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内燃机车司机室吸附式空调器
    本发明涉及的是一种内燃机车吸附式空调器，特别是一种内燃机车司机室吸附式空调器，属于制冷装置技术类领域。

    目前，内燃机车空调系统均利用机车发电机输出的电力，通过逆变器将直流电转换成交流电，驱动制冷压缩机而制冷。该制冷方法，需要消耗大量的柴油。而逆变器的结构复杂、造价昂贵且可靠性低。现已装车的空调器多采用CFCs与HCFCs为冷媒的开启式制冷压缩机，该冷媒容易泄漏，破坏大气臭氧层及产生温室效应，既污染环境，使用成本也很高，因而此类冷媒已陆续被国际上禁用。而新的替代工质研究开发进展缓慢。国外也曾提出过以发动机排气驱动的吸附式空调系统，如美国D．Tchernev(“A Waste Heat DrivenAutomotive Air Conditioning System”，Proc．Of the Int．Sorption Heat Pump Conf65-70，1999)(“余热驱动的汽车空调系统”，《99’国际吸收-吸附式热泵会议论文集》，P65-70，1999)曾提出一种以分子筛-甲醇为制冷工质对的吸附式汽车空调系统。由于甲醇有剧毒，在温度高于150℃时会发生分解，造成系统不能工作，因此使用甲醇制冷剂的吸附式系统的热源最高温度受到限制。近年来的研究表明，甲醇在分子筛的催化作用下也会发生分解。内燃机的排气温度一般能达到500～600℃，分子筛的解析温度很容易超过150℃而造成甲醇分解，所以甲醇不适宜作为内燃机余热驱动的吸附式制冷系统的制冷剂。D．Tchernev研究了在100℃热源温度下，分子筛-甲醇的制冷性能，但没有给出该技术完整的方案。

    本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种新的内燃机车司机室吸附式空调器，它依据吸附式制冷原则，以内燃机车的排气余热和机车迎面风驱动吸附式制冷机，并通过蓄冷器，实现向机车司机室连续、稳定地供冷。

    本发明地技术方案如下：内燃机车司机室吸附式空调器包括吸附器、冷凝器、储液器、防回流U形管、真空阀、蒸发器、蓄冷器、气流切换装置、风机盘管、压力平衡管、泵和翅片管换热器，气流切换装置与吸附器相连接，吸附器通过管道与冷凝器相通，冷凝器通过管道与蒸发器相连通，蒸发器通过翅片管换热器与风机盘管相连，蓄冷器通过管道、孔板与蒸发器相连，蒸发器通过管道与吸附器相连。考虑到机车运行的特殊性对系统的安全性、可靠性、可维护性、工艺性等要求，吸附器选用分子筛-水作为制冷工质对，分子筛为吸附剂，水为制冷剂。该制冷工质对，解析温度高达200～300℃，适用于内燃机车的高温排气余热驱动。冷凝温度为50～80℃，完全可由机车行驶时的迎面风直接冷却；当机车停驶时，吸附器若处于吸附阶段，则利用风机对吸附器实行强制冷却。吸附器采用管壳式换热器，烟气或者空气在管内通过，管外侧翅片间填充颗粒状的分子筛，在吸附器内留有制冷蒸汽通道，以增强传质效果。冷凝器采用风冷式换热器，以机车高速迎面风予以冷凝，制冷剂蒸汽凝结时所释放的热量由迎面风排入大气。蒸发器和蓄冷器合为一体，结构紧凑，安装空间小。其内部的水既作为制冷剂，又作为蓄冷介质，利用蒸发器与蓄冷器之间水的强制对流实现对蓄冷器的充冷和放冷，达到蓄冷和对外供冷的目的。蒸发器和蓄冷器内部用孔板分隔，外部采用防回流U型管连通并串联一只微型水泵。防回流U型管内的液柱可抵消蒸发器与蓄冷器之间的压力差，微型水泵能将低温冷冻水从蓄冷器送往蒸发器，而微型水泵停止工作时，冷冻水不会从蓄冷器中回流至蒸发器。蒸发器中的换热器为翅片管换热器，沉浸于制冷剂中，翅片管换热器的管内冷媒水与外侧的制冷剂冷冻水之间采用间接换热方式，以减小泄漏的可能性，使系统在良好的真空状态下运行。吸附器在吸附阶段，蒸发器与吸附器之间的管道在真空阀的控制下，可确保蒸发器中的制冷剂蒸汽能顺利进入吸附器。

    本发明内燃机车司机室吸附式空调器的运行流程为：

    由气流切换装置控制、变换进入吸附器的气体，使机车排气余热进入吸附器，驱动吸附器，吸附剂温度、压力升高，制冷剂解析。解析后的制冷剂蒸汽进入冷凝器，凝结成液体后进入蒸发器以蒸发制冷，冷量则通过蒸发器中的翅片管热换器由风机盘管送往需要空调制冷之处，如机车司机室。随后，在气流切换装置的控制下，机车迎面风进入吸附器，吸附剂温度、压力降低，蒸发器中的制冷剂蒸发，制冷剂蒸汽经过管道进入吸附器后被吸附剂吸附，蒸发器中产生的富余冷量由制冷剂贮存于蓄冷器中，当吸附器处于解析状态或机车短暂停驶时，微型水泵将低温冷冻水从蓄冷器经防回流U形管送往蒸发器，并由翅片管热换器管内的冷媒水送往需要空调制冷之处，使本发明内燃机车吸附式空调器具有连续稳定供冷功能。

    在内燃机燃油燃烧产生的总发热量中，有约30～35％的热量排入大气而浪费。以16240ZB型柴油机为例，机车在满负荷工况下，内燃机车司机室的空调冷负荷按5kW、吸附式制冷机的COP=0．20计算，排气热源所需加热功率为25kW，该热量仅为内燃机车的排气余热总量(2009kW)的1．24％。因而，利用内燃机车的排气余热来驱动吸附器是可以实现的。以内燃机车排气的余热作为热源，使吸附器加热解析，需要在排气管中加装吸附器，以便从排气中获取部分热能。考虑到排气的沿程阻力、局部阻力等因素，在设计工况下，排气通过吸附器及沿程管道后的总压降可控制在150Pa以内，远小于内燃机涡轮增加器允许的背压范围(2000Pa)。内燃机车的运行状况复杂，在某些工况下，燃烧并不充分，排烟气中未完全燃烧的碳化物，容易积聚在换热器表面而引起结碳。由于污碳的导热系数低，使热阻增加，容易引起传热恶化。因而，吸附器采用火管结构，传热管采用强耐腐蚀性镍合金制造，管内有高速烟气流吹扫，结合吸附器定期保养，管壁结碳能够被有效控制。吸附式制冷系统的管路切换由机械、电气装置自动完成。系统中应用各种成熟的减振技术，蒸发器、蓄冷器、冷媒水连接管路等部位均采取良好的保温措施，以有效地减少冷量损失。

    本发明的内燃机车司机室吸附式空调器，由于是在内燃机车排气余热的驱动下，以机车迎面风冷却吸附器和冷凝器实现制冷；与由机车发电机输出的电力通过逆变器驱动制冷压缩机的传统制冷方式相比，节约了柴油的消耗，提高了机车能源的利用率；同时具有结构与控制简单，初期投资少，运行费用低，使用寿命长，无噪音等优点。以分子筛-水工质对的吸附式制冷空调器，能有效的利用低品位热能，无环境污染，是一种绿色节能型空调器。

    以下结合附图，对本发明作进一步描述：

    图1为本发明结构示意图。

    内燃机车司机室吸附式空调器包括吸附器1、冷凝器2、储液器3、防回流U形管4、真空阀5(共三只)、蒸发器6、蓄冷器7、气流切换装置8、风机盘管9、压力平衡管10、泵11和翅片管换热器12，气流切换装置8与吸附器1相连接，吸附器1通过管道与冷凝器2相连通，冷凝器2通过管道与蒸发器6相连通，蒸发器6通过翅片管换热器12与风机盘管9相连，蓄冷器7通过管道与蒸发器6相连，蒸发器6通过管道与吸附器1相连。考虑到机车运行的特殊性对系统的安全性、可靠性、可维护性、工艺性等要求，吸附器1选用分子筛-水作为制冷工质对，分子筛为吸附剂，水为制冷剂。该制冷工质对，解析温度高达200～300℃，适用于内燃机车的高温排气余热驱动。冷凝温度为50～80℃，完全可由机车行驶时的迎面风直接冷却；当机车停驶时，吸附器1若处于吸附阶段，则利用风机对吸附器实行强制冷却。吸附器采用管壳式换热器，烟气或者空气在管内通过，管外侧翅片间填充颗粒状的分子筛，在吸附器内留有制冷蒸汽通道，以增强传质效果。冷凝器采用风冷式换热器，以机车高速迎面风予以冷凝，制冷剂蒸汽凝结时所释放的热量由迎面风排入大气。蒸发器6和蓄冷器7合为一体，结构紧凑，安装空间小。其内部的水既作为制冷剂，又作为蓄冷介质，利用蒸发器6与蓄冷器7之间水的强制对流实现对蓄冷器7的充冷和放冷，达到蓄冷和对外供冷的目的。蒸发器6和蓄冷器7内部用孔板分隔，外部用防回流U型管4连接并串联一只微型水泵。防回流U型管4内的液柱可抵消蒸发器6与蓄冷器7之间的压力差，微型水泵能将低温的冷冻水从蓄冷器7送往蒸发器6，当微型水泵停止工作时，蒸发器6中的冷冻水又不会自动回流至蓄冷器7。蒸发器6中的换热器为翅片管换热器12，沉浸于制冷剂中，翅片管换热器12管内的冷媒水与外侧的制冷剂之间采用间接换热方式，可减小泄漏的可能性，使系统在良好的真空状态下运行。吸附器在吸附阶段，蒸发器6与吸附器1之间的管道在真空阀5的控制下，可确保蒸发器6中的制冷剂蒸汽能顺利地进入吸附器1。蒸发器6与蓄冷器7之间的压力平衡管10在真空阀5的自动控制下，既可维持压力平衡，又能使吸附器充分吸附，以增加制冷量。