CN114475151A - 一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调*** - Google Patents

一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，包括燃料电池冷却模块、吸收式制冷模块、压缩式热泵模块，燃料电池冷却模块包括燃料电池、电机、2号蒸发箱、散热水箱、压力泵；吸收式制冷模块包括换热发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器；压缩式热泵模块包括1号蒸发箱、压缩机、冷凝器、膨胀阀；冷却液将燃料电池与电机的余热供给吸收式制冷模块和压缩式热泵模块，提高空调制冷与制热效率；本发明克服了现有燃料电池汽车空调效率低、续航能力差等不足，提供一种利用燃料电池余热转化为吸收式空调热源的节能***，同时利用两个电磁阀控制实现六种工况，既降低燃料电池余热排放，又高效地利用热源，实现节能减排的双重目标。

Description

一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***
技术领域
本发明属于新能源燃料电池汽车热管理技术领域，具体涉及一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***。
背景技术
随着环境问题和能源问题的日益突出，传统的燃油汽车的油耗和排放问题直接与碳排放量超标、空气污染等问题挂钩。新能源汽车作为未来交通方式主要发展方向有着节能化、清洁化、新能源化的特点，其中燃料电池汽车更是以其高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景，但是其车载空调能耗问题直接影响着汽车的续航里程，车载空调能源利用技术成为制约新能源汽车发展的技术瓶颈之一。
经过对现有技术文献的检索发现，目前新能源汽车的空调***制冷制热方式比较多样，不同的空调***有不同的优点和不足，如中国专利公开号为CN111002782A的专利文献中公开了一种新能源汽车的空调/压缩式热泵模块的热管理方法，此***中将空调/压缩式热泵模块与动力部件热管理***集总为一个整体，整套***可切换为6种模式，使得能量利用率更高，***不足是仅靠一套压缩式热泵模块难以支持在北方寒冷地区等特殊环境下的热量需求，且压缩式热泵模块在环境温度较低时效率也会随之降低。
中国公开号为CN212267184U的发明专利申请公开了一种新能源汽车空调压缩式热泵模块，提供一种新能源汽车空调压缩式热泵模块，包括压缩机、电辅热装置、气液分离器、四通阀、膨胀阀和热交换器，热交换器包括室外热交换器和室内热交换器，四通阀的四个端口分别与压缩机、室外热交换器、室内热交换器和气液分离器一端连接，膨胀阀包括室外热交换器膨胀阀和室内热交换器膨胀阀，室外热交换器膨胀阀分别与室外热交换器和室内热交换器膨胀阀一端连接，室内热交换器膨胀阀另一端与所述室内热交换器连接，电辅热装置分别与压缩机和所述气液分离器另一端连接。该***可以在全工况下工作，在低温环境下可以提高新能源汽车的能源利用效率。该方法的不足是在严寒时使用电辅热装置制热，能耗较高，压缩式热泵模块工作效率降低，汽车续航里程大幅缩短。
综上所述，现有新能源汽车空调***共同不足之处是，单纯依靠压缩式热泵模块带动制冷制热，无法满足特殊环境下的热管理需求，或采用电阻丝进行电辅热，寒冷环境下能耗高，且严重缩短汽车续航里程，目前尚无统一有效***设备，如果能克服现有技术的不足，既能保证严苛环境下的热管理需求，又能充分利用车载回路中的余热，减少热量排放，达到节能减排的双重目标，进而提高能量利用率，满足热管理需求，提升汽车续航里程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有燃料电池热能消耗量大、车辆续航里程短等不足，提供一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，高沸点、高比热容的冷却液将燃料电池与电机散出的余热供给于吸收式制冷模块和压缩式热泵模块，提高整车空调制冷与制热效率，通过利用余热转化为吸收式空调热源，同时可以利用两个电磁阀控制通路开闭实现六种不同工况，降低燃料电池余热排放的同时更加高效的利用热源，提高能量利用率，增加续航里程。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，所述基于氢氧燃料电池耦合吸收式制冷与热泵的新能源汽车空调***包括燃料电池冷却模块、吸收式制冷模块、压缩式热泵模块，所述燃料电池冷却模块包括燃料电池、电机、2号蒸发箱、散热水箱、压力泵，其特征在于，与燃料电池并联有电机，与燃料电池依次相连的有2号蒸发箱、散热水箱、压力泵；所述燃料电池与所述电机合流连接至所述2号蒸发箱的高温测进口，所述2号蒸发箱的低温侧出口与所述散热水箱的进口相连，所述散热水箱的出口连接至所述压力泵，所述压力泵分别连接至所述燃料电池与所述电机；所述吸收式制冷模块包括换热发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器，其特征在于，与换热发生器依次相连的有冷凝器、蒸发器、吸收器；所述换热发生器的出口分别连接至所述冷凝器与所述吸收器，所述冷凝器连接至所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接至所述吸收器的入口，所述吸收器的出口连接至所述换热发生器；所述压缩式热泵模块包括1号蒸发箱、压缩机、冷凝器、膨胀阀，其特征在于，与1号蒸发箱依次相连的有压缩机、冷凝器、膨胀阀；所述1号蒸发箱的出口与所述压缩机的进口相连，所述压缩机的出口与所述冷凝器的气体进口相连，所述冷凝器的液体出口与所述膨胀阀的高温进口相连，所述膨胀阀的低温出口与所述1号蒸发箱的进口相连；
在所述燃料电池与所述电机合流后与2号蒸发箱的连接管路上设有电磁阀1，所述电磁阀1与所述2号蒸发箱、所述散热水箱之间的管路连通，连接管路上设有电磁阀2；
所述电磁阀2与所述散热水箱的出口相连，连接管路经过所述换热发生器，所述1号蒸发箱与所述压缩机相连的管路经过所述2号蒸发箱；
所述电磁阀1与所述电磁阀2可据所需控制三路连通或干路与任意支路相连；
所述换热发生器对电磁阀2与散热水箱间的管路有换热作用，热量可用于换热发生器解吸耗热，可实现燃料电池预热的直接利用，实现节能的效果。
所述2号蒸发箱对1号蒸发箱与压缩机间的管路有换热作用，热量可用于进入压缩机的制冷剂的预热，提高压缩机进气温度，进而提高压缩式压泵的***效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明***是基于燃料电池的耦合***，因此可以充分利用燃料电池的余热供给吸收式制冷与压缩式热泵模块，提高能量利用率。
（2）现有技术中，通常利用压缩式热泵模块与PTC电辅热进行热管理，本发明采用吸收式制冷与压缩式热泵模块，既可以在特殊环境下实现多工况运行，满足车厢内不同热管理需求，也可以提升续航里程，实现节能减排的目的。
附图说明
图1为本发明的***原理及结构组成示意图。
图2为本发明所述空调***制冷模式1循环回路图。
图3为本发明所述空调***制冷模式2循环回路图。
图4为本发明所述空调***制热模式1循环回路图。
图5为本发明所述空调***制热模式2和散热模式2循环回路图。
图6为本发明所述空调***散热模式1循环回路图。
图中：
1-燃料电池，2-电机，3-电磁阀1，4-2号蒸发箱，5-散热水箱，6-压力泵，7-电磁阀2，8-换热发生器。9-冷凝器，10-蒸发器，11-吸收器，12-1号蒸发箱，13-压缩机，14-冷凝器，15-膨胀阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明利用高沸点、高比热容的冷却液将燃料电池与电机散出的余热供给于吸收式制冷模块和压缩式热泵模块，提高整车空调制冷与制热效率，通过利用余热转化为空调制冷、制热能源，同时可以利用两个电磁阀控制通路开闭实现六种工况，降低燃料电池余热排放的同时更加高效的利用热源，提高能量利用率，增加续航里程。
如图1所示，所述一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***包括燃料电池冷却模块、吸收式制冷模块、压缩式热泵模块，所述燃料电池冷却模块包括燃料电池，其特征在于，与燃料电池并联有电机，与燃料电池依次相连的有2号蒸发箱、散热水箱、压力泵；所述燃料电池与所述电机合流连接至所述2号蒸发箱的高温测进口，所述2号蒸发箱的低温侧出口与所述散热水箱的进口相连，所述散热水箱的出口连接至所述压力泵，所述压力泵分别连接至所述燃料电池与所述电机；所述吸收式制冷模块包括换热发生器，其特征在于，与换热发生器依次相连的有冷凝器、蒸发器、吸收器；所述换热发生器的出口分别连接至所述冷凝器与所述吸收器，所述冷凝器连接至所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接至所述吸收器的入口，所述吸收器的出口连接至所述换热发生器；所述压缩式热泵模块包括1号蒸发箱，其特征在于，与1号蒸发箱依次相连的有压缩机、冷凝器、膨胀阀；所述1号蒸发箱的出口与所述压缩机的进口相连，所述压缩机的出口与所述冷凝器的气体进口相连，所述冷凝器的液体出口与所述膨胀阀的高温进口相连，所述膨胀阀的低温出口与所述1号蒸发箱的进口相连；
在所述燃料电池与所述电机合流后与2号蒸发箱的连接管路上设有电磁阀1，所述电磁阀1与所述2号蒸发箱、所述散热水箱之间的管路连通，连接管路上设有电磁阀2；
所述电磁阀2与所述散热水箱的出口相连，连接管路经过所述换热发生器，所述1号蒸发箱与所述压缩机相连的管路经过所述2号蒸发箱；
所述电磁阀1与所述电磁阀2可据所需控制三路连通或干路与任意支路相连。
当车厢内需要制冷，***存在两种运行工况：
如图2所示为制冷模式1的工况，启用所述燃料电池冷却模块与所述吸收式制冷模块，通过所述蒸发器向车厢提供制冷，若此时冷却液提供热量大于所述吸收式制冷模块所需热量则通过所述散热水箱散出多余热量，燃料电池冷却模块循环回路为：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—电磁阀2—散热水箱—压力泵；吸收式制冷模块循环回路为：换热发生器—分流于冷凝器、吸收器—蒸发器—合流于吸收器—换热发生器；此时所述电磁阀1与所述电磁阀2仅两路连通。
如图3所示为制冷模式2的工况，若在上述基础上，制冷量小于车厢所需量，则启用压缩式热泵模块，通过所述蒸发器与所述1号蒸发箱向车厢提供制冷，若此时冷却液提供热量大于所述吸收式制冷模块所需热量则通过所述散热水箱散出多余热量，燃料电池冷却模块循环回路：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—分流于2号蒸发箱、电磁阀2—合流于散热水箱—压力泵；吸收式制冷模块循环回路为：换热发生器—分流于冷凝器、吸收器—蒸发器—合流于吸收器—换热发生器；压缩式热泵模块：1号蒸发箱—压缩机—冷凝器—膨胀阀—1号蒸发箱；此时所述电磁阀1与所述电磁阀2三路连通。
当车厢内需要制热，***存在两种运行工况：
如图4所示为制热模式1的工况，启用所述燃料电池冷却模块，通过2号蒸发箱向车厢提供制热，燃料电池冷却模块循环回路：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—2号蒸发箱—散热水箱—压力泵；此时所述电磁阀1仅两路连通；
如图5所示为制热模式2的工况，若在上述基础上，制热量小于车厢所需量，则启用压缩式热泵模块，通过所述2号蒸发箱与所述冷凝器向车厢提供制热，燃料电池冷却模块循环回路：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—2号蒸发箱—散热水箱—压力泵；压缩式热泵模块循环回路：1号蒸发箱—压缩机—冷凝器—膨胀阀—1号蒸发箱；此时所述电磁阀1仅两路连通。
当车厢内无热管理需求，***存在两种运行工况：
如图6所示为散热模式1的工况，启用所述燃料电池冷却模块，通过散热水箱向外界环境散热，燃料电池冷却模块循环回路：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—电磁阀2—散热水箱—压力泵；此时所述电磁阀1与所述电磁阀2仅两路连通；
如图5所示为散热模式2的工况，若在上述基础上，散热量小于燃料电池与电机产热量，则启用压缩式热泵模块，通过散热水箱向外界环境散热，通过2号蒸发箱向压缩式热泵模块散热，燃料电池冷却模块循环回路：压力泵—分流于燃料电池、电机—合流于电磁阀1—2号蒸发箱—散热水箱—压力泵；压缩式热泵模块循环回路：1号蒸发箱—压缩机—冷凝器—膨胀阀—1号蒸发箱；此时所述电磁阀1仅两路连通；
所述换热发生器对电磁阀2与散热水箱间的管路有换热作用，热量可用于换热发生器解吸耗热，可实现燃料电池预热的直接利用，实现节能的效果。
所述2号蒸发箱对1号蒸发箱与压缩机间的管路有换热作用，热量可用于进入压缩机的制冷剂的预热，提高压缩机进气温度，进而提高压缩式压泵的***效率。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，包括燃料电池冷却模块、吸收式制冷模块和压缩式热泵模块，所述燃料电池冷却模块包括燃料电池（1）、电机（2）、2号蒸发箱（4）、散热水箱（5）、压力泵（6），与所述燃料电池（1）并联有电机（2），与燃料电池（1）依次相连的有2号蒸发箱（4）、散热水箱（5）、压力泵（6）；所述燃料电池（1）与所述电机（2）合流连接至所述2号蒸发箱（4）的高温测进口，所述2号蒸发箱（4）的低温侧出口与所述散热水箱（5）的进口相连，所述散热水箱（3）的出口连接至所述压力泵（6），所述压力泵（6）分别连接至所述燃料电池（1）与所述电机（2）；所述吸收式制冷模块包括换热发生器（8）、冷凝器（9）、蒸发器（10）、吸收器（11），与所述换热发生器（8）依次相连的有冷凝器（9）、蒸发器（10）、吸收器（11）；所述换热发生器（8）的出口分别连接至所述冷凝器（9）与所述吸收器（11），所述冷凝器（9）连接至所述蒸发器（10）的入口，所述蒸发器（10）的出口连接至所述吸收器（11）的入口，所述吸收器（11）的出口连接至所述换热发生器（8）；所述压缩式热泵模块包括1号蒸发箱（12）、压缩机（13）、冷凝器（14）、膨胀阀（15），与所述1号蒸发箱依次相连的有压缩机（13）、冷凝器（14）、膨胀阀（15）；所述1号蒸发箱（12）的出口与所述压缩机（13）的进口相连，所述压缩机（13）的出口与所述冷凝器（14）的气体进口相连，所述冷凝器（14）的液体出口与所述膨胀阀（15）的高温进口相连，所述膨胀阀（15）的低温出口与所述1号蒸发箱（12）的进口相连；
其特征在于，在所述燃料电池（1）与所述电机（2）合流后与2号蒸发箱（4）的连接管路上设有电磁阀1（3），所述电磁阀1（3）与所述2号蒸发箱（4）、所述散热水箱（5）之间的管路连通，连接管路上设有电磁阀2（7）；
所述电磁阀2（7）与所述散热水箱（5）的出口相连，连接管路经过所述换热发生器（8）但不连通，所述1号蒸发箱（12）与所述压缩机（13）相连的管路经过所述2号蒸发箱（4）但不连通；
所述电磁阀1（3）与所述电磁阀2（7）可据所需控制三路连通或干路与任一支路相连。
2.根据权利要求1所述一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，其特征在于，所述换热发生器（8）对电磁阀2（7）与散热水箱（5）间的管路有换热作用，热量可用于换热发生器解吸耗热，实现燃料电池余热的直接利用。
3.根据权利要求1所述一种基于燃料电池吸收式制冷的新能源汽车空调***，其特征在于，所述2号蒸发箱（4）对1号蒸发箱（12）与压缩机（13）间的管路有换热作用，热量可用于进入压缩机的制冷剂的预热，提高压缩机进气温度，进而提高压缩式压泵的***效率。
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CN114811950A (zh) * 2022-07-01 2022-07-29 雄川氢能科技(广州)有限责任公司 一种用于燃料电池发电***余热回收的热泵***

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