專利名稱：兩級金屬氫化物汽車空調(diào)的制作方法
專利說明兩級金屬氫化物汽車空調(diào) 本發(fā)明涉及的是一種汽車空調(diào)，特別是一種利用汽車尾氣中的廢熱作為驅(qū)動力、通過金屬氫化物與氫氣之間可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷的汽車空調(diào)系統(tǒng)，屬于節(jié)能及空調(diào)與制冷工程技術(shù)領(lǐng)域。空調(diào)機的迅速普及使能源消耗急劇增加。據(jù)報道，美國每年用于空調(diào)的能耗占全美能源總耗量的35％。在中國，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，空調(diào)的能耗比例也在逐年急速上升。當今，汽車上使用的空調(diào)大多是利用汽車發(fā)動機帶動的壓縮式氟里昂制冷機，常規(guī)制冷劑氟利昂產(chǎn)生破壞臭氧層、溫室效應(yīng)等世界性環(huán)境問題。因此，在能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的今天，開發(fā)新型制冷系統(tǒng)為世界各國所關(guān)注。隨著人們生活水平的提高、客運和旅游業(yè)的發(fā)展，空調(diào)車越來越受到歡迎，但常規(guī)汽車空調(diào)機的耗油量占汽車總耗油量的30％，是耗能大戶。另一方面，汽車燃油熱量僅三分之一為有效能量(作為動力)，其余三分之二則是通過冷卻水或廢氣方式排入大氣，如何將這些能量加以利用，特別是用于汽車空調(diào)，是人們普遍關(guān)注的問題。
隨著人類對汽車空調(diào)環(huán)保及節(jié)能要求的提高，需要發(fā)展新型空調(diào)制冷系統(tǒng)。在已有的技術(shù)中，申請?zhí)枮?9116689.2，名稱為“汽車用溴化鋰吸收式制冷裝置，申請?zhí)枮?8113317.7，名稱為“以汽車尾氣熱量為能源的空調(diào)機”，均是以水為制冷劑，制冷溫度只能在0℃以上，溴化鋰溶液具有腐蝕性，而且汽車的振動和傾斜嚴重影響吸收器和發(fā)生器的運行，從而降低制冷效果。為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明設(shè)計了一種全新的環(huán)保節(jié)能型的汽車空調(diào)，該空調(diào)利用汽車尾氣中的廢熱作為高溫?zé)嵩?，外界大氣環(huán)境作為中溫?zé)嵩磥眚?qū)動金屬氫化物制冷循環(huán)，通過金屬氫化物與氫氣之間可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷，采用兩對金屬氫化物反應(yīng)器交替制冷來實現(xiàn)汽車室內(nèi)空氣溫度的連續(xù)調(diào)節(jié)。
某些金屬氫化物與氫氣之間的反應(yīng)為可逆反應(yīng)并伴隨有明顯的熱效應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下MHx(s)+ΔH⇔P2,T2P1,T1M(s)+x2H2(g)]]>式中M為儲氫合金；MHx為對應(yīng)的金屬氫化物；ΔH為氫化物生成焓變，即反應(yīng)熱；P1、T1為放氫時體系所需的壓力和溫度；P2、T2為吸氫時體系所需的壓力和溫度。S表示物質(zhì)為固體狀態(tài)、g表示物質(zhì)為氣體狀態(tài)。
如果反應(yīng)壓力高于平衡分解壓力，反應(yīng)向右進行同時放出反應(yīng)熱，相當于把化學(xué)能(氫)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋７粗绻磻?yīng)壓力低于平衡分解壓力或使金屬氫化物受熱，反應(yīng)向左進行，吸熱并釋放出氫，該部分所吸收的熱量即為汽車空調(diào)用的冷量。
本發(fā)明主要包括兩個高溫反應(yīng)器、兩個低溫反應(yīng)器、換熱器、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、水泵、風(fēng)機等。高溫反應(yīng)器和低溫反應(yīng)器均為管束型，即反應(yīng)器中布置有內(nèi)填金屬氫化物的細管，在管中心設(shè)有透氫薄膜以利于氫氣的傳遞，空氣和熱水間歇地通入反應(yīng)器并通過管壁對金屬氫化物進行加熱和冷卻。本發(fā)明為兩級系統(tǒng)，可連續(xù)制冷。高溫?zé)嵩礊槠囄矚?，低溫反?yīng)器產(chǎn)生的冷量用于汽車室內(nèi)環(huán)境的制冷，制冷溫度可達-5℃～-10℃。由于兩對反應(yīng)器交替制冷，為了使系統(tǒng)能有效、安全工作，本專利專門開發(fā)了一種特定的控制器，根據(jù)系統(tǒng)中各點溫度、壓力偏差及其變化率，來確定系統(tǒng)中各設(shè)備的開啟與關(guān)閉，根據(jù)汽車室內(nèi)溫度，來調(diào)節(jié)相關(guān)閥門的開啟度。
汽車尾氣易使金屬氫化物中毒，故二者不能直接接觸；而且汽車尾氣熱容較小，不利于熱量有效交換，本系統(tǒng)采用水為中間載熱介質(zhì)，即先將熱量傳遞給水，然后再傳遞給反應(yīng)器內(nèi)的金屬氫化物。考慮到該系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境，為使系統(tǒng)裝置簡易和穩(wěn)定，同低溫?zé)嵩吹膿Q熱即冷量收集采用風(fēng)冷式，即駕駛室內(nèi)熱空氣直接和低溫反應(yīng)器換熱，降溫后再送回室內(nèi)。
該系統(tǒng)無腐蝕、無磨損，運動部件少，耐行車過程中的振動沖擊，采用氫氣作為能量載體，屬于天然工質(zhì)，不存在對大氣臭氧層的破壞作用，為環(huán)保型空調(diào)。

圖1兩級金屬氫化物汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1、2是高溫反應(yīng)器，3、4是低溫反應(yīng)器，5是氣水換熱器，7、8是電磁三通閥，9、10、11、12、13、14、15是空氣管路三通閥，16、17是氫氣流量調(diào)節(jié)閥，18是水泵，19是室外空氣風(fēng)機，20是室內(nèi)空氣風(fēng)機，21、22是輸氫管路。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明主要包括兩個高溫反應(yīng)器1、2，兩個低溫反應(yīng)器3、4，氣水換熱器5，電磁三通閥7、8，空氣管路三通閥9、10、11、12、13、14、15，氫氣流量調(diào)節(jié)閥16、17，水泵18，室外空氣風(fēng)機19，室內(nèi)空氣風(fēng)機20，氫氣管路21、22。
氣水換熱器5殼程進口和汽車尾氣出口相連，氣水換熱器5殼程出口與大氣相通；高溫反應(yīng)器1與低溫反應(yīng)器3之間通過氫氣管路21相連，氫氣管路21上設(shè)有氫氣流量調(diào)節(jié)閥17；高溫反應(yīng)器2與低溫反應(yīng)器4之間通過氫氣管路22相連，氫氣管路22上設(shè)有氫氣流量調(diào)節(jié)閥16；氣水換熱器5管程的出口與水泵18的進口相連，水泵18的出口通過三通閥7和高溫反應(yīng)器1、2的熱水進口連接，高溫反應(yīng)器1、2的熱水出口通過三通閥8和換熱器5管程的進口相連；汽車室6的出風(fēng)口與室內(nèi)空氣風(fēng)機20的進口相連，室內(nèi)空氣風(fēng)機20的出口通過三通閥9分別和低溫反應(yīng)器3、4的室內(nèi)空氣進口連接，低溫反應(yīng)器3、4的室內(nèi)空氣出口通過三通閥10和汽車室6進口連接；室外空氣通過室外空氣風(fēng)機19、三通閥11后分成兩路，其中一路通過三通閥12和高溫反應(yīng)器1、2的室外空氣進口相連，另一路通過三通閥14和低溫反應(yīng)器3、4的室外空氣進口相連，高溫反應(yīng)器1、2的室外空氣出口通過三通閥13排出室外，低溫反應(yīng)器3、4的室外空氣出口通過三通閥15排出室外。高溫反應(yīng)器1、2，低溫反應(yīng)器3、4和汽車室6中均設(shè)有溫度和壓力傳感器，其輸出信號進控制器，控制器與各三通閥、流量調(diào)節(jié)閥及風(fēng)機、水泵電連接。高溫反應(yīng)器1、2和低溫反應(yīng)器3、4均為管束型，即反應(yīng)器中布置有內(nèi)填金屬氫化物的細管，在管中心設(shè)有透氫薄膜以利于氫氣的傳遞，每只反應(yīng)器均有收集氫氣的總管，其出口與輸氫管路21、22相連。高溫反應(yīng)器1、2的兩端設(shè)有熱水進出口和室外空氣進出口，低溫反應(yīng)器3、4的兩端設(shè)有室內(nèi)空氣進出口和室外空氣進出口。
氣水換熱器5的管程與水泵18、電磁三通閥7、8組成的回路中流的是水，氣水換熱器5的殼程中流的是汽車尾氣。高溫反應(yīng)器1、2和三通閥12、13回路中流的是室外空氣，高溫反應(yīng)器1和低溫反應(yīng)器3之間的氫氣管路21、高溫反應(yīng)器2和低溫反應(yīng)器4之間的氫氣管路22中流的均是氫氣，汽車室6和三通閥9、10的回路中流的是汽車室內(nèi)的空氣，低溫反應(yīng)器3、4和三通閥14、15的回路中流的是室外空氣，室外空氣和熱水間歇地通入高溫反應(yīng)器1、2對金屬氫化物進行加熱和冷卻，室外空氣和室內(nèi)空氣間歇地通入低溫反應(yīng)器3、4對金屬氫化物進行冷卻和加熱。循環(huán)開始時，控制器控制電磁三通閥7和8的CA方向?qū)?、CB方向關(guān)閉，經(jīng)汽車尾氣加熱后的水流入高溫反應(yīng)器1內(nèi)，向高溫反應(yīng)器1中的氫化物供熱，使其在該狀態(tài)下不斷分解釋放出氫氣，在壓差的作用下，氫氣經(jīng)由輸氫管道21進入低溫反應(yīng)器3而被吸收。與此同時，低溫反應(yīng)器4中的金屬氫化物分解出氫氣，通過氫氣管路22并在壓差作用下被導(dǎo)入高溫反應(yīng)器2，從而在低溫反應(yīng)器4中產(chǎn)生-5℃～-10℃的冷量；三通閥9和10的AB方向?qū)?、AC方向關(guān)閉，汽車室6中熱空氣同低溫反應(yīng)器4換熱，降溫后再送入汽車室內(nèi)，完成汽車空調(diào)的目的。金屬氫化物吸收氫氣的反應(yīng)是放熱的，為維持高溫反應(yīng)器2和低溫反應(yīng)器3中的金屬氫化物吸收氫氣過程中的溫度恒定，通過室外空氣帶走兩反應(yīng)器中產(chǎn)生的熱量。即三通閥11的AB、AC方向均導(dǎo)通室外空氣一路經(jīng)三通閥12(BA關(guān)閉、BC導(dǎo)通)進入高溫反應(yīng)器2，將金屬氫化物冷卻后經(jīng)三通閥13(CA關(guān)閉、CB導(dǎo)通)排出車外；另一路經(jīng)三通閥14(BC關(guān)閉、BA導(dǎo)通)進入低溫反應(yīng)器3，將反應(yīng)器冷卻后經(jīng)三通閥15(AC關(guān)閉、AB導(dǎo)通)排出車外。
為進行連續(xù)制冷，接下來的時刻仍需有反應(yīng)器產(chǎn)生冷量，高溫反應(yīng)器1，低溫反應(yīng)器3之間和高溫反應(yīng)器2、低溫反應(yīng)器4之間的反應(yīng)過程對換，由低溫反應(yīng)器3產(chǎn)生冷量。即通過三通閥的切換將高溫反應(yīng)器2中的金屬氫化物用熱水加熱，高溫反應(yīng)器1和低溫反應(yīng)器4中的金屬氫化物同室外空氣換熱，低溫反應(yīng)器3用汽車室內(nèi)排氣冷卻。高溫反應(yīng)器2放出氫氣，在壓差的作用下，氫氣進入低溫反應(yīng)器4而被吸收。與此同時，低溫反應(yīng)器3中的金屬氫化物分解而產(chǎn)生-5℃～-10℃的冷量，分解的氫氣同樣在壓差的作用下進入高溫反應(yīng)器1被吸收，所產(chǎn)生的冷量被空氣循環(huán)帶至汽車室內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種“兩級金屬氫化物汽車空調(diào)”，主要包括兩個高溫反應(yīng)器(1)、(2)，兩個低溫反應(yīng)器(3)、(4)，氣水換熱器(5)，電磁三通閥(7)、(8)，空氣管路三通閥(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)，氫氣流量調(diào)節(jié)閥(16)、(17)，水泵(18)，室外空氣風(fēng)機(19)，室內(nèi)空氣風(fēng)機(20)，氫氣管路(21)、(22)，其特征在于該空調(diào)通過金屬氫化物與氫氣之間可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷，利用汽車尾氣中的廢熱作為高溫?zé)嵩矗饨绱髿猸h(huán)境作為中溫?zé)嵩磥眚?qū)動金屬氫化物制冷循環(huán)，采用水為中間載熱介質(zhì)，即先將熱量傳遞給水，然后再傳遞給金屬氫化物，采用兩對金屬氫化物反應(yīng)器交替制冷來實現(xiàn)汽車室內(nèi)空氣溫度的連續(xù)調(diào)節(jié)，氣水換熱器(5)殼程進口和汽車尾氣出口相連，氣水換熱器(5)殼程出口與大氣相通；高溫反應(yīng)器(1)與低溫反應(yīng)器(3)之間通過氫氣管路(21)相連，氫氣管路(21)上設(shè)有氫氣流量調(diào)節(jié)閥(17)；高溫反應(yīng)器(2)與低溫反應(yīng)器(4)之間通過氫氣管路(22)相連，氫氣管路(22)上設(shè)有氫氣流量調(diào)節(jié)閥(16)；氣水換熱器(5)管程的出口與水泵(18)的進口相連，水泵(18)的出口通過三通閥(7)和高溫反應(yīng)器(1)、(2)的熱水進口連接，高溫反應(yīng)器(1)、(2)的熱水出口通過三通閥(8)和換熱器(5)管程的進口相連；汽車室(6)的出風(fēng)口與室內(nèi)空氣風(fēng)機(20)的進口相連，室內(nèi)空氣風(fēng)機(20)的出口通過三通閥(9)分別和低溫反應(yīng)器(3)、(4)的室內(nèi)空氣進口連接，低溫反應(yīng)器(3)、(4)的室內(nèi)空氣出口通過三通閥(10)和汽車室(6)進口連接；室外空氣通過室外空氣風(fēng)機(19)、三通閥(11)后分成兩路，其中一路通過三通閥(12)和高溫反應(yīng)器(1)、(2)的室外空氣進口相連，另一路通過三通閥(14)和低溫反應(yīng)器(3)、(4)的室外空氣進口相連，高溫反應(yīng)器(1)、(2)的室外空氣出口通過三通閥(13)排出室外，低溫反應(yīng)器(3)、(4)的室外空氣出口通過三通閥(15)排出室外。高溫反應(yīng)器(1)、(2)，低溫反應(yīng)器(3)、(4)和汽車室(6)中均設(shè)有溫度和壓力傳感器，其輸出信號進控制器，控制器與各三通閥、流量調(diào)節(jié)閥及風(fēng)機、水泵電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“兩級金屬氫化物汽車空調(diào)”，其特征還在于高溫反應(yīng)器(1)、(2)和低溫反應(yīng)器(3)、(4)均為管束型，即反應(yīng)器中布置有內(nèi)填金屬氫化物的細管，在管中心設(shè)有透氫薄膜以利于氫氣的傳遞，每只反應(yīng)器均有收集氫氣的總管，其出口與輸氫管路21，22相連，高溫反應(yīng)器(1)、(2)的兩端設(shè)有熱水進出口和室外空氣進出口，低溫反應(yīng)器(3)、(4)的兩端設(shè)有室內(nèi)空氣進出口和室外空氣進出口。
全文摘要
兩級金屬氫化物汽車空調(diào)是通過金屬氫化物與氫氣之間可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷，利用汽車尾氣中的廢熱作為高溫?zé)嵩?，外界大氣環(huán)境作為中溫?zé)嵩磥眚?qū)動金屬氫化物制冷循環(huán)，采用兩對金屬氫化物反應(yīng)器交替制冷來實現(xiàn)汽車室內(nèi)空氣溫度的連續(xù)調(diào)節(jié)。該空調(diào)系統(tǒng)主要包括金屬氫化物高、低溫反應(yīng)器、換熱器、電磁閥、水泵、風(fēng)機等。高、低溫反應(yīng)器中布置有內(nèi)填金屬氫化物的細管，在管中心設(shè)有透氫薄膜，每只反應(yīng)器均有收集氫氣的總管。該發(fā)明的空調(diào)無腐蝕、無磨損，運動部件少，耐行車過程中的振動沖擊，采用氫氣作為能量載體，屬于天然工質(zhì)，不存在對大氣臭氧層的破壞作用，為環(huán)保型空調(diào)。
文檔編號B60H1/20GK1482017SQ0312951
公開日2004年3月17日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者陳江平, 陳芝久, 倪久建, 楊濤 申請人:上海交通大學(xué)