專利名稱：一種汽車空調溫濕度獨立控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空氣調節(jié)系統(tǒng)，尤其是涉及到一種溫濕度獨立控制的方法及其汽車空調系統(tǒng)。
背景技術：
汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，能源與環(huán)境保護問題日益突出，汽車節(jié)能與環(huán)保是實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。目前占有主導地位的內燃機汽車，其有效熱效率低于45%，燃料能量大部分消耗在摩擦、冷卻散熱和尾氣中，其中尾氣帶走能量最多，充分利用尾氣能量是汽車節(jié)能的重要途徑之一。汽車空調系統(tǒng)為汽車提供制冷、供暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制功能，是影響汽車舒適性的主要分系統(tǒng)。對于純電動、混合動力、燃料電池等新能源汽車，能夠提供給空調系統(tǒng)的動力有限，空調系統(tǒng)節(jié)能高效尤其重要。目前的汽車空調系統(tǒng)主要有兩種類型1)壓縮機由主發(fā)動機驅動，如轎車和中小型客車空調系統(tǒng)。這種類型系統(tǒng)消耗功率一般占發(fā)動機功率的8% 12%，其中壓縮機占 80% 85%，風機占15% 20%，從而減少了發(fā)動機用于驅動輪轂的功率，削弱了汽車的運輸能力；2)空調壓縮機配備專門的副發(fā)動機，如大客車空調系統(tǒng)。這種類型空調系統(tǒng)性能不消耗主發(fā)動機功率、不受汽車行駛工況影響，但因增加了副發(fā)動機，使汽車動力系統(tǒng)結構復雜，增加了整車的重量和布置難度，汽車的油耗和排污均增加?，F(xiàn)有的汽車空調系統(tǒng)，新技術大都采用吸收式制冷系統(tǒng)，雖然吸收式制冷在汽車連續(xù)運行的高負載情況下是可行的，但是在汽車低負載、怠速工況下，提供給空調系統(tǒng)中化學發(fā)生器(包括發(fā)生器和吸收器)所需要的熱量過少，除非增加蓄熱裝置或附加燃燒室才能夠滿足低負載、怠速工況下汽車空調所需的制冷量，否則會大大降低空調系統(tǒng)效果。而現(xiàn)有大型乘用車空調(如客車)大都使用傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷空調系統(tǒng)，除濕和降溫集合在一起，其中濕度控制是采用冷凍除濕、溶液除濕，通過表冷裝置將空氣溫度降到露點溫度，濕空氣中的水蒸氣飽和凝結后分離除去，這一過程中，在控制濕度的同時，環(huán)境溫度降低，導致能量浪費，尤其是對于只需要除濕不需要降溫的環(huán)境而言造成了很大的能源浪費；而且換熱器表面潮濕，易使細菌滋生，影響送風的空氣品質。目前，溫濕度獨立控制的空調系統(tǒng)主要應用在建筑、船舶中央空調領域。其工作原理是溫度控制通過高溫冷源和余熱消除末端裝置(輻射板(冷網(wǎng)格型式新型輻射裝置)或者是干式風機盤管)完成對顯熱的調節(jié)，系統(tǒng)的冷媒介溫度為18°C，高于露點溫度，不致于凝水和結霜；濕度控制采用冷凍除濕(對溫度影響較大)、溶液除濕新風機組處理潛熱和空氣濕度，通過干燥送風調節(jié)內部濕度。如發(fā)明專利《一種基于膜蒸餾技術的溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)》(CN2008102364M. 3)所闡述的系統(tǒng)采用溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)和溴化鋰溶液除濕系統(tǒng)，雖然溶液吸濕和制冷過程統(tǒng)一在膜蒸餾組件中，濕度控制和溫度控制是在兩個獨立環(huán)節(jié)中進行。但是其中還要用一定體積的高分子聚合膜材料，不僅占用較大空間，而且在空調應用上受其化學穩(wěn)定性和耐氧化性的制約，影響分離過程。發(fā)明專利《二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵與溶液除濕相結合的空調系統(tǒng)》 (200610011504. 9)采用溶液系統(tǒng)控制濕度，采用二氧化碳超臨界循環(huán)熱泵控制溫度，從而實現(xiàn)溫濕度的獨立控制與調節(jié)。但系統(tǒng)結構復雜，初始投資極大，實際應用困難。
發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中溫濕度獨立控制存在的問題，本發(fā)明提供了一種結構簡
單、制冷除濕效果好、穩(wěn)定性高；且可充分利用汽車尾氣熱能、節(jié)約能源、有利于環(huán)境保護的溫濕度獨立控制的方法及其汽車空調系統(tǒng)。本發(fā)明所述一種汽車空調溫濕度獨立控制方法，它包括溫度控制方法和濕度控制方法，所述溫度控制方法是通過溫度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式制冷裝置運行，溴化鋰水溶液中的水蒸發(fā)后進入終端換熱器吸收環(huán)境中的熱量冷凝成液態(tài)水，使環(huán)境降溫或通過調節(jié)形成冷凝散熱使環(huán)境升溫，同時通過溴化鋰溶液的吸收作用使溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)循環(huán)工作；所述濕度控制方法是通過濕度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式熱泵裝置和固體吸附式除濕裝置共同運行，溴化鋰吸收式熱泵裝置中的冷凝器散熱后，將外界空氣加熱，使空氣中的水分蒸發(fā)冷凝后被除去，同時固體吸附劑載體在汽車尾氣熱能作用下吸收環(huán)境中水分，通過吸附劑的吸濕和再生干燥空氣，對環(huán)境除濕。所述溴化鋰吸收式制冷和溴化鋰吸收式干燥熱泵在一個系統(tǒng)中運行，它包括發(fā)生器、吸收器、溶液熱交換器、內置冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、終端換熱器等構成。其中，當發(fā)動機中高負荷時，發(fā)生器的高溫發(fā)生熱源來自汽車發(fā)動機的高溫尾氣余熱，發(fā)動機低負荷時， 通過電加熱能及時彌補系統(tǒng)所需要的熱量，蒸發(fā)器的低溫冷源來自車廂內環(huán)境。所述固體吸附式濕度裝置由吸濕裝置和再生裝置兩部分構成，它包括高溫熱源 (尾氣或電熱)、低溫冷源(冷媒水)、裝有固體吸附劑載體、閥體、外置冷凝器組成。汽車發(fā)動機中高負荷運行時，固體吸附劑的再生熱源來自汽車發(fā)動機的高溫廢氣，低負荷運行時再生熱源為蓄電池的電加熱能量。本發(fā)明所述汽車空調溫濕度獨立控制方法的系統(tǒng)包括固體吸收劑載體、發(fā)生器、 吸收器、溶液熱交換器、內置冷凝器、外置冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、終端換熱器、除濕風機和制冷風機，發(fā)生器和固體吸附劑載體分別與發(fā)動機高溫尾氣排出端相連，發(fā)生器分別與內置冷凝器和蒸發(fā)器相連，內置冷凝器與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器與終端換熱器輸出端相連，蒸發(fā)器通過制冷風機與終端換熱器輸入端相連，發(fā)生器與溶液熱交熱器相連，溶液熱交換器與吸收器相連，終端換熱器與固體吸附劑載體相連，固體吸附劑載體與外置冷凝器相連，除濕風機與蒸發(fā)器相連。本發(fā)明溫濕度獨立控制的空調系統(tǒng)，溫度調節(jié)由溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)完成，濕度調節(jié)靠固體吸附式除濕裝置和吸收式熱泵干燥裝置來共同完成干燥除濕；它充分利用汽車發(fā)動機排放的高溫廢氣(尾氣)熱量，既不需要消耗發(fā)動機的輸出功率，可降低能源消耗， 減少廢氣排放，有利于環(huán)境保護，又不受汽車運行時震動、顛簸狀態(tài)的影響，可有效實現(xiàn)汽車空調系統(tǒng)溫濕度獨立控制，本發(fā)明空調系統(tǒng)簡單、體積小、效率高，尤其是適用于汽車、特別是客車使用。本發(fā)明所述空調系統(tǒng)運行流程如下在本發(fā)明的汽車空調系統(tǒng)中，在車廂內部合適的地方放置溫濕度傳感器，如車廂內終端換熱器處及干燥除濕處分別設置溫濕度傳感器。當檢測到車廂內溫度較高時，電控單元將控制溫度控制單元并運行溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，進行降溫。降溫過程中，打開截止閥b，來自汽車發(fā)動機的高溫廢氣通過發(fā)生器，對其進行加熱，由于溴化鋰水溶液中的溴化鋰和水的沸點不同，低沸點的水分首先達到蒸發(fā)溫度，沸騰蒸發(fā)后進入內置冷凝器冷凝，然后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到水分的蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收外界的熱量，通過制冷風機將冷空氣送入到終端換熱器完成對車廂內環(huán)境的降溫過程(所述環(huán)境是指汽車車廂所具有的空間)。與此同時，發(fā)生器中的溴化鋰濃溶液經(jīng)過溶液熱交換器和溶液泵進入到吸收器，吸收器中的溴化鋰濃溶液吸收蒸發(fā)器中蒸發(fā)的水分，成為溴化鋰稀溶液，然后通過溶液泵將溴化鋰稀溶液泵到發(fā)生器中，完成溴化鋰吸收制冷的整個循環(huán)過程。如果溫度傳感器檢測到車廂內部溫度過低，需要制熱時，可通過調節(jié)截止閥c和截止閥d，使蒸發(fā)器向車廂內空間散熱，滿足乘客對環(huán)境溫度的要求。當檢測到車廂內部環(huán)境的濕度參數(shù)較高時，電控單元根據(jù)實際情況控制濕度控制單元運行溴化鋰熱泵干燥裝置和固體吸附式除濕裝置消除環(huán)境中的多余水分。除濕過程，一方面啟用除濕風機， 將車廂環(huán)境外新風通過溴化鋰吸收式熱泵蒸發(fā)器后被冷卻，進入內置冷凝器，吸熱后使空氣水分減少變成熱風，熱風通入車廂內進行干燥。另一方面，截止閥a開通，汽車發(fā)動機的高溫尾氣對固體吸附劑載體加熱，固體吸附劑中吸收的水分被蒸發(fā)，固體吸附劑再生，水蒸氣進入外置冷凝器被冷卻成液態(tài)水，液態(tài)水通過開啟的截止閥流出到水箱中，通過再生后的固體吸附劑充分吸收車廂內濕空氣中的多余水分，從而完成環(huán)境吸濕過程。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果
(1)、充分利用了汽車尾氣熱量，驅動制冷和干燥再生裝置，不降低汽車動力，也不添置多余的熱源和能量，同時降低了汽車尾氣排放的溫度；
(2 )、總體溫濕度控制及人體熱舒適度指標更優(yōu)異，對環(huán)境更友好；
(3)、在汽車空調中，用固化吸附劑來除濕干燥，縮短了循環(huán)時間，減少裝置的容積，而且不受汽車運行時震動、顛簸狀態(tài)的影響；
(4)、相比傳統(tǒng)的汽車空調系統(tǒng)，采用本發(fā)明中的溫濕度獨立控制的汽車空調系統(tǒng)，能夠有效節(jié)能30% ；
(5)、將利用余熱的吸收式制冷與吸附式除濕及熱泵干燥技術，應用在汽車、特別是大型客車空調系統(tǒng)中進行溫濕度獨立控制，不僅節(jié)約了系統(tǒng)空間，而且系統(tǒng)運行性能良好、造價低、體積小、費用少，具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。
圖1是本發(fā)明的結構原理示意圖。在圖中，1、固體吸附劑載體 2、截止閥a 3、旁通閥 4、截止閥b 5、發(fā)動機 6、發(fā)生器 7、濕度控制單元 8、截止閥c 9、電控單元10、溫度控制單元 11、節(jié)流閥 12、內置冷凝器 13、截止閥d 14、蒸發(fā)器15、除濕風機16、溶液熱交換器 17、吸收器18、溶液泵19、終端換熱器20、制冷風機 21、截止閥e 22、外置冷凝器23、截止閥f 24、截止閥g。圖中未標識的管路為冷媒水進、冷媒水出。最終與通過截止閥流出的液態(tài)水進入水箱。整個系統(tǒng)運行過程中，當所需要的能量，發(fā)動機廢氣余熱無法滿足需求時，添加電熱單元，通過蓄電池的電能加熱來彌補，保證系統(tǒng)的正常運行。
具體實施例方式
在圖1的實施例所述發(fā)明的汽車空調系統(tǒng)中，選擇車廂合適的地方放置溫濕度傳感器，如在車廂內的終端換熱器19處(即散熱終端處)和干燥除濕處分別設置溫度傳感器和濕度傳感器。溴化鋰吸收式制冷和溴化鋰吸收式干燥熱泵在一個系統(tǒng)中運行，該系統(tǒng)包括固體吸收劑載體1、發(fā)生器6、吸收器17、溶液熱交換器16、內置冷凝器12、外置冷凝器22、 節(jié)流閥11、蒸發(fā)器14、終端換熱器19、除濕風機15和制冷風機20，它們的連接關系是發(fā)動機5高溫尾氣排出端分別與發(fā)生器6和固體吸附劑載體1相連，所述固體吸附劑載體1優(yōu)選為沸石分子篩，發(fā)生器通過截止閥c8和截止閥dl3分別與內置冷凝器12和蒸發(fā)器14相連，內置冷凝器通過節(jié)流閥11與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器直接與終端換熱器19的輸出端相連， 蒸發(fā)器通過制冷風機20與終端換熱器的輸入端相連(圖1中箭頭表示的輸入和輸出方向)， 所述終端換熱器19優(yōu)選為翅片散熱器，發(fā)生器與溶液熱交熱器16相連，溶液熱交換器通過溶液泵18與吸收器17相連，終端換熱器與固體吸附劑載體相連，固體吸附劑載體與外置冷凝器22相連，除濕風機15與蒸發(fā)器相連。當檢測到車廂內溫度較高時，電控單元9將控制溫度控制單元10使并溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)運行，進行降溫。降溫過程中，打開截止閥 b4，來自汽車發(fā)動機5的高溫尾氣通過發(fā)生器6，對其進行加熱，由于溴化鋰水溶液中的溴化鋰和水的沸點不同，低沸點的水分首先達到蒸發(fā)溫度，沸騰蒸發(fā)后進入內置冷凝器12冷凝，然后經(jīng)節(jié)流閥11節(jié)流到水分的蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器14中蒸發(fā)并同時吸收外界的熱量將空氣變冷，通過制冷風機20將冷空氣送到終端換熱器19完成對車廂內環(huán)境的降溫過程。 而發(fā)生器6中的溴化鋰失去水分后形成的濃溶液經(jīng)過溶液熱交換器16進入到吸收器17，吸收器中的溴化鋰濃溶液吸收蒸發(fā)器中蒸發(fā)的水分，成為溴化鋰稀溶液，然后通過溶液泵18 將溴化鋰稀溶液又泵到發(fā)生器6中，以確保發(fā)生器中有足夠的溴化鋰稀溶液冷凝蒸發(fā)，實現(xiàn)不斷制冷，完成溴化鋰吸收制冷的整個循環(huán)過程。如果溫度傳感器檢測到車廂內部溫度過低，需要制熱時，可通過同時調節(jié)截止閥c8和截止閥dl3，使蒸發(fā)器14向車廂內部空間散熱，提高車箱內溫度，滿足乘客對環(huán)境溫度的要求。當檢測到車廂內部環(huán)境的濕度參數(shù)較高時，電控單元9根據(jù)實際情況運行溴化鋰熱泵干燥裝置和固體吸附式除濕裝置消除環(huán)境中的多余水分。除濕過程，電控單元根據(jù)實際情況控制濕度控制單元7、使溴化鋰熱泵干燥裝置和固體吸附式除濕裝置運行，一方面啟用除濕風機15，車廂環(huán)境外新風通過溴化鋰吸收式熱泵中的蒸發(fā)器14后被冷卻，進入外置冷凝器22，將外置冷凝器中的水冷凝，冷凝水流到水箱，而吸熱后的空氣水分減少變成熱風，熱風通入車廂內進行干燥。另一方面，截止閥a2開通和旁通閥3關閉，汽車發(fā)動機的高溫尾氣對固體吸附劑載體1加熱，固體吸附劑載體中的沸石分子篩吸收的水分被蒸發(fā)，沸石分子篩再生。打開截止閥f23，水蒸氣進入外置冷凝器22被冷卻成液態(tài)水，通過開啟的截止閥e21流出到水箱中。關閉截止閥a2、截止閥e21、截止閥f23，打開截止閥g24，再生后的沸石分子篩不斷吸收車廂內濕空氣中的多余水分，從則完成環(huán)境吸濕過程。整個系統(tǒng)運行過程中，當所需要的熱量無法滿足需求時，可添加電熱單元，通過蓄電池的電能加熱來彌補，保證系統(tǒng)的正常運行。若要對環(huán)境增濕，可在環(huán)境內設加濕器，從而對干燥空氣進行濕潤。最終汽車空調系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度的分別控制， 從而既可達到乘客的舒適度要求，又可實現(xiàn)汽車節(jié)能的目的。
權利要求
1.一種汽車空調溫濕度獨立控制方法，它包括溫度控制方法和濕度控制方法，其特征在于所述溫度控制方法是通過溫度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式制冷裝置運行，溴化鋰水溶液中的水蒸發(fā)后進入終端換熱器吸收環(huán)境中的熱量冷凝成液態(tài)水，使環(huán)境降溫或通過調節(jié)形成冷凝散熱使環(huán)境升溫，同時通過溴化鋰溶液的吸收作用使溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)循環(huán)工作；所述濕度控制方法是通過濕度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式熱泵裝置和固體吸附式除濕裝置共同運行，溴化鋰吸收式熱泵裝置中的冷凝器散熱后，將外界空氣加熱，使空氣中的水分蒸發(fā)冷凝后被除去，同時固體吸附劑載體在汽車尾氣熱能作用下吸收環(huán)境中水分，通過吸附劑的吸濕和再生干燥空氣，對環(huán)境除濕。
2.根據(jù)權利要求1所述的汽車空調溫濕度獨立控制方法，其特征是所述固體吸附劑載體(1)為沸石分子篩。
3.根據(jù)權利要求1所述的汽車空調溫濕度獨立控制方法，其特征是所述終端換熱器 (19)為翅片散熱器。
4.一種實現(xiàn)權利要求1所述的汽車空調溫濕度獨立控制方法的系統(tǒng)，它包括固體吸收劑載體(1)、發(fā)生器(6)、吸收器(17)、溶液熱交換器(16)、內置冷凝器(12)、外置冷凝器 (22)、節(jié)流閥(11)、蒸發(fā)器(14)、終端換熱器(19)、除濕風機(15)和制冷風機(20)，其特征是發(fā)生器(6)和固體吸附劑載體(1)分別與發(fā)動機(5)高溫尾氣排出端相連，發(fā)生器分別與內置冷凝器(12)和蒸發(fā)器(14)相連，內置冷凝器與蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器與終端換熱器 (19)輸出端相連，蒸發(fā)器通過制冷風機(20)與終端換熱器輸入端相連，發(fā)生器與溶液熱交熱器(16)相連，溶液熱交換器與吸收器(17)相連，終端換熱器與固體吸附劑載體相連，固體吸附劑載體與外置冷凝器(22)相連，除濕風機(15)與蒸發(fā)器相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的汽車空調溫濕度獨立控制方法的系統(tǒng)，其特征是所述溶液熱交換器(16)通過溶液泵(18)與吸收器(17)相連。
6.根據(jù)權利要求4所述的汽車空調溫濕度獨立控制方法的系統(tǒng)，其特征是所述內置冷凝器(12)通過節(jié)流閥(11)與蒸發(fā)器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車空調溫濕度獨立控制方法，所述溫度控制方法是通過溫度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式制冷裝置運行，溴化鋰水溶液中的水蒸發(fā)后進入終端換熱器吸收環(huán)境中的熱量冷凝成液態(tài)水，使環(huán)境降溫或通過調節(jié)形成冷凝散熱使環(huán)境升溫；所述濕度控制方法是通過濕度控制單元，利用汽車尾氣熱能為高溫熱源使溴化鋰吸收式熱泵裝置和固體吸附式除濕裝置共同運行，溴化鋰吸收式熱泵裝置中的冷凝器散熱后，將外界空氣加熱，使空氣中的水分蒸發(fā)和通過吸附劑的吸濕、再生干燥空氣，對環(huán)境除濕。本發(fā)明充分利用了汽車尾氣熱量，降低了汽車尾氣排放的溫度，有效節(jié)能30%；不僅節(jié)約了系統(tǒng)空間，而且系統(tǒng)運行性能良好、造價低、體積小、費用少，具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。
文檔編號F24F11/00GK102364259SQ201110341638
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者尚文濤, 董優(yōu)清, 黃亞, 黃若 申請人:北京理工大學萍鄉(xiāng)高新技術研究院