本发明专利技术提出了一种回收液化天然气(LNG)冷能的汽车空调系统。它主要由三部分构成：与气化器串联布置的LNG冷能回收换热器、用于低温送风的空气换热器和安全保护装置，见附图。本装置在现有LNG汽车燃气供给系统中串联一个同轴套管式换热器，回收LNG气化的冷量供给汽车空调，供冷、供气互不影响；自动控制空气换热器风机转速，实现常规空调送风与低温送风的自动切换，实现用有限的冷量获取最佳的热舒适性；采用防冻、防超压、恒温供气三重安全保护装置，确保可靠制冷、安全供气；本空调系统紧凑实用、安全可靠，不但适用于以LNG为单一燃料的城市公交车、长途运输客车，其原理也完全适用于以LNG为单一燃料的重型卡车和一般汽车。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种回收利用液化天然气气化冷量的汽车空调系统。具体是利用同轴套管式换热器和LNG汽车气化器串联、在闭式循环中通过醇类溶液吸收LNG气化的冷量用于汽车空调。更加具体的是汽车空调为低温送风。
技术介绍
受能源紧张和环境保护的影响，天然气汽车已经在城市交通运输车辆中占据了重要的位置。而液化天然气(Liquefied Natural Gas)相对于压缩天然气(CompressedNatural Gas)来讲，作为车用燃料具有能量密度大、存储压カ低、不含水分和其他可凝性杂质等诸多优良特性，因此被公认为是ー种更加经济、安全和清洁的汽车新能源。目前液化天然气汽车已经在重型卡车、城市公交车和长途运输客车等运营车辆上被较多应用，而LNG作为汽车燃料使用时，需要从-160°C的低温液体膨胀气化到常温气体，在气化过程中会释 放较大的冷量，如果能将这部分冷量供给汽车空调，不仅能降低传统汽车空调的冷负荷、减少CFCs制冷剂的使用和泄漏，还能減少燃料消耗，实现能量的综合利用。但检索结果表明，目前尚未看到可直接应用于LNG汽车上的液化天然气冷回收汽车空调产品。目前现有的LNG冷回收方案大致可分为两大类直接换热和利用二次冷媒间接换热。前者例如2009年12月授予东风汽车公司的技术专利，其中描述了ー种利用散热片使LNG与空气进行直接热交换的液化天然气汽车空调装置。后者例如2004年9月授予谢鸿飞的专利技术专利，其中描述了ー种以水作为二次冷媒，在ー个开式循环系统中吸收LNG气化时的冷量供给中央空调的方法；2008年8月授予福斯特惠勒(美国)公司的国际专利，其中描述了ー种以醇类为介质，在闭路循环系统中利用废热和空气加热器中环境空气的热量对LNG进行气化的方法；2008年11月授予西安交通大学的专利技术专利，其中描述了ー种利用LNG与こニ醇水溶液和LNG自身进行多次热交换,从而实现小温差换热的汽车空调器。但是，上述LNG冷回收方案如果直接用于汽车空调时都存在不同程度的问题。如果是采取直接换热的冷回收方式，必然会因为大温差换热导致空气中的水蒸气等在换热器表面出现冻结现象，影响换热的可靠性。如果是采用间接换热的冷回收方式，则大都存在设备体积庞大、系统管路复杂、汽车空调所需热负荷与发动机实际用气量、空调实际回收冷量不匹配等问题，难以满足汽车空调热湿负荷大、布置空间有限、抗振性能要求高以及汽车空调必须要与整车内饰协调统一等客观要求。因此，提供一种能够在各种エ况下满足发动机的燃料供给量、最大限度地回收LNG气化时的冷量、能够调节车内温湿度、结构紧凑、安全可靠的液化天然气汽车冷回收空调系统是本专利技术的技术背景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对重型卡车、城市公交车及长途客运等大中型客货运输车辆，提供了ー种利用液化天然气冷量的实用汽车空调系统，它主要满足驾驶室等重点部位的夏季温湿度调节要求。本专利技术是申请人首次利用LNG为实验介质，设计了 LNG汽车冷能回收汽车空调系统，历时一年多的模拟试验、装车试验，证实了该系统的可行性。本专利技术的设计思想在于I.设计了ー个低温换热器。它既能高效回收LNG气化的冷量并用于汽车空调快速供冷，而且结构紧凑、运行可靠，通过将壳层内的冰充填率与管道阻カ控制在ー个合理范围内，避免管道冻结造成循环系统及设备的损坏。2.为保证各种エ况下发动机稳定的运转，设计的冷回收系统应与现有的LNG汽车燃料供气系统相匹配，冷回收系统的安装位置基本不改变原有LNG汽车燃料供气系统的布局。3.由于汽车正常行驶时所能回收的最大冷能尚不能完全满足载客公交车对空调 的热负荷需求。因此，本冷回收汽车空调系统的设计原则是部分负荷时回收的冷能将首先面向驾驶室等局部重点区域供冷；而大负荷时随着回收的冷能增多，逐步向整个公交车内低温送风，做到合理规划冷量的分配和利用。4.提出了冷回收装置与LNG气化器串联布置，最大程度減少冷回收系统与发动机燃料供给系统的连接点数量；当冷回收系统发生故障时，保证不会影响发动机燃料系统的供气。整个冷回收系统考虑汽车减振的要求，采用软连接方式，且选用的保温材料都满足车用空调防火阻燃的要求。为实现上述目的，本专利技术提出了 ー种回收液化天然气冷能用于低温送风的汽车空调系统，采用的装置包括冷回收装置(即同轴套管式换热器)、空气换热器(包含变风量风机和冷却盘管)、直流水泵、压カ安全阀、温度传感器及液位传感器、控制器(包括温度继电器和液位继电器)、直流电磁阀等。具体的技术方案是同轴套管式换热器包裹在聚氨酯泡沫塑料保温材料内，壳层内循环20% 40%的こニ醇水溶液，管层内通过天然气低温气液两相流体，两种流体逆流换热。带走LNG气化冷量的こニ醇水溶液直接送到汽车内的空气换热器，根据冷却盘管进出口水温自动选择风机转速，实现常规13°C送风和低温9°C送风的自动切换，以达到利用有限的冷量获得最佳热舒适性的目的。こニ醇水溶液在闭式空调管路中通过直流水泵强制循环，利用高位水箱补水和平衡压カ。本专利技术的其他ー些特点是公交车在变エ况运行吋，LNG气化时释放的冷量是不同的，即使在夏季的空调运行季节，个别阴雨天气、发动机大负荷エ况时也可能会因为冷回收装置换热能力不足造成低温燃料进入减压器，造成减压器内的密封元件损毁。所以设计了冷回收装置和现用的LNG汽车气化器串联布置的方案，从而避免了潜在故障的发生。另外，目前大量应用的混合器式天然气发动机的进气温度较高是引起爆震燃烧的主要因素之一。因此，串联布置方案中设计了通过高温电磁阀来控制从发动机冷却水套进入气化器的热水量。在夏季前后的空调运行季节，LNG首先进入冷回收装置迅速完成冷量交換，离开气化器后一般无需再被气化器二次加热。此时，控制气化器中发动机冷却水流动的电磁阀一般处于关闭状态，从而能有效降低发动机的进气温度；在冬季或其他不需要空调运行的季节，只需放掉冷回收空调系统中的こニ醇水溶液，并将其储存起来，留待来年继续使用。这时，冷回收装置只相当于一条低温燃料通路，不再承担低温燃料的气化负荷，LNG由气化器气化，电磁阀处于常开状态。此外，还设计了防冻、防超压及恒温供气的三重安全保护装置I)防冻设计。设计了水泵电源开关与汽车发动机启动电路相连，当点火开关处于“0N”位置，汽车电源接通水泵使其提前运转，避免供气开始时，冷回收装置内的こニ醇水溶液因不流动而造成管路冻结现象。2)防超压设计。冷回收装置中的低温两相流体与こニ醇水溶液之间的热交换属于大温差换热，换热过程受到发动机负荷、车内环境状况等诸多因素的影响。而且，虽然在设计冷回收装置时，已经根据额定用气量，通过设计将冷回收装置壳层中的冰填充率控制在一定范围以内。但是，为了防止实际运行时壳层内的冰填充率超过限定值，造成空调系统循环压力升高进而影响水泵的使用寿命，在水泵出口设计引出了一条旁通管路，旁通管路通过压カ安全阀与高位水箱连接。这样，当泵出ロ压カ升高到一定值时，压カ安全阀自动打开，こニ醇水溶液进入水箱，水泵出ロ压カ降低。当水箱内的液位超过设定值时，液位传感器发出开关信号，由液位继电器控制直流水泵停转。待故障排除后，打开水箱出口的截止阀即可重新工作。3)恒温供气设计。根据对近年来我国各地LNG公交客车的使用和维修情况进行统计分析，结果表明进气温度较高是引起天然气发动机爆震本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种回收液化天然气(LNG)冷能的汽车空调系统，具体如下 1)冷回收装置，所述冷回收装置具体为同轴套管式换热器； 2)传热介质,所述传热介质主要包括体积分数20% 40%的こニ醇水溶液； 3)用于补充并实现传热介质压カ恒定的高位水箱； 4)用于实现传热介质强制循环的至少ー个直流水泵； 5)用于实现汽车空调制冷送风的空气换热器、送风风道、稳压箱及冷风分部散流器； 6)用于安全保护的液位传感器、继电器及水泵电源接线方式； 其特征为冷回收装置为同轴套管式结构，LNG和空调传热介质分别在换热器的管层和壳层内逆流换热。2.根据权利要求I所述的冷回收装置，其特征为换热器和外层保护钢罩之间采用硬质聚氨酯泡沫作保温隔热和固定支撑材料。3.根据权利要求I所述的高位水箱，其特征为水箱集成了以下部件压カ安全阀、截止阀、液位传感器、加液口和自动排气阀，且水箱内的最低水位必须高于空调系统其他装置的最闻水位。4.ー种利用冷回收装置和气化器串联布置以实现LNG汽车恒温供气的方法，所述方法包括 1)使用同轴套管式换热器作为冷回收装置； 2)使用水浴式螺旋管式换热器作为气化器； 3)冷回收装置和气化器串联布置，LNG先进入冷回收装置，后进气化器。4)天然气温度传感器布置于冷回收装置出气ロ之后、气化器进气ロ之前的供气管路外壁，和气化器出气ロ之后的供气管壁，温度传感器反馈的温度信号通过继电器控制气化器中热水管路循环的启闭； 5)耐高温、常开直流...
【专利技术属性】
技术研发人员：许伯彦，郎峰，王强，薛兴海，高新传，王公义，
申请(专利权)人：许伯彦，郎峰，
类型：发明
国别省市：
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