专利名称：两级金属氢化物汽车空调的制作方法
专利说明两级金属氢化物汽车空调 本发明涉及的是一种汽车空调，特别是一种利用汽车尾气中的废热作为驱动力、通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现制冷的汽车空调系统，属于节能及空调与制冷工程技术领域。空调机的迅速普及使能源消耗急剧增加。据报道，美国每年用于空调的能耗占全美能源总耗量的35％。在中国，随着经济的快速发展，空调的能耗比例也在逐年急速上升。当今，汽车上使用的空调大多是利用汽车发动机带动的压缩式氟里昂制冷机，常规制冷剂氟利昂产生破坏臭氧层、温室效应等世界性环境问题。因此，在能源危机和环境问题日益严重的今天，开发新型制冷系统为世界各国所关注。随着人们生活水平的提高、客运和旅游业的发展，空调车越来越受到欢迎，但常规汽车空调机的耗油量占汽车总耗油量的30％，是耗能大户。另一方面，汽车燃油热量仅三分之一为有效能量(作为动力)，其余三分之二则是通过冷却水或废气方式排入大气，如何将这些能量加以利用，特别是用于汽车空调，是人们普遍关注的问题。
随着人类对汽车空调环保及节能要求的提高，需要发展新型空调制冷系统。在已有的技术中，申请号为99116689.2，名称为“汽车用溴化锂吸收式制冷装置，申请号为98113317.7，名称为“以汽车尾气热量为能源的空调机”，均是以水为制冷剂，制冷温度只能在0℃以上，溴化锂溶液具有腐蚀性，而且汽车的振动和倾斜严重影响吸收器和发生器的运行，从而降低制冷效果。为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明设计了一种全新的环保节能型的汽车空调，该空调利用汽车尾气中的废热作为高温热源，外界大气环境作为中温热源来驱动金属氢化物制冷循环，通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现制冷，采用两对金属氢化物反应器交替制冷来实现汽车室内空气温度的连续调节。
某些金属氢化物与氢气之间的反应为可逆反应并伴随有明显的热效应。反应的化学方程式如下MHx(s)+ΔH⇔P2,T2P1,T1M(s)+x2H2(g)]]>式中M为储氢合金；MHx为对应的金属氢化物；ΔH为氢化物生成焓变，即反应热；P1、T1为放氢时体系所需的压力和温度；P2、T2为吸氢时体系所需的压力和温度。S表示物质为固体状态、g表示物质为气体状态。
如果反应压力高于平衡分解压力，反应向右进行同时放出反应热，相当于把化学能(氢)转变为热能。反之如果反应压力低于平衡分解压力或使金属氢化物受热，反应向左进行，吸热并释放出氢，该部分所吸收的热量即为汽车空调用的冷量。
本发明主要包括两个高温反应器、两个低温反应器、换热器、电磁阀、流量调节阀、水泵、风机等。高温反应器和低温反应器均为管束型，即反应器中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢薄膜以利于氢气的传递，空气和热水间歇地通入反应器并通过管壁对金属氢化物进行加热和冷却。本发明为两级系统，可连续制冷。高温热源为汽车尾气，低温反应器产生的冷量用于汽车室内环境的制冷，制冷温度可达-5℃～-10℃。由于两对反应器交替制冷，为了使系统能有效、安全工作，本专利专门开发了一种特定的控制器，根据系统中各点温度、压力偏差及其变化率，来确定系统中各设备的开启与关闭，根据汽车室内温度，来调节相关阀门的开启度。
汽车尾气易使金属氢化物中毒，故二者不能直接接触；而且汽车尾气热容较小，不利于热量有效交换，本系统采用水为中间载热介质，即先将热量传递给水，然后再传递给反应器内的金属氢化物。考虑到该系统应用的环境，为使系统装置简易和稳定，同低温热源的换热即冷量收集采用风冷式，即驾驶室内热空气直接和低温反应器换热，降温后再送回室内。
该系统无腐蚀、无磨损，运动部件少，耐行车过程中的振动冲击，采用氢气作为能量载体，属于天然工质，不存在对大气臭氧层的破坏作用，为环保型空调。
图1两级金属氢化物汽车空调系统结构框图。
图中1、2是高温反应器，3、4是低温反应器，5是气水换热器，7、8是电磁三通阀，9、10、11、12、13、14、15是空气管路三通阀，16、17是氢气流量调节阀，18是水泵，19是室外空气风机，20是室内空气风机，21、22是输氢管路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明主要包括两个高温反应器1、2，两个低温反应器3、4，气水换热器5，电磁三通阀7、8，空气管路三通阀9、10、11、12、13、14、15，氢气流量调节阀16、17，水泵18，室外空气风机19，室内空气风机20，氢气管路21、22。
气水换热器5壳程进口和汽车尾气出口相连，气水换热器5壳程出口与大气相通；高温反应器1与低温反应器3之间通过氢气管路21相连，氢气管路21上设有氢气流量调节阀17；高温反应器2与低温反应器4之间通过氢气管路22相连，氢气管路22上设有氢气流量调节阀16；气水换热器5管程的出口与水泵18的进口相连，水泵18的出口通过三通阀7和高温反应器1、2的热水进口连接，高温反应器1、2的热水出口通过三通阀8和换热器5管程的进口相连；汽车室6的出风口与室内空气风机20的进口相连，室内空气风机20的出口通过三通阀9分别和低温反应器3、4的室内空气进口连接，低温反应器3、4的室内空气出口通过三通阀10和汽车室6进口连接；室外空气通过室外空气风机19、三通阀11后分成两路，其中一路通过三通阀12和高温反应器1、2的室外空气进口相连，另一路通过三通阀14和低温反应器3、4的室外空气进口相连，高温反应器1、2的室外空气出口通过三通阀13排出室外，低温反应器3、4的室外空气出口通过三通阀15排出室外。高温反应器1、2，低温反应器3、4和汽车室6中均设有温度和压力传感器，其输出信号进控制器，控制器与各三通阀、流量调节阀及风机、水泵电连接。高温反应器1、2和低温反应器3、4均为管束型，即反应器中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢薄膜以利于氢气的传递，每只反应器均有收集氢气的总管，其出口与输氢管路21、22相连。高温反应器1、2的两端设有热水进出口和室外空气进出口，低温反应器3、4的两端设有室内空气进出口和室外空气进出口。
气水换热器5的管程与水泵18、电磁三通阀7、8组成的回路中流的是水，气水换热器5的壳程中流的是汽车尾气。高温反应器1、2和三通阀12、13回路中流的是室外空气，高温反应器1和低温反应器3之间的氢气管路21、高温反应器2和低温反应器4之间的氢气管路22中流的均是氢气，汽车室6和三通阀9、10的回路中流的是汽车室内的空气，低温反应器3、4和三通阀14、15的回路中流的是室外空气，室外空气和热水间歇地通入高温反应器1、2对金属氢化物进行加热和冷却，室外空气和室内空气间歇地通入低温反应器3、4对金属氢化物进行冷却和加热。循环开始时，控制器控制电磁三通阀7和8的CA方向导通、CB方向关闭，经汽车尾气加热后的水流入高温反应器1内，向高温反应器1中的氢化物供热，使其在该状态下不断分解释放出氢气，在压差的作用下，氢气经由输氢管道21进入低温反应器3而被吸收。与此同时，低温反应器4中的金属氢化物分解出氢气，通过氢气管路22并在压差作用下被导入高温反应器2，从而在低温反应器4中产生-5℃～-10℃的冷量；三通阀9和10的AB方向导通、AC方向关闭，汽车室6中热空气同低温反应器4换热，降温后再送入汽车室内，完成汽车空调的目的。金属氢化物吸收氢气的反应是放热的，为维持高温反应器2和低温反应器3中的金属氢化物吸收氢气过程中的温度恒定，通过室外空气带走两反应器中产生的热量。即三通阀11的AB、AC方向均导通室外空气一路经三通阀12(BA关闭、BC导通)进入高温反应器2，将金属氢化物冷却后经三通阀13(CA关闭、CB导通)排出车外；另一路经三通阀14(BC关闭、BA导通)进入低温反应器3，将反应器冷却后经三通阀15(AC关闭、AB导通)排出车外。
为进行连续制冷，接下来的时刻仍需有反应器产生冷量，高温反应器1，低温反应器3之间和高温反应器2、低温反应器4之间的反应过程对换，由低温反应器3产生冷量。即通过三通阀的切换将高温反应器2中的金属氢化物用热水加热，高温反应器1和低温反应器4中的金属氢化物同室外空气换热，低温反应器3用汽车室内排气冷却。高温反应器2放出氢气，在压差的作用下，氢气进入低温反应器4而被吸收。与此同时，低温反应器3中的金属氢化物分解而产生-5℃～-10℃的冷量，分解的氢气同样在压差的作用下进入高温反应器1被吸收，所产生的冷量被空气循环带至汽车室内。
权利要求
1.一种“两级金属氢化物汽车空调”，主要包括两个高温反应器(1)、(2)，两个低温反应器(3)、(4)，气水换热器(5)，电磁三通阀(7)、(8)，空气管路三通阀(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)，氢气流量调节阀(16)、(17)，水泵(18)，室外空气风机(19)，室内空气风机(20)，氢气管路(21)、(22)，其特征在于该空调通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现制冷，利用汽车尾气中的废热作为高温热源，外界大气环境作为中温热源来驱动金属氢化物制冷循环，采用水为中间载热介质，即先将热量传递给水，然后再传递给金属氢化物，采用两对金属氢化物反应器交替制冷来实现汽车室内空气温度的连续调节，气水换热器(5)壳程进口和汽车尾气出口相连，气水换热器(5)壳程出口与大气相通；高温反应器(1)与低温反应器(3)之间通过氢气管路(21)相连，氢气管路(21)上设有氢气流量调节阀(17)；高温反应器(2)与低温反应器(4)之间通过氢气管路(22)相连，氢气管路(22)上设有氢气流量调节阀(16)；气水换热器(5)管程的出口与水泵(18)的进口相连，水泵(18)的出口通过三通阀(7)和高温反应器(1)、(2)的热水进口连接，高温反应器(1)、(2)的热水出口通过三通阀(8)和换热器(5)管程的进口相连；汽车室(6)的出风口与室内空气风机(20)的进口相连，室内空气风机(20)的出口通过三通阀(9)分别和低温反应器(3)、(4)的室内空气进口连接，低温反应器(3)、(4)的室内空气出口通过三通阀(10)和汽车室(6)进口连接；室外空气通过室外空气风机(19)、三通阀(11)后分成两路，其中一路通过三通阀(12)和高温反应器(1)、(2)的室外空气进口相连，另一路通过三通阀(14)和低温反应器(3)、(4)的室外空气进口相连，高温反应器(1)、(2)的室外空气出口通过三通阀(13)排出室外，低温反应器(3)、(4)的室外空气出口通过三通阀(15)排出室外。高温反应器(1)、(2)，低温反应器(3)、(4)和汽车室(6)中均设有温度和压力传感器，其输出信号进控制器，控制器与各三通阀、流量调节阀及风机、水泵电连接。
2.根据权利要求1所述的“两级金属氢化物汽车空调”，其特征还在于高温反应器(1)、(2)和低温反应器(3)、(4)均为管束型，即反应器中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢薄膜以利于氢气的传递，每只反应器均有收集氢气的总管，其出口与输氢管路21，22相连，高温反应器(1)、(2)的两端设有热水进出口和室外空气进出口，低温反应器(3)、(4)的两端设有室内空气进出口和室外空气进出口。
全文摘要
两级金属氢化物汽车空调是通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现制冷，利用汽车尾气中的废热作为高温热源，外界大气环境作为中温热源来驱动金属氢化物制冷循环，采用两对金属氢化物反应器交替制冷来实现汽车室内空气温度的连续调节。该空调系统主要包括金属氢化物高、低温反应器、换热器、电磁阀、水泵、风机等。高、低温反应器中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢薄膜，每只反应器均有收集氢气的总管。该发明的空调无腐蚀、无磨损，运动部件少，耐行车过程中的振动冲击，采用氢气作为能量载体，属于天然工质，不存在对大气臭氧层的破坏作用，为环保型空调。
文档编号B60H1/20GK1482017SQ0312951
公开日2004年3月17日 申请日期2003年6月26日 优先权日2003年6月26日
发明者陈江平, 陈芝久, 倪久建, 杨涛 申请人:上海交通大学