[发明专利]一种回收液化天然气冷能用于低温送风的汽车空调系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Compressed Natural Gas)来讲，作为车用燃料具有能量密度大、存储压力低、不含水分和其他可凝性杂质等诸多优良特性，因此被公认为是一种更加经济、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℃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，还能减少燃料消耗，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实用新型专利，其中描述了一种利用散热片使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月授予谢鸿飞的发明专利，其中描述了一种以水作为二次冷媒，在一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，其中描述了一种以醇类为介质，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发明专利，其中描述了一种利用LNG与乙二醇水溶液和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工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发明的技术背景。

发明内容

本发明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，提供了一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。本发明是申请人首次利用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。本发明的设计思想在于：

1.设计了一个低温换热器。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力控制在一个合理范围内，避免管道冻结造成循环系统及设备的损坏。

2.为保证各种工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，最大程度减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，本发明提出了一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、压力安全阀、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。