本發(fā)明屬于汽車空調(diào)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于液氨冷能的汽車空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、汽車排放在整個(gè)交通行業(yè)排放中占比較高，因此探究內(nèi)燃機(jī)的綠色轉(zhuǎn)型是目前的重點(diǎn)之一。節(jié)能減排和能源的高效利用將是未來很長一段時(shí)間的主題。氨氣由于燃料中沒有碳原子，燃燒不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，具有較高的能量密度，被認(rèn)為是最有前景的內(nèi)燃機(jī)燃料之一。同時(shí)氨的儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)十分成熟，在車輛上一般以液氨的形式儲(chǔ)存。

2、從液氨到氨氣是一個(gè)氣化吸熱的物理過程。同時(shí)氨發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中持續(xù)需要氨氣，因此這個(gè)吸熱過程是不間斷進(jìn)行的，車輛在運(yùn)行中空氣對(duì)流會(huì)帶走一部分冷量，但是依然容易導(dǎo)致液氨蒸發(fā)箱的溫度降低甚至凍結(jié)，從而影響到液氨蒸發(fā)效果。

3、車用空調(diào)是高能耗的附件，占車輛能耗中的10％-20％，其中一半用于制冷壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在常用的制冷劑是r134a，汽化潛熱為215kj/kg。在氨發(fā)動(dòng)機(jī)中由于使用氨作為燃料，液氨蒸發(fā)持續(xù)進(jìn)行，而且液氨的汽化潛熱為1369kj/kg，大約是r134a的七倍，因此是一個(gè)十分優(yōu)秀的制冷劑。目前液氨作為制冷劑主要是在冷庫上進(jìn)行應(yīng)用，在工業(yè)中也取得了成功應(yīng)用。目前雖有學(xué)者對(duì)船用氨發(fā)動(dòng)機(jī)的冷能利用展開了研究，但是由于系統(tǒng)過于復(fù)雜，無法在汽車上應(yīng)用，而目前尚且缺少針對(duì)汽車的相關(guān)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于液氨冷能的汽車空調(diào)系統(tǒng)，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于液氨冷能的汽車空調(diào)系統(tǒng)，包括氨發(fā)動(dòng)機(jī)單元、空調(diào)單元以及空氣分配單元；

3、所述氨發(fā)動(dòng)機(jī)單元包括氨氣罐、液氨蒸發(fā)箱和氨發(fā)動(dòng)機(jī)，所述液氨蒸發(fā)箱和氨發(fā)動(dòng)機(jī)均設(shè)置于汽車前側(cè)，所述氨氣罐與液氨蒸發(fā)箱之間通過管路連接，且該管路上還依次設(shè)置有液氨泵、液氨壓力傳感器和膨脹閥，所述液氨蒸發(fā)箱上還設(shè)置有第一溫度傳感器，所述液氨蒸發(fā)箱和氨發(fā)動(dòng)機(jī)之間也通過管路連接，且該管路上依次設(shè)置有穩(wěn)壓罐、氨氣流量計(jì)以及氨溫度傳感器；

4、所述空調(diào)單元包括依次連接的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、干燥瓶和膨脹閥，所述蒸發(fā)器上設(shè)置有第二溫度傳感器，所述冷凝器處還安裝有風(fēng)扇和車外溫度傳感器，所述冷凝器和干燥瓶之間還設(shè)置有壓力傳感器；

5、所述空氣分配單元包括鼓風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)通過分流閥分別與暖風(fēng)熱交換器和蒸發(fā)器連接，所述暖風(fēng)熱交換器與液氨蒸發(fā)箱連接，并通過液氨蒸發(fā)箱將氣體輸送至車外，所述暖風(fēng)熱交換器還通過空調(diào)氣道直接與車內(nèi)連接，且空調(diào)氣道處還設(shè)置有氣道溫度傳感器，所述車內(nèi)還設(shè)置有車內(nèi)溫度傳感器。

6、所述液氨蒸發(fā)箱包括液氨蒸發(fā)箱外殼，所述液氨蒸發(fā)箱外殼中設(shè)置有液氨輸送管和氣體輸送管，所述液氨輸送管和氣體輸送管均呈s形，且液氨輸送管沿橫向放置，氣體輸送管沿豎向放置，所述液氨蒸發(fā)箱外殼的內(nèi)部還設(shè)置有若干肋片，且所述第一溫度傳感器安裝于肋片上。

7、本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，一種基于液氨冷能的汽車空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，具體如下：

8、(1)乘客未開啟空調(diào)時(shí)：

9、當(dāng)前模式下，系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)維持氨發(fā)動(dòng)機(jī)的入口端燃料供給的穩(wěn)定，液氨蒸發(fā)箱的溫度控制邏輯圖如圖所示。通過液氨壓力傳感器和第一溫度傳感器來檢測液氨的壓力和液氨蒸發(fā)箱的溫度。與預(yù)設(shè)的溫度和壓力進(jìn)行對(duì)比。如果壓力低于預(yù)設(shè)壓力，判斷此時(shí)氨氣罐的量不足，需要立刻進(jìn)行燃料補(bǔ)充。如果此時(shí)溫度低于預(yù)設(shè)溫度，此時(shí)需要對(duì)液氨蒸發(fā)箱進(jìn)行加熱處理，開啟鼓風(fēng)機(jī)，通過分流閥，使氣體都通過左側(cè)氣路，打開發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水到暖風(fēng)熱交換器的閥門，空氣流過暖風(fēng)熱交換器，對(duì)空氣進(jìn)行加熱，升高溫度后的空氣，流過液氨蒸發(fā)箱，來提高液氨蒸發(fā)箱的溫度，使溫度保持穩(wěn)定。由于乘客未開啟空調(diào)系統(tǒng)，多余的氣體直接排出到車外。

10、(2)乘客開啟空調(diào)，選擇制冷模式時(shí)：

11、在此模式下，空調(diào)單元的主要任務(wù)是用來滿足乘客的制冷需求，同時(shí)防止液氨蒸發(fā)箱凍結(jié)，影響液氨蒸發(fā)效率。因此該模式下需要監(jiān)控液氨蒸發(fā)箱的溫度，在需要時(shí)進(jìn)行加熱處理。通過空調(diào)單元中的冷凝器上的車外溫度傳感器來識(shí)別此時(shí)車外環(huán)境溫度，并根據(jù)乘客的需求來設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，依據(jù)溫差來判斷此時(shí)空調(diào)單元的制冷需求，根據(jù)車內(nèi)溫度傳感器檢測車內(nèi)溫度并和目標(biāo)溫度區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，來判斷此時(shí)工作狀態(tài)是否需要改變，由此決定空調(diào)氣道中空氣溫度的目標(biāo)值。根據(jù)氣道溫度傳感器來監(jiān)測空調(diào)氣道空氣溫度，與目標(biāo)區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，來判斷此時(shí)的制冷量是否滿足需求。空調(diào)制冷模式下的控制邏輯圖如圖所示。

12、當(dāng)車外溫度和目標(biāo)溫度差距不是很大時(shí)，此時(shí)車輛需求的制冷量較小，液氨蒸發(fā)箱單獨(dú)工作能夠完成任務(wù)，此時(shí)不需要開啟制冷循環(huán)?？諝馔ㄟ^分流閥，流入到左側(cè)通路中，通過暖風(fēng)熱交換器，流過液氨蒸發(fā)箱，使冷卻空氣到達(dá)空調(diào)氣道末端，之后進(jìn)入車內(nèi)。依據(jù)液氨蒸發(fā)箱的溫度，來判斷暖風(fēng)熱交換器是否需要開啟。此時(shí)通過ecu中接收到的參數(shù)來判斷裝置狀態(tài)，若空調(diào)氣道空氣溫度低于目標(biāo)值，則此時(shí)制冷量過多，可能造成車內(nèi)溫度過低或者吹風(fēng)過冷導(dǎo)致乘客的體驗(yàn)下降，應(yīng)該調(diào)節(jié)分流閥，使外部空氣通過右側(cè)通道進(jìn)入空調(diào)氣道，與制冷后空氣進(jìn)行混合，以達(dá)到目標(biāo)溫度。若空調(diào)氣道空氣溫度等于目標(biāo)溫度值，則此時(shí)制冷量正好，不需要進(jìn)行額外的操作。若空調(diào)氣道空氣溫度高于目標(biāo)值，則此時(shí)制冷量過少，需要提高制冷量，通過調(diào)節(jié)分流閥，來減少流向右側(cè)空氣的量，來降低空氣的溫度。

13、當(dāng)車外溫度和目標(biāo)溫度差距較大時(shí)，此時(shí)車輛需求的制冷量較大，液氨蒸發(fā)箱單獨(dú)工作不能滿足制冷量需求，此時(shí)需要開啟制冷循環(huán)，空氣通過分流閥，根據(jù)需求流入兩側(cè)通道。空氣流經(jīng)左側(cè)流向時(shí)，將空氣溫度降低至一定溫度，與流過制冷循環(huán)的空氣進(jìn)行混合，以達(dá)到目標(biāo)溫度。依據(jù)氣道溫度傳感器來監(jiān)控流入車內(nèi)空氣的溫度。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度低于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)制冷量過多，需要降低壓縮機(jī)的功率，減少制冷量，提高氣道內(nèi)空氣的溫度。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度處于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)制冷量符合要求，無需額外的操作。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度高于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)制冷量較低，需要增加制冷量。此時(shí)需要增加壓縮機(jī)的功率，來提高制冷量。

14、(3)乘客開啟空調(diào)，選擇加熱模式時(shí)：

15、加熱模式下，空調(diào)單元的主要作用是為車內(nèi)提供暖風(fēng)，保證車內(nèi)空間的舒適性，同時(shí)也要防止液氨蒸發(fā)箱溫度過低。加熱模式判斷狀態(tài)方式和制冷模式一樣，通過各個(gè)溫度傳感器的溫度之間關(guān)系進(jìn)行判斷，依據(jù)乘客需求和室外溫度來確定空調(diào)氣道內(nèi)空氣溫度的目標(biāo)范圍，并與氣道溫度傳感器的溫度示數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通過調(diào)節(jié)氣流流向和各個(gè)部件來實(shí)現(xiàn)溫度控制。

16、由于空調(diào)單元處于加熱模式，需要打開發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水到暖風(fēng)熱交換器的閥門，使空氣流過暖風(fēng)熱交換器，之后空氣流向兩個(gè)方向，一個(gè)方向是直接通入車內(nèi)，用來加熱車內(nèi)空氣。另一個(gè)方向是液氨蒸發(fā)箱，用來防止液氨蒸發(fā)箱的溫度過低，之后空氣根據(jù)情況選擇通入車外還是車內(nèi)?？照{(diào)加熱模式控制邏輯圖如圖所示。

17、當(dāng)車外溫度和目標(biāo)溫度差距較小時(shí)，空調(diào)所需的制熱量較少，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的熱量相對(duì)較多，氣道溫度傳感器的溫度必然高于預(yù)期溫度區(qū)間，如果直接通入車內(nèi)必然會(huì)降低乘客的舒適性，因此需要通入部分冷空氣來對(duì)熱空氣進(jìn)行降溫處理。將流經(jīng)液氨蒸發(fā)箱的空氣根據(jù)需求，一部分排出至車外，一部分進(jìn)入到空調(diào)氣道中，與熱空氣進(jìn)行混合，來降低空調(diào)氣道內(nèi)空氣溫度，使空調(diào)氣道溫度維持在目標(biāo)區(qū)間。如果液氨蒸發(fā)箱的空氣全通入空調(diào)氣道內(nèi)，氣道溫度傳感器的溫度依然高于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間上限，則液氨蒸發(fā)的制冷量不足以使空氣溫度降低到目標(biāo)溫度。需要將一部分空氣通入到右側(cè)流向中，先不開啟制冷循環(huán)，依靠冷空氣進(jìn)行冷卻，若依然無法滿足需求，開啟制冷循環(huán)，依靠制冷循環(huán)來增加冷量使空氣溫度降低，達(dá)到目標(biāo)區(qū)間。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度處于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)符合要求，無需額外的操作。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度低于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)冷空氣量過多，依據(jù)先減少制冷循環(huán)的冷量，之后減少冷空氣的量，最后減少液氨冷量的順序，以此降低冷量，使溫度維持在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)。

18、當(dāng)車外溫度和目標(biāo)溫度差距較大時(shí)，空調(diào)單元所需的制熱量較大。此時(shí)需要用來中和熱量的冷量較少，使用液氨蒸發(fā)的冷量就可以滿足需求。由于車外溫度環(huán)境溫度進(jìn)一步降低，所以使用汽車行駛產(chǎn)生的空氣對(duì)流對(duì)液氨蒸發(fā)箱進(jìn)行加熱的效果將會(huì)下降，此時(shí)需要更多的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱來保持液氨蒸發(fā)箱的溫度的穩(wěn)定。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度高于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)冷空氣量過少，需要增加液氨的冷量流入空調(diào)氣道內(nèi)，使溫度維持在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度處于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)工作狀態(tài)良好，無需額外的操作。當(dāng)氣道溫度傳感器的溫度低于預(yù)設(shè)溫度區(qū)間，說明此時(shí)冷空氣量過多，減少液氨的冷量流入空調(diào)氣道內(nèi)，使溫度維持在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)。

19、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于液氨冷能的汽車空調(diào)系統(tǒng)，其有益效果如下：

20、(1)利用了液氨蒸發(fā)的冷量，使得空調(diào)的工作要求降低，能夠有效的減少氨發(fā)動(dòng)機(jī)的能量損失；

21、(2)能夠使得制冷循環(huán)設(shè)計(jì)的更加小巧，能夠有效節(jié)省車內(nèi)空間。

22、(3)利用氨發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱來維持液氨蒸發(fā)箱溫度，有效防止液氨蒸發(fā)箱過冷影響蒸發(fā)效率的情況發(fā)生，保證氨發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低了液氨蒸發(fā)箱保證溫度的能量需求，能夠縮小液氨蒸發(fā)箱的體型。