汽车溴化锂吸收式制冷系统的结构改造

汽车溴化锂吸收式制冷系统的结构改造

汽车发动机低负荷3.2实际车辆发动机的实际效率通常为35%40%。大约25%的燃料通过热水传输，35%45%的燃料通过汽车尾气输送。这些残余的回收和利用用于动力车辆的空转系统。这是一个非常有效的节能方案，也是世界各国的研究重点。现在的汽车空调系统大致可分为两种情况:用于轿车和中小型客车的,其压缩机由主发动机驱动,一般要消耗8%~12%的汽车发动机动力,其中压缩机占80%~85%,风机占15%~20%,增加了油耗和废气排放,减少了汽车的运输能力,而且可能引起水箱过热,影响汽车动力性;用于大客车的,制冷压缩机配备专门的副发动机,空调性能不受汽车行驶工况影响,但这样结构复杂,增加了整车的重量和布置难度,汽车的油耗和排污均增加,环境污染严重。近几年已经有利用冷却水或废气进行制冷方面的研究,如已经有旅游汽车采用了吸收式制冷装置。M.Mostafavi和B.Agnew对汽车发动机排气余热驱动的吸收式制冷系统做了理论研究,并得出这一方案是可行的;R.Atan对采用溴化锂吸收式制冷系统来回收和利用了发动机余热做了研究,但没有做进一步的深化;肖尤明采取了将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机冷却空腔内,并对该单效溴化锂吸收式制冷系统作了研究。但这些研究都只停留在单一方面,没有全面利用汽车发动机全部余热。本文基于溴化锂吸收式制冷机的结构和工作原理,结合汽车发动机冷却系统和排气系统的结构,对汽车发动机散热水箱及排气系统加以改造,从而利用发动机冷却水余热和排气余热作为热源,来驱动溴化锂吸收式制冷机。1系统的一般设计现有汽车空调制冷系统一般采用单级蒸气压缩式制冷循环,如图1所示。汽车空调采暖系统一般采用水暖式,它是以发动机的冷却水为热源,通过装置中的热交换器,把送风机送来的车外或车内空气与发动机冷却水进行热交换,空气加热后送入车室内,如图2所示。汽车发动机的冷却水系统由发动机、节温器、散热器和水泵组成(见图2)。2用残余溴化铝吸收式冷系统建成2.1冷剂蒸汽冷却吸收器出来的稀溶液由溶液泵升压后,经溶液热交换器升温后进入发生器,在发生器中稀溶液被热源加热温度升高直至沸腾,产生冷剂蒸汽后变为浓溶液,而冷剂蒸汽进入冷凝器,在冷凝器内被冷却成冷剂水,经节流后进入蒸发器。由低压发生器出来的浓溶液经溶液热交换器放热温度降低后进入吸收器,与吸收器中的稀溶液相混合,吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽,使蒸发器中的低压得以维持,从而达到连续制冷的目的。2.2热源、管道进入发生器对于溴化锂制冷系统中发生器,其工作原理(见图4)为:溴化锂稀溶液从稀溶液管进入发生器,被来自热源输入管的热源加热,溴化锂稀溶液中部分水变成冷剂蒸汽,冷剂蒸汽从输出管流出高压发生器,溴化锂溶液变成浓溶液,浓溶液从溶液管流出发生器,热源输入管输入的热源加热的溴化锂溶液,从热源回流管流出发生器。(1)发生器的热源由于发动机排气温度高,其热量占燃料所放能量的40%左右,故可采用发动机排气作为发生器的热源。在废气出口处安装一个加热器,即发生器,加热进入的稀溶液。其结构如图5所示。(2)用于发生器的热源发动机正常运转时循环冷却水的出口温度在90℃以上,所带走的热量约占燃料发热量的25%以上,因此也可利用发动机的冷却水作为发生器的热源。将发动机的散热水箱稍加改造,利用发动机冷却水的余热,加热进入发生器的稀溶液。采用发动机冷却水加热的发生器结构如图6所示。2.3冷却水余热的余能发动机排气废气传热特性低,发动机的冷却水水温度低,如果单利用废气余热或冷却水的余热,很难保证溴化锂制冷系统所需的热量,尤其是发动机低速运转时。因此考虑将发动机的冷却系统稍做改造,同时利用发动机的冷却水和废气的余热。同时利用汽车冷却水和排气余热的双效溴化锂吸收式制冷系统原理如图7所示。根据所需冷负荷和热负荷的大小,同时调节截止阀A和B,即可达到冬天供热和夏天制冷以及既不供热又不制冷的要求。在该系统中,蒸发器既用于制冷又用于加热,省去了现有汽车空调采暖系统中的暖风用热交换器。考虑到汽车本身的结构特点,用吸收器和空冷器代替传统汽车发动机的散热器和其空调系统中的冷凝器是可行的,同时只将冷却水箱结构稍加改造即可用于该系统;而在汽车废气出口处安装一个加热器也是很简单的事,只是增加了一个溶液热交换器。综合考虑,汽车空调系统的结构比较简单、紧凑,同时也保证了发动机的冷却。3关于汽车发动机以金龙顶置非独立空调,苏州金龙海格V系KLQ6796/Q为例,汽车发动机型号:YC112ZLQ,直列四缸,水冷,增压柴油机,制冷量1.6万kcal。3.1计算参数溴化锂吸收式制冷循环流程焓—浓度曲线如图8所示,已知参数如表1所示,选定或计算参数如表2所示。3.2发动机余热利用整个系统制冷量1.6万kcal,则系统蒸发器负荷Q0为:Q0=1.6×104×103×4.193600×1000=18.61kWQ0=1.6×104×103×4.193600×1000=18.61kW单效溴化锂吸收式制冷机的热力系数COP一般为0.65~0.7,这里取0.65,则溴化锂吸收式制冷机中发生器所需热负荷为Qg为:Qg=Q0COP=18.610.65=28.63kWQg=Q0CΟΡ=18.610.65=28.63kW发动机的最大功率为132kW,其中燃料所放出的能量有30%左右被废气带走,30%左右被冷却水带走,发动机实用功率只有35%~40%。当设废气进入发生器时的温度为540℃,设离开发生器时的温度为200℃(该温度与发生器的实际结构及发生器的工作温度有关),则可利用的废气余热Qy1为:Qy1=(N/ηc)ηw1COP(540-200)/540=(132/0.3)×0.3×0.7×(540-200)/540=58.18kW式中:Qy1—可利用的废气余热;N—发动机的功率;ηc—发动机的有效效率,取ηc=0.3;ηw1—发动机排气所带走的热量占燃料所放热量的比例,取ηw1=0.3。冷却水所能提供的余热Qy2为:Qy2=(N/ηc)ηw2COP=(132/0.3)×0.3×0.7=92.4kW式中:ηw2为发动机冷却水所带走的热量占燃料所放热量的比例,取ηw2=0.3。显然,发动机废气和冷却水提供的有效余热远远大于溴化锂制冷系统所需的热负荷。3.3系统的完整设计各换热设备及传热面积的计算结果如表3所示。从表3中可以看出,溴化锂吸收式制冷系统中增加的溶液热交换器,其传热面积仅为0.63m2,虽然增加的吸收器传热面积有37.7m2,但却省去了普通空调中的暖风用热交换器,而且改造后的发生器Ⅰ和发生器Ⅱ换热面积也只分别为0.35m2、1.6m2,所以该系统非常紧凑。3.4热平衡成立[5.32%加入热量:Q0+Qg1+Qg2=18.61+14.05+14.05=46.71kW。排出热量:Qa+Qc=26.82+19.79=46.61kW。其相对误差为:(46.71-46.61)/46.71=0.21%<1%,热平衡成立。性能参数:ζ=Q0Qg1+Qg2=18.6114.05+14.05=0.662ζ=Q0Qg1+Qg2=18.6114.05+14.05=0.662。式中:Qg1、Qg2—分别为发生器Ⅰ、发生器Ⅱ的热负荷;Qa、Qc—分别为吸收器和冷凝器的热负荷。4汽车空调负荷(1)同时利用发动机的冷却水和废气余热的溴化锂吸收式制冷系统用于汽车空调是可行的,计算结果表明:该系统换热面积小,并完全满足汽车空调负荷要求。(2)该系统同时利