三種新型汽車空調(diào)技術簡介.ppt

1、,三種新型汽車空調(diào)技術介紹,1886 年世界上第一輛汽車問世以來，汽車工業(yè)發(fā)展速度驚人，如今汽車已成為人們工作、生活不可缺少的代步工具，同時人們對車內(nèi)環(huán)境的要求也不斷提高，幾乎所有汽車都裝有空調(diào)。 然而，隨之而來的兩大問題卻不容忽視：一是日益緊缺的能源問題；二是日益嚴重的環(huán)境問題。 目前，汽車空調(diào)的動力來自汽車發(fā)動機,空調(diào)制冷系統(tǒng)工作時，蒸汽壓縮式制冷壓縮機消耗功率大約占發(fā)動機輸出功率的5%20%。,傳統(tǒng)汽車空調(diào)的缺點 （1）汽車空調(diào)系統(tǒng)降低了發(fā)動機動力性能，增加整車負載。汽車空調(diào)系統(tǒng)絕大部分采用壓縮式制冷循環(huán)，并分為直連式和獨立式兩大類。采用直連式驅(qū)動時，壓縮機動力來自汽車發(fā)動機，因此空調(diào)系

2、統(tǒng)工作時必然降低發(fā)動機動力性能。由于壓縮機轉(zhuǎn)速隨車速變化，汽車制動時會停止制冷。對于獨立式汽車空調(diào)，增設專用發(fā)動機不僅減少汽車空間，而且增加整車負載，增大燃油消耗。 （2）汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑污染環(huán)境。目前，汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑主要采用R134a。1996 年以前的汽車空調(diào)制冷劑多用R12，該制冷劑對臭氧層破壞嚴重，我國已于2010 年全面完成了CFC 類工質(zhì)的替代。R134a作為R12 的替代產(chǎn)物，雖然不破壞臭氧層但其全球變暖潛值為1300。到2017 年，歐盟將禁止新生產(chǎn)的汽車空調(diào)使用GWP 值大于150 的制冷劑。因此，研究開發(fā)利用汽車余熱和可再生能源驅(qū)動的汽車空調(diào)系統(tǒng)，是汽車空調(diào)技術發(fā)展與

3、進步的必然要求。 在節(jié)能減排備受關注的今天，尋找新途徑降低汽車空調(diào)能耗，并保證汽車空調(diào)的舒適性、可靠性及安全性，對汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展及節(jié)能減排意義重大。,下面，我將對余熱制冷空調(diào)技術、風力制冷空調(diào)技術及太陽能制冷空調(diào)技術這三種新型車用空調(diào)技術的應用研究給大家做一些介紹。,余熱制冷汽車空調(diào)技術,目前，汽車發(fā)動機做功的效率最高可達49%，相比以前做功效率提高很多，但仍有51%甚至更多的能量以廢熱的形式排放到環(huán)境中。一般汽車發(fā)動機排放的廢熱，約25%的能量被冷卻水帶走，約35%的能量被汽車尾氣帶走?；厥绽糜酂嵋则?qū)動汽車空調(diào)系統(tǒng)，可同時滿足節(jié)能和環(huán)保的要求。 余熱制冷機理 吸收式制冷技術是汽車空調(diào)余

4、熱回收技術中比較成熟的一項技術。其中，吸收式制冷是利用液體在汽化時吸收汽化潛熱這一物理特性來制冷的，即利用溶液的濃度隨其溫度和壓力變化而變化這一物理性質(zhì)，通過制冷劑的蒸發(fā)而制冷，又通過溶液實現(xiàn)對制冷劑的吸收，如下圖所示。,金屬氫化物制冷的原理是根據(jù)金屬或合金在不同溫度、壓力下和氫進行可逆化學反應，利用金屬氫化物脫氫吸熱的特點，通過交替加熱與冷卻實現(xiàn)加熱或制冷的目的，見下式 M + x/2 H2 MHx + H （1） 式中M 金屬或合金，mol； MHx金屬或合金對應的氫化物，mol； x 氫負離子得電子數(shù)，在數(shù)值上等于金屬或合金被氫化的價數(shù)； H 氫化物的焓變，即反應熱，J/mol； 在實際

5、中，通常是采用兩種吸、放氫能力強，但平衡氫壓不同的工質(zhì)對，利用在放氫過程中的吸收反應熱達到制冷目的。,余熱制冷空調(diào)技術的應用研究 目前，我國利用余熱制熱的汽車空調(diào)已廣泛用于軍事、工程等車輛，但利用余熱制冷還處于研究階段。 汽車的余熱來自兩個方面：1）尾氣中的余熱（溫度最高可以達到600700，怠速時400）；2）發(fā)動機冷卻水中的余熱（正常運行時溫度為7595）。 以色列發(fā)明了一種新型汽車空調(diào)系統(tǒng)，其動力源來自汽車發(fā)動機排除的廢氣熱量。它由兩個容器組成，第一個容器內(nèi)塞滿粉狀高溫氫化物，第二個容器的導管盛滿粒狀低溫氫化物，兩容器的內(nèi)導管與外導管相連。汽車排出的廢氣進入第一個容器，使其升溫，當達到2

6、04度時，導管內(nèi)的粉狀氫化物就會放出氫氣并通過外管道進入第二個容器的內(nèi)導管。粒狀低溫氫化物吸收氫氣后溫度上升，這時外面的空氣進入第二個容器而降低其溫度。另外，車內(nèi)的熱空氣也被送入第2個容器，致使粒狀低溫氫化物升溫而放出氫氣，釋放氫氣時的吸熱過程降低了車內(nèi)空氣的溫度，即起到了制冷作用。這樣不停的釋放氫氣，冷卻空氣，把冷卻后的空氣又送回車廂，達到車內(nèi)降溫的目的。 見下圖,有人設計了由汽車尾氣驅(qū)動的金屬氫化物制冷循環(huán)系統(tǒng)，并提出了雙合金制冷法，其循環(huán)過程如圖3 所示，有效解決了金屬氫化物制冷循環(huán)不能連續(xù)制冷的問題。然而研究僅停留于理論層面，未對金屬氫化物制冷循環(huán)進行負荷計算，因此該制冷法在汽車中的制

7、冷效率如何還需進一步論證。,有人將汽車尾氣余熱通過一個溶液熱交換器引入單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的發(fā)生器中，可同時實現(xiàn)夏季制冷與冬季除霜，計算得出改進后系統(tǒng)體積比傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)更小。但它們都有一個獨立的發(fā)生器使空調(diào)系統(tǒng)結構相對復雜，且當汽車排氣量較小時可利用的余熱有限。,為了簡化空調(diào)系統(tǒng)，有人考慮另一熱源利用冷卻水中的余熱驅(qū)動汽車空調(diào)制冷，即將溴化鋰溶液直接充注到汽車發(fā)動機冷卻空腔內(nèi)，用發(fā)動機的散熱加熱溴化鋰溶液驅(qū)動汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)運行，并通過計算對比，表明此系統(tǒng)在夏季可節(jié)油15%20%。此系統(tǒng)省去獨立的發(fā)生器，同時簡化了制冷、供熱及發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)。 以上分別從尾氣余熱及冷卻水余熱兩方面收集

8、余熱制冷，沒有全面的利用余熱資源。有人通過增加一個溶液交換器，同時利用汽車發(fā)動機冷卻水余熱和排氣余熱作為熱源驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷機。這一改進，保證了溴化鋰制冷系統(tǒng)在發(fā)動機低速運行時仍可正常工作，且汽車空調(diào)系統(tǒng)結構簡單、緊湊。以制冷量為6.7104kJ 的汽車為例，計算得出可利用的余熱為150.58kW，完全滿足溴化鋰制冷系統(tǒng)所需的熱負荷。,風力制冷空調(diào)技術 風能的利用形式多樣，主要包括以下幾種：機械能、電能、熱能等。理想風力機的轉(zhuǎn)化效率為60%，然而實際的風力機效率要遠低于理想數(shù)值。 風力制冷機理 風力空調(diào)制冷的基本原理如圖4 所示，風能通過風輪轉(zhuǎn)化為機械能，機械能驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，由電能驅(qū)動制

9、冷系統(tǒng)工作。這一過程在實際運用中較成熟，但能量形式轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)過多，風能利用效率低，增加了成本且體積較大，不適用于汽車工況。近年來，汽車風力制冷技術的發(fā)展傾向于根據(jù)制冷循環(huán)所需的能量形式，將風機產(chǎn)生的機械能直接轉(zhuǎn)化為機械能或熱能制冷。,風力制冷空調(diào)技術的應用研究 風力汽車空調(diào)一般在車頂或車前部迎風處設置進風口，汽車行駛時產(chǎn)生的氣流通過進風口推動葉輪帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，并給蓄電池組充電，再通過逆變器將直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┢嚳照{(diào)系統(tǒng)壓縮機工作。加入蓄電池后，空調(diào)系統(tǒng)的工作將不再受汽車啟停的限制。在以上基礎上進行改進，選用直流變頻壓縮機，壓縮機運行更高效、更平穩(wěn)且省去逆變器后節(jié)省了轉(zhuǎn)換過程中的能量損

10、失。 此外，有人設計的風力汽車空調(diào)采用以下技術：進風帶動風力機旋轉(zhuǎn)，風力機再通過變速機構直接帶動壓縮機運動實現(xiàn)制冷循環(huán)。改進的制冷方式省卻了機械能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能轉(zhuǎn)化為機械能的環(huán)節(jié)，降低了轉(zhuǎn)換過程中能量的損失。但由于能量不能儲存，汽車高速行駛時可利用自然風為壓縮機提供動力，但在低速行駛時仍需要汽車發(fā)動機為空調(diào)壓縮機提供動力。 由于汽車現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)普遍采用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，因此相對于熱能驅(qū)動的吸收式制冷循環(huán)而言，上述技術僅需對汽車原空調(diào)系統(tǒng)加以改造，成本低且可行性較高，可廣泛運用于現(xiàn)有車輛的空調(diào)節(jié)能改造。由于風力制冷空調(diào)工作效率完全依賴于使用時的風況，風量的大小與車速密切相關，因此以上風

11、力汽車空調(diào)在車速較低時，將出現(xiàn)制冷功率不足的問題且停車時不能工作。,太陽能制冷空調(diào)技術 太陽能是指太陽光的輻射能量，每年到達地球表面的太陽輻射能相當于全世界一次能源消費總量的1.56104 倍。太陽能的利用主要有4 個方面：1）光熱轉(zhuǎn)換；2）光電轉(zhuǎn)換；3）光化學轉(zhuǎn)換；4）光生物轉(zhuǎn)換。其中太陽能制冷主要通過光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換這兩個途徑實現(xiàn)。 太陽能制冷機理 太陽能汽車空調(diào)主要分為以下3 種：1）利用特種半導體材料形成熱電偶對，產(chǎn)生帕爾帖（peltire）效應，利用太陽能光伏電池板產(chǎn)生的直流電制冷，如圖5 中的a；2）通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能，由電能驅(qū)動壓縮機做功，如圖5 中的a；3）利用太陽能集熱裝

12、置，通過光熱 轉(zhuǎn)換提供熱能驅(qū)動吸收式制冷機工作，如圖5 中的b。,太陽能制冷空調(diào)技術的應用研究 半導體制冷太陽能空調(diào)主要由硅型太陽能電池、半導體制冷芯片、測量控制電路和散熱器4 大部分組成，依靠光電轉(zhuǎn)換效應工作。在目前的技術條件下，傳統(tǒng)汽車機械壓縮式制冷的效率要比熱電制冷效率高，且價格便宜，但是在冷量比較小的場所，半導體制冷有明顯優(yōu)勢。由于半導體制冷芯片無任何機械傳動部件，因而工作起來無噪聲、壽命長且不會構成任何環(huán)境污染。大量的理論分析、實驗研究、軟件模擬及冷負荷簡化計算表明，半導體制冷芯可以保證汽車局部熱環(huán)境的舒適性要求1820。 （1）有人發(fā)明了一種太陽能汽車空調(diào)輔助裝置，運用上述制冷芯片

13、，在停車時可維持車內(nèi)的溫度不致過高。該裝置通過置于車頂?shù)奶柲苄酒瑸樾铍姵爻潆?，由蓄電池與引擎發(fā)電機提供電能驅(qū)動半導體致冷芯片工作。該發(fā)明配合汽車已有裝置（蓄電池、發(fā)電機等），改造簡單且能減輕汽車原有空調(diào)系統(tǒng)的負擔。 （2）有人提出的一種太陽能汽車空調(diào)：太陽能電池板為蓄電池充電，電能通過逆變器、溫控開關、電動馬達，最終驅(qū)動汽車原有壓縮機工作。然而太陽能光電轉(zhuǎn)換的效率低且成本較高，所以研究較多但實際應用較少，該技術運用于汽車空調(diào)還有待進一步研究。 （3）有人將太陽能與余熱回收技術相結合，驅(qū)動吸收式汽車空調(diào)工作，如圖6 所示，并從原理、構造和自動控制三個方面闡述該新型汽車空調(diào)系統(tǒng)。其實驗表明，單用

14、余熱可使發(fā)生器的溫度達到9297，加上太陽能集熱器后溫度可達120180，可很好解決小功率汽車發(fā)動機余熱不足的問題。此外，由于光能的穩(wěn)定性不高且地域性影響明顯，也有相關研究者同時使用光能和風能制冷，從而提高空調(diào)工作的穩(wěn)定性，在汽車空調(diào)這一領域中值得借鑒。,結語 （1）余熱制冷汽車空調(diào)是現(xiàn)階段最有發(fā)展前景的新型制冷方式。眾多的理論計算和實驗模擬表明，回收汽車余熱驅(qū)動汽車空調(diào)制冷是可行的，且吸收式制冷可簡化汽車原有的制冷、供熱及發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)。此外，由于沒有運動部件，余熱吸收式制冷系統(tǒng)更適合汽車工況，從提高能源利用效率、實現(xiàn)節(jié)能減排來論，是傳統(tǒng)車用空調(diào)最有前景的替代技術。 （2）風力制冷汽車空調(diào)技術尚處于理論研究階段，風力的大小與產(chǎn)冷量之間的確切關系有待進一步的實驗研究。該技術雖能很好地配合于現(xiàn)有的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)，但對車速有要求，且停車后無法工作，預測該制冷方式，今后將作為汽車空調(diào)的輔助制冷方式得以開發(fā)應用。 （3）太陽能汽車空調(diào)的主要優(yōu)勢是輻射強度與制冷量成正比。但由于光電轉(zhuǎn)換材料的效率低，且價格高，目前實用性較差；光熱轉(zhuǎn)換的效率雖然較高，但也受太陽輻射波動的限制。因此，太陽能空調(diào)將作為一種輔助的制冷手段，與其它制冷技術復合后工作才可達到節(jié)能目的。但隨著材料光熱轉(zhuǎn)換效率的不斷提高以及蓄能設備的進一步發(fā)展，太陽能汽車空調(diào)