機動車尾氣廢熱使用于汽車的可行性

機動車尾氣廢熱應(yīng)用于汽車的可行性分析摘要：本文主要是對以汽車尾氣廢熱為驅(qū)動的吸收式及吸附式制冷方式應(yīng)用于汽車空調(diào)做可行性研究。通過對實際廠家的調(diào)研，得到各類汽車具體型號發(fā)動機的尾氣排量及排放溫度。通過各類汽車的冷負荷計算，以及可回收的尾氣廢熱量計算，選擇出適合用吸收式和吸附式制冷方式做汽車空調(diào)的汽車類型，并對兩種制冷方式應(yīng)用于汽車作可行性分析。關(guān)鍵字：吸收式制冷吸附式制冷尾氣廢熱一、前言我國自1978年實行改革開放政策以后，汽車工業(yè)開始快速發(fā)展，1985年國家確定把汽車工業(yè)作為重點支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，中國汽車銷售特別是轎車銷售更是出現(xiàn)了創(chuàng)記錄的高速增長，到2000年空調(diào)車產(chǎn)量達到88萬輛，總保有量為485萬量。同時，巨大的汽車尾氣排放量意味著巨大的能量浪費，因為汽車排放的尾氣溫度最高可以達到600℃～700℃，因此排入大氣中的尾氣廢熱十分的驚人。如何回收汽車尾氣中的巨大能量是一個十分值得研究的課題。目前，汽車的空調(diào)都是使用汽車發(fā)動機或者輔助發(fā)動機作為動力的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，這種方式存在以下幾個方面的問題：1、由于把發(fā)動機的部分動力用于空調(diào)壓縮機，使的油耗平均增加16％～20％。2、由于發(fā)動機的部分動力用于了壓縮機，使的發(fā)動機輸出功率減少10％～12％，因而造成動力源的配置方面的一些問題，在一些小排量汽車中尤為明顯。3、汽車空調(diào)的工質(zhì)對環(huán)境的破壞。早期汽車空調(diào)的工質(zhì)常用CFC12，這種工質(zhì)不僅會破壞臭氧層，而且能引起溫室效應(yīng)，根據(jù)《關(guān)于破壞臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)議》已經(jīng)逐步減少和禁止其使用。其替代產(chǎn)品HFC134a也是一種能導致溫室效應(yīng)氣體，且價格比CFC12貴3～5倍，在全球變暖的威脅下，其使用范圍在未來必將受到限制。[1]根據(jù)以上分析，如果能利用廢熱作為動力進行汽車空調(diào)制冷，具有十分積極的作用。新型汽車空調(diào)的應(yīng)用不僅可以降低排入大氣中的尾氣溫度，避免現(xiàn)有汽車制冷劑泄露引起的溫室效應(yīng)以及對臭氧層的破壞，對環(huán)境起到更有效地保護作用，而且可以大大節(jié)約汽車的能耗，避免了小排量汽車由于開汽車空調(diào)而出現(xiàn)的動力不足等問題。目前廢熱回收型的制冷方法一般有吸附式制冷和吸收式制冷兩種方法。究竟那些汽車的廢熱可以滿足相應(yīng)汽車的空調(diào)負荷，吸收式制冷與吸附式是否適合應(yīng)用于汽車，下面作進一步的分析。二、汽車尾氣數(shù)據(jù)的調(diào)查為了解以尾氣做驅(qū)動的吸收式及吸附式制冷機組能否滿足各類不同汽車駕駛室內(nèi)的冷負荷，筆者主要對國內(nèi)一些較大的汽車廠及發(fā)動機廠的一些主要型號發(fā)動機的數(shù)據(jù)進行調(diào)查，得到了其排氣溫度以及排氣量，以便下一步計算。具體汽車廠家如下：1、南京躍進汽車總廠：Sof8140-2、Nj4105QZL、Nj4105Q、Sofim8140-43型號的發(fā)動機2、徐州重型機械廠：康明斯6BT5.9—C152、康明斯6BT5.9—C174型發(fā)動機、康明斯6BT5.9—C135型發(fā)動機等發(fā)動機3、無錫柴油機廠：6110/225ZLA等各類發(fā)動機調(diào)研數(shù)據(jù)見下表表2-1重型機械設(shè)備排氣溫度及排量工工作狀陪況宅排汽溫色度孤(淺℃餃)測排氣草量房(車m眉3稼/s)你怠速燕450苗0.倘1射～且0.1眨38揪滿負荷辣55亮0盤～形650雁0.壟4侮～報0.5學5表中的重型設(shè)備以徐州重型機械廠康明斯6BT5.9—C174等型號的發(fā)動機為依據(jù)。表2-2重型卡車排氣溫度及排量潛作狀況縮排汽溫六度雅(蒼℃篇)裹排氣筒量綁(碗m薪3垃/s)搶怠速扯450昨0.0誰6形5臟～什0.0穴9耕滿負荷怒550療0.2殃5啄～庫0.3賀5孫表膀中的重枯型卡車抵以無錫忍柴油機免廠脅611稿0/2宜25銷ZL螺A約等發(fā)動亡機為依坊據(jù)?？潮碡?-3榴蝴輕中型竿客車排姐氣溫度戀及排量削工作狀躁況綿排汽溫透度萌(蔬℃久)支排氣違量清(志m故3雙/s)因怠速讓400胖0.0贏1割7亮～以0.0謊24澤滿負荷尊53女0棉～廉580鞋0.1河2治～把0.1齡5雙表效中輕中筍型客車架以南京釀躍進汽蹤車總硬廠遵Nj4貴105漆QZ頑L手型等發(fā)蛛動機為緩依據(jù)呼三、各熔類機動跳車尾氣笨廢熱利屋用的可訓行性分羨析門3.葡1兔、汽車姥駕駛室陪冷負荷桿的計算丈方法循和陣建筑物胸一樣，而汽車負憂荷也可寒分為汽越車維護股結(jié)構(gòu)傳玩熱負荷晃、車窗鐮玻璃太漏陽輻射雷負荷、詳新風負舟荷、人找員冷負使荷、設(shè)詠備照明響負荷以非及發(fā)動肺機傳熱零負荷等惠。鑰3.1菊.1馬巷汽車維峰護結(jié)構(gòu)送傳熱負爐荷命與眉建筑物仆相比，怖汽車結(jié)跟構(gòu)復雜竟，屬于星移動物默體，因眼而汽車顛空調(diào)負盾荷計算手的非確奧定性因滅素較多悠。當車盞外空氣在溫度、惰太陽輻挑射強度凡以及汽野車車速繪變化的擺時候，報汽車的黨空調(diào)負貧荷也隨刻之變化鍋。這種振汽車空繼調(diào)動態(tài)疤負荷的腎計算較墻為復雜路。為了腔簡便計燃算，一公般可采栗用穩(wěn)定貓傳熱方帽法來計核算汽車照車廂維森護結(jié)構(gòu)偷傳熱負將荷，穩(wěn)治定傳熱惠方法忽草略了車掠體外空針氣溫度示變化且悲沒有區(qū)勒分得熱庫量以及存冷負荷馳的概念測，因此丘計算的工結(jié)果只鐵是近似恨的勸?；闧2]授維貧護結(jié)構(gòu)龜穩(wěn)定傳板熱熱流乖量計算秀公式腿昂撿Q企1坊=KF酬(t完c篩－鬧t烏n蛾)陸式并中汗盆K宰—英—烈維護結(jié)餐構(gòu)的傳誘熱系數(shù)緩，睬W尺/慚㎡住.雖枯℃元富鋸婆F頑—必—剖汽車的革表面積交，㎡踏藏往t濾n鎖—咬—禮汽車室找內(nèi)溫度扭，視℃服當神用于汽們車車頂波及側(cè)壁船計算時鐘候段t奸c狼為室外沈綜合空繪氣溫度彩當隸用于車桌體玻璃略窗傳熱拉計算時吩候遮t偷c幣為計算絡(luò)工況下寫室外大翁氣溫度痰。襖車討身傳熱頓系姜數(shù)漿K證值隨車紫身結(jié)構(gòu)析不同及裙車速不俯同而變曲化，一吹般可以誤采用經(jīng)之驗數(shù)據(jù)躬或在一嚴定條件帝下的實判驗值。織如目前逼對轎車矩中普遍挎采用的席外板內(nèi)煩襯結(jié)構(gòu)疼的車壁咬放侍v=0漢(km皮/h阿)弊，間k=瑞2.0隙(繞實驗辟值碑)躺，困k=寬2.2樸(摩公式叨值撓)糕獻遷v=4牽0(k盛m/h勿)新，爛k=方2.9召(儀實驗樸值鑄)使，咱k=脂3.3逼(臨公式復值誘)靈車黃窗太陽資透射的因投射熱悅量為：射孫朱Q剃2次=J鑰c寶×C繞b揭×F烘式恩中鑒J脅c拍—掌—擠車窗太答陽輻射族的透射優(yōu)熱量照，亦W侮/交㎡借.撒籍℃匯煎嫌攤稻C繪b增—表—踩車窗玻顆璃的修幕正系數(shù)鑰，當蔥為鼓3刻㎜厚的腔標準玻襯璃時勉取聰1縣然泳俘穴F推—浪—沙車窗面史積，㎡籌3.1客.創(chuàng)2某、新風很負荷組按怖照人體驚衛(wèi)生要沸求，每壁人所需濟的新風區(qū)量贏為拘2紡0饞～窮40岸m疫3趁/h秒.怕人，不熄過新風貼量越大釘意味著殖空調(diào)制裕冷裝置酷負荷越禿大，因效此新風菌量可以慌降低白到黨10跌m董3旁/h晉.灑人。沒同爺時，汽販車在行聯(lián)駛時由驗于車體中密閉不撈嚴而導彈致空氣捎由車體倍外進入悟車內(nèi)，池大型汽妹車的漏已風量比較小型汽呀車的漏么風量大詞很多，議必須對且此部分規(guī)風量加凝以計算宜。缺新映風負荷牽計算如牌下：妙勤企Q迎3使=沸ρ須N(I須2嚴－躍I改1玉)葡式棟中物襪ρ—揚—放空氣密凍度塔，卵Kg/禍m迅3廚鼠騾聰N職—餓—積新風量儉（包括蘿有組織足送風和巧漏風）準，厲m依3學/s襯夕炊I儀2井—咳—猜室外空唯氣的焓速值訴，吵Kj/足Kg.掩嗽℃園諒桐I揚1奮—雷—終室內(nèi)空摸氣的焓窮值閥，賄Kj/堅Kg.智臥℃取漏鎖風量計劍算公式劇為：括貴缸L=N置V電式球中謝蹄N筆—逗—益漏氣倍睜數(shù)，安次延/動h話，鞏滾等卸V竭—顧—建車廂容雨積按，魯m猶3擠漏扣氣倍數(shù)魚可以我塑國機械賽行業(yè)標施準差(JB騎232走0衡—心198耍4酷)鏟選取。季3.1帳.謠3紀、發(fā)動逗機室傳范熱經(jīng)發(fā)佩動機工至作時候乒排出大押量的熱找量，發(fā)閘動機工造作室溫辱度高還達狂6挖0耀℃亭，與車臟廂內(nèi)的穗溫差可姻達燦3縫4砌℃丑。這一隙溫差傳顛熱可按哥多層傳塞熱公式棄計算。羞3.1猜.上4丘、設(shè)備數(shù)及照明幸熱還搏驚Q酸4運=(香0.若6銳～窩0.7灑5)Q繞L筆式到中以Q蠢L地—鄙設(shè)備照返明得熱醉，毅W婆3.1箱.乓5攝、人員杏負荷本汽礦車內(nèi)人猴員負荷療的計算街同建筑匪物內(nèi)人湊員負荷治計算柴。挖菜3.1徑.漁6蜜、各類疼汽車的竹負荷計藏算鋸以予海口，置韶關(guān)，側(cè)桂林，距武漢四潑個城皮市浸(區(qū)北塑緯媽2給5訊～湯30字)申的平均忠值為例燭：剃取瑞汽車的鋼室內(nèi)空但氣狀態(tài)怠點為錫：景t歡n室=2更6啊℃式，呼＝額5催0導﹪特，師I鎮(zhèn)1少=60羊kj池/kg喊.煎℃勾室碧外空氣洲狀態(tài)點杜為陷：摔t壺w公=3考5攔℃牽，很＝桂6緞0丑﹪挨，飯I乘2羅=10饅2k崇j/k躬g輩.剝℃水按涉表謊2-以1植、械2-言2港、繼2-艱3析的調(diào)研吳數(shù)據(jù)，貿(mào)分別對浸調(diào)研得趣到的各沿類型發(fā)徒動機的盾汽車做魔負荷計挽算，結(jié)律果見督表蜂3-1冰表都3-1掩勉各類汽嬸車駕駛是室的冷商負荷史車型扇重型貨核車信重型機披械設(shè)備鈴輕型客攤車浙冷負荷肉（藥K表W擴）堡4.1催4.8剖16.魔1經(jīng)3.2平凍不同汽中車利用藍尾氣廢允熱進行渣吸收與起吸附式鑼制冷的而可行性靈分析蔥吸種收式制森冷與吸騰附式制嘴冷都可脅以利用棵汽車尾忙氣廢熱己進行制環(huán)冷循環(huán)般，廢熱躍的回收誠利用意盯味著汽餐車尾氣倚的溫度桌將從較堪高的溫詠度降低征到較低明的溫度堤。下面渴的計算譜就是為攀了知道殲各類汽漢車為了趁滿足其溫室內(nèi)冷劫負荷，詞需要的緩尾氣溫謀度降。濃通過計郊算的溫申度降便漠可知道倚各類汽棚車的尾由氣廢熱震能否滿嫂足室內(nèi)座的冷負城荷。賊秒甲△手T=Q鮮/[(白C花·錢ρ刪·V)比×徑ε騎]兇式動中偉讓△序T王—叉—假尾氣的哲溫度降怎，碗℃事優(yōu)閃佛Q笨—避—拳汽車的撫冷負荷避，扭KW有愛爬紙ρ—錦—狐尾氣密燥度秒，其Kg/魔m頓3糟。莖剖息肢V泉—齡—暴尾氣體被積流量遠，桶m吃3躍/s挽意蛾佛C茄—膨—擱汽車尾走氣比熱訓，獲KJ/廟Kg懷·銳℃綱月揉聰ε—玉—飯吸收式們和吸附視式制冷粘機謙的把CO遙P巨，迷取飾0.3葉汽幫車尾氣拘是屬于睛霧狀的摧氣體，譜其成分狠主要為綱一氧化能碳、碳深氫化合厚物、氮行氧化合茄物，另狼外還有直一些其之它雜質(zhì)敏。慕在滾40葡0價～敵50富0姐℃島時，其逢密度與喂室外空鄰氣差別括不大，遺因而在燒估算的賊情況下句，其比握熱與密鵝度都取顧空氣在歡常溫下姿的值，讀計算結(jié)震果見圖表暴3-燙2桿。掌表焰3-2宏揭各類汽而車尾氣梁的溫度巷降碰重型貨續(xù)車段(蜓2棟座坡)幕重型機膏械設(shè)卻備熱(桃2插座貴)躬輕中型悔客條車乏(2燒0恒座淹)飼駕駛室繭冷負荷煤（賊K御W詠）閣4.1活4.8緒16.昌1趨怠速下客尾氣溫宇降習（塑℃北）秤259撇198貢220忙0能滿負荷貍下尾氣蜘溫降清（新℃議）皂65埋60榜450兔通鑼過上述握計算可師以看出吊：匠在去重型貨價車以及遙重型機鍛械設(shè)備獎中利用臟發(fā)動機昌尾氣廢惡熱進行狗吸收式許制冷與峽吸附式惱制冷是問可以滿陜足室內(nèi)吐空調(diào)負趁荷的，巨這是由崖于重型灑貨車以炎及重型頭機械設(shè)單備的駕售駛室較墓小，發(fā)屠動機的百廢氣排鞏放量大滾，單單尖利用廢鮮熱回收城的吸收慶式或吸伶附式制宇冷設(shè)備賭的制冷悼量便可鳳以滿足索室內(nèi)冷賞負荷的從需求。凍輕欺中型客找車中為輔滿足室脂內(nèi)負荷嚴所需要潮的尾氣茅溫度降綁很大，懂而在實曾際客車借中不可香能達到襖這么大繪的溫降恒，因此員單單利萍用發(fā)動假機尾氣上廢熱進迫行吸收罷式與吸判附式制賀冷無法田滿足室蝕內(nèi)負荷霞，必須葬加以輔侍助設(shè)備建。這是溝由于輕見中型客戚車車內(nèi)殺人員較碗多，體翼積大，堡車輛的勺冷負荷濱相對較多大。蕩因權(quán)此在重蘿型貨車賀以及重賊型機械乖設(shè)備中駝進行利對用發(fā)動季機尾氣黑廢熱進豐行制冷喜的吸收陣和吸附侵式制冷哪是有意估義的。擔四、吸約收式制叮冷和吸娘附式制拆冷設(shè)備線在汽車療中的實緒際應(yīng)用違分析懶雖疊然吸收遣式制冷詞和吸附單式制冷桂都能利題用汽車態(tài)尾氣廢瘦熱進行寨制冷，誕與原有欺的制冷割方式相部比也有土很多優(yōu)羅越性，厘不過由闖于兩種的方式各多自存在敢的一些度局限性蟻，如要段應(yīng)用于均汽車還帝需要進刑行很多披改進，勝以下就礦兩種制命冷方式愁應(yīng)用于彈汽車進銳行可行牛性分析禁。杠吸積收式制壤冷月吸蜻收式制怒冷是利待用吸收灶器中的鍋稀溶液劇吸收來危自蒸發(fā)悄器的制啦冷劑氣宮體，在村發(fā)生器可中通過攪高溫加徹熱濃溶毒液，使協(xié)制冷劑蟲蒸發(fā)至駱冷凝器績的一種染循環(huán)制起冷方式倚。吸收顆式制冷動可以利洋用廢熱版做發(fā)生仰器的加泡熱源，撓其單級耐系統(tǒng)的糕效率可潛以達享到幕0.瞎5剪左右，滿較吸附君式制冷吊的效率陷高，同續(xù)時制冷棄劑也是銀環(huán)保的李。但目鉗前要應(yīng)捏用于汽芳車還需犯要解決木以下一勾些問題阻趁網(wǎng)1格、由于摔吸收器劫與發(fā)生崖器中都甩是溶液紋，因此鋼在汽車貝行駛在搬顛簸的端路面中筍就容易造液面傾搭斜導致貍無法正犬常工作哥。筆吼素2矩、設(shè)備麗體積較森大，要隱想應(yīng)用項于汽車鹿中，必拘須降低另設(shè)備體黃積。克由混此我們貝可以看酷到，吸若收式制循冷在目疫前還存彼在設(shè)備鮮復雜，毫不適合播顛簸的施道路等梅眾多問釣題。趟吸撞附式制造冷旋吸城附式制掉冷是利繞用某些厘固體（孕吸附劑嗓）能在動低溫下奔吸附氣毫體（吸憂附質(zhì)）灣，而在因高溫下遠能解吸臂的特點溝，以熱會能為動咐力的制咬冷裝置男。與吸擱收式制浮冷相比決，它適庫合應(yīng)用興于顛簸育的路面撒上。在睡理論上棵固體吸沉附式制拾冷是一彼種很有童前途和巾發(fā)展?jié)撧r(nóng)力的新牢型制冷皂方式，箭在汽車村空調(diào)的嗚應(yīng)用中章倍受青壓睞，其坊優(yōu)點有蛋：鉤典頑1恐、課婚吸附式撫系統(tǒng)運判動部件鄙少，可吼靠性高脂，并且簡可利用撓在振動菜的場合使。鍛幼水2恒、顯仇吸附式架系統(tǒng)可鬧以用較榴高溫度粘的熱源斃加熱，翁因此高熔溫的汽糞車尾氣鐮廢熱比朗較適合縮應(yīng)用其崇中。同代時吸附翻式制冷藍系統(tǒng)采壁用廢熱局作為動鏡力，可最以大大鄙節(jié)約費趨用。遞憤丙3再、條榮吸附式罪制冷系索統(tǒng)一般授采用活名性齒碳票—急甲醇、謊硅劃膠晚—款水、金辱屬氫化轟物魚—緒氫等工葬質(zhì)對，遷有利于臭環(huán)保東。熔[3]闖目慢前應(yīng)用秀于汽車放，還存彩在以下膏一些問蝶題：萌蒜鼠1份、鴨微由于吸槐附床的妻傳熱效哈率較低哭，導致慎單位吸全附劑的賀制冷功鴉率小，榨造成初顆投資大丑。倦相幅2亞、拔費設(shè)備的慧體積大案，要應(yīng)削用于汽勵車，必某須使之搏微型化即。胖五、總講結(jié)薄通估過對各根類汽車撕發(fā)動機怎尾氣數(shù)炒據(jù)的調(diào)包研、計岡算，證軋明了吸術(shù)收和吸鉤附式制麗設(shè)備應(yīng)問用于重坐型卡車籮及重型劈設(shè)備可狀以滿足掀其駕駛亮室的制傾冷量要辭求，用葵于客