汽車溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改造

汽車溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改造

汽車發(fā)動機低負荷3.2實際車輛發(fā)動機的實際效率通常為35%40%。大約25%的燃料通過熱水傳輸，35%45%的燃料通過汽車尾氣輸送。這些殘余的回收和利用用于動力車輛的空轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這是一個非常有效的節(jié)能方案，也是世界各國的研究重點?，F(xiàn)在的汽車空調(diào)系統(tǒng)大致可分為兩種情況:用于轎車和中小型客車的,其壓縮機由主發(fā)動機驅(qū)動,一般要消耗8%~12%的汽車發(fā)動機動力,其中壓縮機占80%~85%,風(fēng)機占15%~20%,增加了油耗和廢氣排放,減少了汽車的運輸能力,而且可能引起水箱過熱,影響汽車動力性;用于大客車的,制冷壓縮機配備專門的副發(fā)動機,空調(diào)性能不受汽車行駛工況影響,但這樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了整車的重量和布置難度,汽車的油耗和排污均增加,環(huán)境污染嚴重。近幾年已經(jīng)有利用冷卻水或廢氣進行制冷方面的研究,如已經(jīng)有旅游汽車采用了吸收式制冷裝置。M.Mostafavi和B.Agnew對汽車發(fā)動機排氣余熱驅(qū)動的吸收式制冷系統(tǒng)做了理論研究,并得出這一方案是可行的;R.Atan對采用溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)來回收和利用了發(fā)動機余熱做了研究,但沒有做進一步的深化;肖尤明采取了將溴化鋰溶液直接充注在汽車發(fā)動機冷卻空腔內(nèi),并對該單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)作了研究。但這些研究都只停留在單一方面,沒有全面利用汽車發(fā)動機全部余熱。本文基于溴化鋰吸收式制冷機的結(jié)構(gòu)和工作原理,結(jié)合汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對汽車發(fā)動機散熱水箱及排氣系統(tǒng)加以改造,從而利用發(fā)動機冷卻水余熱和排氣余熱作為熱源,來驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷機。1系統(tǒng)的一般設(shè)計現(xiàn)有汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)一般采用單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán),如圖1所示。汽車空調(diào)采暖系統(tǒng)一般采用水暖式,它是以發(fā)動機的冷卻水為熱源,通過裝置中的熱交換器,把送風(fēng)機送來的車外或車內(nèi)空氣與發(fā)動機冷卻水進行熱交換,空氣加熱后送入車室內(nèi),如圖2所示。汽車發(fā)動機的冷卻水系統(tǒng)由發(fā)動機、節(jié)溫器、散熱器和水泵組成(見圖2)。2用殘余溴化鋁吸收式冷系統(tǒng)建成2.1冷劑蒸汽冷卻吸收器出來的稀溶液由溶液泵升壓后,經(jīng)溶液熱交換器升溫后進入發(fā)生器,在發(fā)生器中稀溶液被熱源加熱溫度升高直至沸騰,產(chǎn)生冷劑蒸汽后變?yōu)闈馊芤?而冷劑蒸汽進入冷凝器,在冷凝器內(nèi)被冷卻成冷劑水,經(jīng)節(jié)流后進入蒸發(fā)器。由低壓發(fā)生器出來的濃溶液經(jīng)溶液熱交換器放熱溫度降低后進入吸收器,與吸收器中的稀溶液相混合,吸收來自蒸發(fā)器的低壓冷劑蒸汽,使蒸發(fā)器中的低壓得以維持,從而達到連續(xù)制冷的目的。2.2熱源、管道進入發(fā)生器對于溴化鋰制冷系統(tǒng)中發(fā)生器,其工作原理(見圖4)為:溴化鋰稀溶液從稀溶液管進入發(fā)生器,被來自熱源輸入管的熱源加熱,溴化鋰稀溶液中部分水變成冷劑蒸汽,冷劑蒸汽從輸出管流出高壓發(fā)生器,溴化鋰溶液變成濃溶液,濃溶液從溶液管流出發(fā)生器,熱源輸入管輸入的熱源加熱的溴化鋰溶液,從熱源回流管流出發(fā)生器。(1)發(fā)生器的熱源由于發(fā)動機排氣溫度高,其熱量占燃料所放能量的40%左右,故可采用發(fā)動機排氣作為發(fā)生器的熱源。在廢氣出口處安裝一個加熱器,即發(fā)生器,加熱進入的稀溶液。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。(2)用于發(fā)生器的熱源發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時循環(huán)冷卻水的出口溫度在90℃以上,所帶走的熱量約占燃料發(fā)熱量的25%以上,因此也可利用發(fā)動機的冷卻水作為發(fā)生器的熱源。將發(fā)動機的散熱水箱稍加改造,利用發(fā)動機冷卻水的余熱,加熱進入發(fā)生器的稀溶液。采用發(fā)動機冷卻水加熱的發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖6所示。2.3冷卻水余熱的余能發(fā)動機排氣廢氣傳熱特性低,發(fā)動機的冷卻水水溫度低,如果單利用廢氣余熱或冷卻水的余熱,很難保證溴化鋰制冷系統(tǒng)所需的熱量,尤其是發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時。因此考慮將發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)稍做改造,同時利用發(fā)動機的冷卻水和廢氣的余熱。同時利用汽車冷卻水和排氣余熱的雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)原理如圖7所示。根據(jù)所需冷負荷和熱負荷的大小,同時調(diào)節(jié)截止閥A和B,即可達到冬天供熱和夏天制冷以及既不供熱又不制冷的要求。在該系統(tǒng)中,蒸發(fā)器既用于制冷又用于加熱,省去了現(xiàn)有汽車空調(diào)采暖系統(tǒng)中的暖風(fēng)用熱交換器?？紤]到汽車本身的結(jié)構(gòu)特點,用吸收器和空冷器代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車發(fā)動機的散熱器和其空調(diào)系統(tǒng)中的冷凝器是可行的,同時只將冷卻水箱結(jié)構(gòu)稍加改造即可用于該系統(tǒng);而在汽車廢氣出口處安裝一個加熱器也是很簡單的事,只是增加了一個溶液熱交換器。綜合考慮,汽車空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊,同時也保證了發(fā)動機的冷卻。3關(guān)于汽車發(fā)動機以金龍頂置非獨立空調(diào),蘇州金龍海格V系KLQ6796/Q為例,汽車發(fā)動機型號:YC112ZLQ,直列四缸,水冷,增壓柴油機,制冷量1.6萬kcal。3.1計算參數(shù)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)流程焓—濃度曲線如圖8所示,已知參數(shù)如表1所示,選定或計算參數(shù)如表2所示。3.2發(fā)動機余熱利用整個系統(tǒng)制冷量1.6萬kcal,則系統(tǒng)蒸發(fā)器負荷Q0為:Q0=1.6×104×103×4.193600×1000=18.61kWQ0=1.6×104×103×4.193600×1000=18.61kW單效溴化鋰吸收式制冷機的熱力系數(shù)COP一般為0.65~0.7,這里取0.65,則溴化鋰吸收式制冷機中發(fā)生器所需熱負荷為Qg為:Qg=Q0COP=18.610.65=28.63kWQg=Q0CΟΡ=18.610.65=28.63kW發(fā)動機的最大功率為132kW,其中燃料所放出的能量有30%左右被廢氣帶走,30%左右被冷卻水帶走,發(fā)動機實用功率只有35%~40%。當(dāng)設(shè)廢氣進入發(fā)生器時的溫度為540℃,設(shè)離開發(fā)生器時的溫度為200℃(該溫度與發(fā)生器的實際結(jié)構(gòu)及發(fā)生器的工作溫度有關(guān)),則可利用的廢氣余熱Qy1為:Qy1=(N/ηc)ηw1COP(540-200)/540=(132/0.3)×0.3×0.7×(540-200)/540=58.18kW式中:Qy1—可利用的廢氣余熱;N—發(fā)動機的功率;ηc—發(fā)動機的有效效率,取ηc=0.3;ηw1—發(fā)動機排氣所帶走的熱量占燃料所放熱量的比例,取ηw1=0.3。冷卻水所能提供的余熱Qy2為:Qy2=(N/ηc)ηw2COP=(132/0.3)×0.3×0.7=92.4kW式中:ηw2為發(fā)動機冷卻水所帶走的熱量占燃料所放熱量的比例,取ηw2=0.3。顯然,發(fā)動機廢氣和冷卻水提供的有效余熱遠遠大于溴化鋰制冷系統(tǒng)所需的熱負荷。3.3系統(tǒng)的完整設(shè)計各換熱設(shè)備及傳熱面積的計算結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出,溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中增加的溶液熱交換器,其傳熱面積僅為0.63m2,雖然增加的吸收器傳熱面積有37.7m2,但卻省去了普通空調(diào)中的暖風(fēng)用熱交換器,而且改造后的發(fā)生器Ⅰ和發(fā)生器Ⅱ換熱面積也只分別為0.35m2、1.6m2,所以該系統(tǒng)非常緊湊。3.4熱平衡成立[5.32%加入熱量:Q0+Qg1+Qg2=18.61+14.05+14.05=46.71kW。排出熱量:Qa+Qc=26.82+19.79=46.61kW。其相對誤差為:(46.71-46.61)/46.71=0.21%<1%,熱平衡成立。性能參數(shù):ζ=Q0Qg1+Qg2=18.6114.05+14.05=0.662ζ=Q0Qg1+Qg2=18.6114.05+14.05=0.662。式中:Qg1、Qg2—分別為發(fā)生器Ⅰ、發(fā)生器Ⅱ的熱負荷;Qa、Qc—分別為吸收器和冷凝器的熱負荷。4汽車空調(diào)負荷(1)同時利用發(fā)動機的冷卻水和廢氣余熱的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)用于汽車空調(diào)是可行的,計算結(jié)果表明:該系統(tǒng)換熱面積小,并完全滿足汽車空調(diào)負荷要求。(2)該系統(tǒng)同時利