[發明專利]基于相變蓄熱的回質型吸附制冷空調系統

無效

• 申請號: 201410149564.1
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103912946A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 郭燕雯;黃婷婷;張凡;張志偉;焦睿;施耀明;羅倩妮
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00;F24F13/30;F25B17/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種基于相變蓄熱的回質型吸附制冷空調系統，屬于汽車空調技術領域。

背景技術

研究顯示，汽車發動機的效率最高只能達到49%，至少有51%的能量轉化成廢熱。在這部分廢熱中30%以高溫尾氣形式排出車外，70%則被發動機循環冷卻水帶走。循環水帶走的大量余熱，是造成汽車散熱水箱過熱的根源，不僅影響發動機性能，還造成能源的嚴重浪費，違背了節能環保的宗旨。

在夏季，尤其是暴曬情況下，汽車擋風玻璃下方面板溫度在半小時后可迅速升至60℃以上，最高可達87℃。車內高溫環境不僅造成車內駕駛員舒適性欠佳，甚至影響駕駛員的駕駛，為交通事故埋下了隱患。另外，車內空氣溫度對車內空氣中有機揮發性物質(TVOC)的含量具有重要影響。當車內空氣溫度從23℃上升至60℃時，TVOC含量將增大約5倍左右，而其中甲醛的含量也將至少增加5倍以上，嚴重威脅車內人員生理健康。

現有的汽車余熱驅動制冷空調系統多采用余熱加熱工質（通常為水），再以工質作為熱源驅動吸收式空調系統，實現發動機余熱的再利用，達到降低發動機能耗的目的。但是這種系統結構復雜，而且存在吸收劑易泄露以及在停車時汽車空調無法運行，不能解決夏季車內高溫困擾等缺陷。

相變蓄熱技術已經廣泛運用各個領域，相變儲能材料能在一定的溫度范圍內，利用材料本身相態或結構變化，向環境自動吸收或釋放潛熱，達到儲存能量的目的。在建筑節能領域，通常在建筑圍護結構中加入相變儲能材料使室外溫度和熱流波動的影響被削弱，把室內溫度控制在舒適的范圍內，達到降低建筑空調能耗的目的。相變儲能材料是繼納米材料后，又一次材料界的革命，該技術對緩解能源緊張有著重要的應用價值。

發明內容

為解決夏季高溫環境下停車后車內溫度升高所帶來的一系列問題，本發明提出了基于相變蓄熱的回質型吸附制冷空調系統，利用發動機冷卻水余熱制冷，提高能源利用率，達到節能環保的目的。

本發明采用的技術方案為：

基于相變蓄熱的回質型吸附制冷空調系統，包括相變蓄熱換熱裝置、連續回質型固體吸附制冷系統以及冷卻水循環系統；所述相變蓄熱換熱裝置內包括多排平行設置的蛇形盤管、導熱介質和相變蓄熱材料，相變蓄熱材料摻雜在導熱介質中；所述連續回質型固體吸附制冷系統包括吸附床a、吸附床b、冷凝器、節流閥、蒸發器、換向器及傳質管道，其中，吸附床a、冷凝器、節流閥、蒸發器、吸附床b及傳質管道依次連接，換向器由四個電磁閥組成，換向器的兩端分別連接吸附床a和吸附床b，換向器的另外兩端分別連接蒸發器和冷凝器；所述冷卻水循環系統包括冷卻水箱、循環水泵、散熱器及循環工質，散熱器、冷卻水箱與循環水泵依次連接，循環水泵連接到相變蓄熱裝置，相變蓄熱裝置通過三通閥a分別連接到吸附床a和吸附床b；同時循環水泵直接通過三通閥b分別連接到吸附床a和吸附床b。

所述相變蓄熱材料為石蠟微膠囊。

所述連續回質型固體吸附制冷系統采用甲醇和活性炭組成的工質對。

上述空調系統的制冷方法，具體過程如下：當汽車停止運行時，冷卻水箱向相變蓄熱換熱裝置供冷水，使相變蓄熱材料凝固放熱，產生的熱水進入吸附床a，吸附床a受熱，吸附床內的吸附質溫度升高，產生解吸作用，當吸附床a的壓力達到冷凝壓力后，打開與冷凝器連接的閥門，從吸附床a解析出來的制冷劑進入冷凝器冷凝，然后通過節流閥進入蒸發器中汽化制冷；與此同時，冷卻水箱向吸附床b供應冷水，使其中的吸附質溫度降低，吸附制冷劑蒸汽的能力逐步提高，當吸附床b中的壓力達到蒸發壓力后，打開與蒸發器連接的閥門，吸附蒸發器中的制冷劑蒸汽；當吸附床a的解吸過程和吸附床b吸附過程結束后，將兩個吸附床與蒸發器和冷凝器連接的閥門關閉，打開傳質通道進行回質；回質結束后，關閉傳質通道，然后通過切換閥門，使兩個吸附床切換工作狀態，即吸附床a接下來進行吸附過程，吸附床b8進行解吸過程。

在行車時相變蓄熱材料貯存發動機冷卻水余熱，停車時冷卻水箱供以冷水，將相變蓄熱換熱裝置中蓄熱材料貯存的熱量放出，加熱循環水繼續驅動連續回質型固體吸附式空調系統，有效利用發動機余熱解決夏季停車時車內溫度驟升所帶來的問題，節能環保，安全舒適。

本發明的有益效果：

1.節能效果顯著。本發明充分利用發動機冷卻水余熱制冷，不增加發動機能耗，提高能源利用效率。

2.適用范圍廣。本發明對于所有內燃機車均可使用。

3.系統穩定，運行安全。本發明采用吸附式空調制冷系統，避免了吸收式空調中吸收劑在汽車運行過程中的泄露問題，使制冷系統工作更加安全可靠。