端和入口端分别通过管路IV和管路V与汽车厢体相连通，构成了冷用户端传热流体流动环路。

[0011] 优选地，所述管路I位于固气化学反应吸附床的外部，管路I上设有汽车尾气调节阀。

[0012] 优选地，所述管路III上设有制冷剂调节阀。

[0013] 优选地，所述管路IV位于制冷剂储液器的外部，管路IV上设有冷量调节阀。

[0014] 优选地，所述管路V位于制冷剂储液器的外部，管路V上设有空气流动循环泵。

[0015] 优选地，所述基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，还包括尾气集热器，所述尾气集热器连接于管路I的入口端。

[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了上述基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调的工作方法，包括以下三个阶段：

[0017] 第一阶段，汽车废气热能储能阶段：汽车运行过程中，利用空调传热流体流动环路所获得的热量为固气化学反应吸附床内的化学吸附剂提供解吸热，使化学吸附剂发生化学分解反应，实现尾气热能向化学吸附势能的转化储存，解吸出的制冷剂蒸汽进入制冷剂储液器凝结成液体储存起来，从而实现对汽车废气热能的转化储存；

[0018] 第二阶段，汽车制冷冷量储存阶段：汽车尾气调节阀关闭，固气化学反应吸附床温度下降，固气化学反应吸附床内化学吸附剂与制冷剂储液器内的制冷剂发生化学合成反应，利用制冷剂储液器内的制冷剂在低温低压下发生蒸发向外界吸热，通过相变材料存储器及换热管盘将制冷冷量存储在相变材料中，从而实现对冷用户端制冷冷量的储存；

[0019] 第三个阶段，制冷冷量释放阶段：汽车停止工作后，冷量调节阀开启，将制冷冷量释放，从而实现对汽车停车状态下的制冷。

[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

[0021] 第一，能量储存密度高：相对于传统的显热式和潜热式储能装置，本发明利用化学吸附势能实现能量的转化储存，其能量储存密度高，从而可减少设备体积，降低储能成本；

[0022] 第二，储存能量损失小，易于长期储存：传统储能装置由于与外界环境有较大温差因而在能量储存过程中有较大的能量损失，而本发明采用热化学吸附储能技术，只要制冷剂与化学吸附储能材料相隔离不发生化学反应，能量就会一直储存并且不需要消耗能量去维持，因而便于长期储存；

[0023] 第三，释能过程温度波动小：由于固气化学反应的单变量特性，在汽车尾气热能和制冷冷量释放阶段，能量输出温度波动小，近似为等温过程，易于系统运行匹配；

[0024] 第四，整个系统除吸附床之外采用吸附制冷工作台所用标准件制成，设计要求较简化，同时有利于批量生产和市场推广。

附图说明

[0025] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0026] 图1为本发明结构示意图；

[0027] 图2为本发明热力学循环图；

[0028] 图中：1为汽车尾气调节阀，2为固气化学反应吸附床，3为制冷剂调节阀，4为吸附床换热盘管，5为化学吸附剂，6为制冷剂储液器，7为制冷剂，8为相变材料存储器及换热管盘，9为冷量调节阀，10为汽车厢体，11为空气流动循环泵。

具体实施方式

[0029] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

[0030] 如图1所示，本实施例提供了一种基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，包括固气化学反应吸附床、吸附床换热盘管、制冷剂储液器以及相变材料存储器及换热管盘，其中，所述固气化学反应吸附床的内部设置有化学吸附剂，所述吸附床换热盘管设置于固气化学反应吸附床的内部，吸附床换热盘管的入口端通过管路I采集汽车尾气，吸附床换热盘管的出口端通过管路II与汽车废气排气管相连；所述固气化学反应吸附床通过管路III与制冷剂储液器双向连通；所述相变材料存储器及换热管盘设置于制冷剂储液器的内部，相变材料存储器及换热管盘的出口端和入口端分别通过管路IV和管路V与汽车厢体相连通；

[0031] 所述管路I的出口与吸附床换热盘管的进口相连，吸附床换热盘管的出口通过管路II与汽车废气排气管相连，从而构成空调传热流体流动环路；所述相变材料存储器及换热管盘、管路IV、汽车厢体、管路V和相变材料存储器及换热管盘依次相连，构成了冷用户端传热流体流动环路；所述固气化学反应吸附床、管路III和制冷剂储液器依次相连，构成了制冷剂双向流动环路，从而将固气化学反应吸附床内解吸出的制冷剂在固气化学反应吸附床和制冷剂储液器之间双向流动。

[0032] 进一步地，所述管路I位于固气化学反应吸附床的外部，管路I上设有汽车尾气调节阀。

[0033] 进一步地，所述管路III上设有制冷剂调节阀。

[0034] 进一步地，所述管路IV位于制冷剂储液器的外部，管路IV上设有冷量调节阀。

[0035] 进一步地，所述管路V位于制冷剂储液器的外部，管路V上设有空气流动循环泵。

[0036] 进一步地，还包括尾气集热器，所述尾气集热器连接于管路I的入口端。

[0037] 如图2所示，本实施例提供的基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，其工作方法包括以下三个阶段：

[0038] 第一阶段，汽车废气热能储能阶段：汽车运行过程中，利用空调传热流体流动环路所获得的热量为固气化学反应吸附床内的化学吸附剂提供解吸热，使化学吸附剂发生化学分解反应，实现尾气热能向化学吸附势能的转化储存，解吸出的制冷剂蒸汽进入制冷剂储液器凝结成液体储存起来，从而实现对汽车废气热能的转化储存；

[0039] 第二阶段，汽车制冷冷量储存阶段：汽车尾气调节阀关闭，固气化学反应吸附床温度下降，固气化学反应吸附床内化学吸附剂与制冷剂储液器内的制冷剂发生化学合成反应，利用制冷剂储液器内的制冷剂在低温低压下发生蒸发向外界吸热，通过相变材料存储器及换热管盘将制冷冷量存储在相变材料中，从而实现对冷用户端制冷冷量的储存；

[0040] 第三个阶段，制冷冷量释放阶段：汽车停止工作后，冷量调节阀开启，将制冷冷量释放，从而实现对汽车停车状态下的制冷。

[0041] 本实施例具体为：

[0042] 本实施例提供的基于吸附式制冷的汽车废热回收停车空调，包括：汽车尾气调节阀1、固气化学反应吸附床2、制冷剂调节阀3、吸附床换热盘管4、化学吸附剂5、制冷剂储液器6、制冷剂7、相变材料存储器及换热管盘8、冷量调节阀9、汽车厢体10以及空气流动循环泵11。

[0043] 其中：汽车尾气调节阀1的出口和吸附床换热盘管4的进口相连；吸附床换热盘管4的出口和汽车废气排气管相连；固气化学反应吸附床2的出口和制冷剂调节阀3的进口相连，制冷剂调节阀3的出口和制冷剂储液器6的进口相连，固气化学反应吸附床2内设有吸附床换热盘管4，化学吸附剂5填装于固气化学反应吸附床2内，制冷剂储液器6内设有相变材料存储器及换热管盘8，制冷剂7填装于制冷剂储液器6内；相变材料存储器及换热管盘8的出口与冷量调节阀9的入口相连，冷量调节阀9的出口与汽车厢体10的入口相连，汽车厢体10的出口与空气流动循环泵11相连。

[0044] 所述的制冷剂的流动方向是双向的，在汽车尾气加热吸附床阶段，制冷剂7依次流经固气化学反应吸附床2、制冷剂调节阀3和制冷剂储液器6；在吸附床降温阶段阶段，制冷剂7依次流经制冷剂储液器6、制冷剂调节阀3和固气化学反应吸附床2。

[0045] 所述的汽车尾气调节阀1、固气化学反应吸附床2结合，构成固体化学反应吸附床的传热流体流动。

[0046] 所述的制冷剂储液器6、相变材料存储器及换热管盘8、冷量调节阀9、汽车厢体10以及空气流动循环泵11依次相连，构成了制冷端的传热流体流动环路。

[0047] 汽车废气热能储能阶段，能量由吸附床换热盘管向固体化学反应吸附床发生传递，通过汽车废气热能转化为化学吸附势能实现能量储存。

[0048] 汽车制冷冷量储存阶段，固气化学反应吸附床2内化学吸附剂5的吸附作用，使得制冷剂储液器6内的制冷剂7发生蒸发相变，能量由制冷剂储液器向相变材料存储器8发生并加以储存汽车废气制冷冷量释能阶段，相变材料存储器及换热管盘8经制冷端的传热流体流动环路传递实现制冷冷量释放。

[0049] 本实施例工作过程包括：汽车废气热能储能阶段、汽车制冷冷量储存阶段和汽车废气制冷冷量释能阶段，其中：

[0050] 第一个阶段，汽车废气热能储能阶段。开启汽车废气调节阀1，关闭冷量调节阀9，关闭制冷剂调节阀3；汽车废气为高温传热流体，输送到吸附床换热盘管4为固体化学反应吸附床2内的化学吸附材料5提供解吸热，当固体化学反应吸附床2内的化学吸附材料5的温度加热到解吸温度时，开启制冷剂调节阀3，从固体化学反应吸附床2解吸出的制冷剂7蒸汽经制冷剂调节阀3流入制冷剂储液器6内发生凝结，释放的凝结热通过汽车外流动空气外界排入外界环境介质(空气和水)，凝结成液态的制冷剂7储存起来，从而实现汽车废气热能向化学吸附势能的转化储存。

[0051] 第二阶段，汽车制冷冷量储存阶段。汽车废气调节阀1关闭，固体化学反应吸附床2温度由于外界空气的冷却从而下降，固体化学反应吸附床2内化学吸附剂5与制冷剂储液器6内的制冷剂7发生化学合成反应，利用制冷剂储液器6内制冷剂7在低温低压下发生蒸发向外界吸热，通过交换热管将制冷量存储在相相变材料存储器及换热管盘8中，从而实现制冷冷量的储存。

[0052] 第三个阶段，制冷冷量释放阶段。在汽车停止工作后，汽车废气调节阀1关闭，冷量调节阀9打开，经空气流动循环泵11将制冷冷量释放到汽车厢体10，从而实现对汽车停车状态下的制冷。

[0053] 如图2所示，Pcond是汽车废气废热热能储存／释放阶段的工作压力，Pev是制冷冷量释放阶段的工作压力，Ta是吸附剂吸附温度，Tg是吸附剂解吸温度。

[0054] 本实例中，汽车尾气调节阀设置于管路I上，汽车尾气调节阀的出口和吸附床换热盘管的进口相连；吸附床换热盘管的出口通过管路II和汽车废气排气管相连；制冷剂调节阀设置于管路III上，固气化学反应吸附床的出口和制冷剂调节阀的进口相连，制冷剂调节阀的出口和制冷剂储液器的进口相连，固气化学反应吸附床内设有吸附床换热盘管，化学吸附剂填装于固气化学反应吸附床内，制冷剂储液器内设有相变材料存储器及换热管盘，制冷剂填装于制冷剂储液器内；冷量调节阀设置于管路IV上，空气流动循环泵设置于管路V上，相变材料存储器及换热管盘的出口与冷量调节阀的入口相连，冷量调节阀的出口与汽车厢体的入口相连，汽车厢体的出口与空气流动循环泵相连。

[0055] 所述的汽车尾气调节阀的出口和吸附床换热盘管的进口相连；吸附床换热盘管的出口和汽车废气排气管相连，构成该装置传热流体流动环路。

[0056] 所述的相变材料存储器及换热管盘、冷用户端调节阀、冷用户端、低温传热流体循环泵和相变材料存储器及换热管盘依次相连，构成了冷用户端的传热流体流动环路。

[0057] 所述的制冷剂储液器、相变材料存储器及换热管盘、冷量调节阀、汽车厢体以及空气流动循环泵依次相连，构成了制冷端的传热流体流动环路。

[0058] 所述的固气化学反应吸附床、制冷剂调节阀和制冷剂储液器依次相连，构成了制冷剂双向流动的环路。

[0059] 所述的制冷剂的流动方向是双向的，制冷剂在吸附床、制冷剂调节阀和制冷剂储液器中双向流动。

[0060] 汽车废气热能储能阶段，热力循环过程为A-B-C，工作压力为Pcond，储存过程的冷凝温度为Tg，该阶段利用汽车废气废热获得的热量为固气化学反应器2内化学吸附剂5提供解吸热，实现汽车废气热能向化学吸附势能的转化储存；

[0061] 在制冷冷量释放时，热力循环过程为C-D-A，工作压力为Pev，释放过程的吸附温度为Ta，该阶段利用固体化学吸附床内化学吸附床2内吸附剂5的吸附作用，使得制冷剂储液器6内制冷剂7在低温低压下发生相变向外界吸热，并将热量存储于相变材料存储器及换热管盘8内。

[0062] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。