三種新型汽車空調(diào)技術(shù)簡(jiǎn)介.ppt

1、,三種新型汽車空調(diào)技術(shù)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(shí)人們對(duì)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(yán)重的環(huán)境問題。 目前，汽車空調(diào)的動(dòng)力來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī),空調(diào)制冷系統(tǒng)工作時(shí)，蒸汽壓縮式制冷壓縮機(jī)消耗功率大約占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的5%20%。,傳統(tǒng)汽車空調(diào)的缺點(diǎn) （1）汽車空調(diào)系統(tǒng)降低了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，增加整車負(fù)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(dú)立式兩大類。采用直連式驅(qū)動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)動(dòng)力來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，因此空調(diào)系

2、統(tǒng)工作時(shí)必然降低發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能。由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速隨車速變化，汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)停止制冷。對(duì)于獨(dú)立式汽車空調(diào)，增設(shè)專用發(fā)動(dòng)機(jī)不僅減少汽車空間，而且增加整車負(fù)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(duì)臭氧層破壞嚴(yán)重，我國(guó)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(dòng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)，是汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展與

3、進(jìn)步的必然要求。 在節(jié)能減排備受關(guān)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(duì)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(duì)余熱制冷空調(diào)技術(shù)、風(fēng)力制冷空調(diào)技術(shù)及太陽(yáng)能制冷空調(diào)技術(shù)這三種新型車用空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用研究給大家做一些介紹。,余熱制冷汽車空調(diào)技術(shù),目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做功的效率最高可達(dá)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(dòng)機(jī)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(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，可同時(shí)滿足節(jié)能和環(huán)保的要求。 余熱制冷機(jī)理 吸收式制冷技術(shù)是汽車空調(diào)余

4、熱回收技術(shù)中比較成熟的一項(xiàng)技術(shù)。其中，吸收式制冷是利用液體在汽化時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行可逆化學(xué)反應(yīng)，利用金屬氫化物脫氫吸熱的特點(diǎn)，通過交替加熱與冷卻實(shí)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(duì)應(yīng)的氫化物，mol； x 氫負(fù)離子得電子數(shù)，在數(shù)值上等于金屬或合金被氫化的價(jià)數(shù)； H 氫化物的焓變，即反應(yīng)熱，J/mol； 在實(shí)際

5、中，通常是采用兩種吸、放氫能力強(qiáng)，但平衡氫壓不同的工質(zhì)對(duì)，利用在放氫過程中的吸收反應(yīng)熱達(dá)到制冷目的。,余熱制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用研究 目前，我國(guó)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(gè)方面：1）尾氣中的余熱（溫度最高可以達(dá)到600700，怠速時(shí)400）；2）發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水中的余熱（正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)力源來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排除的廢氣熱量。它由兩個(gè)容器組成，第一個(gè)容器內(nèi)塞滿粉狀高溫氫化物，第二個(gè)容器的導(dǎo)管盛滿粒狀低溫氫化物，兩容器的內(nèi)導(dǎo)管與外導(dǎo)管相連。汽車排出的廢氣進(jìn)入第一個(gè)容器，使其升溫，當(dāng)達(dá)到2

6、04度時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)的粉狀氫化物就會(huì)放出氫氣并通過外管道進(jìn)入第二個(gè)容器的內(nèi)導(dǎo)管。粒狀低溫氫化物吸收氫氣后溫度上升，這時(shí)外面的空氣進(jìn)入第二個(gè)容器而降低其溫度。另外，車內(nèi)的熱空氣也被送入第2個(gè)容器，致使粒狀低溫氫化物升溫而放出氫氣，釋放氫氣時(shí)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(dá)到車內(nèi)降溫的目的。 見下圖,有人設(shè)計(jì)了由汽車尾氣驅(qū)動(dòng)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?jī)H停留于理論層面，未對(duì)金屬氫化物制冷循環(huán)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，因此該制冷法在汽車中的制

7、冷效率如何還需進(jìn)一步論證。,有人將汽車尾氣余熱通過一個(gè)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(shí)實(shí)現(xiàn)夏季制冷與冬季除霜，計(jì)算得出改進(jìn)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(gè)獨(dú)立的發(fā)生器使空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且當(dāng)汽車排氣量較小時(shí)可利用的余熱有限。,為了簡(jiǎn)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(dòng)汽車空調(diào)制冷，即將溴化鋰溶液直接充注到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻空腔內(nèi)，用發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱加熱溴化鋰溶液驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行，并通過計(jì)算對(duì)比，表明此系統(tǒng)在夏季可節(jié)油15%20%。此系統(tǒng)省去獨(dú)立的發(fā)生器，同時(shí)簡(jiǎn)化了制冷、供熱及發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)溶液交換器，同時(shí)利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水余熱和排氣余熱作為熱源驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)。這一改進(jìn)，保證了溴化鋰制冷系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)仍可正常工作，且汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。以制冷量為6.7104kJ 的汽車為例，計(jì)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(fù)荷。,風(fēng)力制冷空調(diào)技術(shù) 風(fēng)能的利用形式多樣，主要包括以下幾種：機(jī)械能、電能、熱能等。理想風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)化效率為60%，然而實(shí)際的風(fēng)力機(jī)效率要遠(yuǎn)低于理想數(shù)值。 風(fēng)力制冷機(jī)理 風(fēng)力空調(diào)制冷的基本原理如圖4 所示，風(fēng)能通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，由電能驅(qū)動(dòng)制

9、冷系統(tǒng)工作。這一過程在實(shí)際運(yùn)用中較成熟，但能量形式轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)過多，風(fēng)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(fēng)力制冷技術(shù)的發(fā)展傾向于根據(jù)制冷循環(huán)所需的能量形式，將風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或熱能制冷。,風(fēng)力制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用研究 風(fēng)力汽車空調(diào)一般在車頂或車前部迎風(fēng)處設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的氣流通過進(jìn)風(fēng)口推動(dòng)葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jī)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(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，選用直流變頻壓縮機(jī)，壓縮機(jī)運(yùn)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(shè)計(jì)的風(fēng)力汽車空調(diào)采用以下技術(shù)：進(jìn)風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力機(jī)再通過變速機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。改進(jìn)的制冷方式省卻了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(chǔ)存，汽車高速行駛時(shí)可利用自然風(fēng)為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，但在低速行駛時(shí)仍需要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為空調(diào)壓縮機(jī)提供動(dòng)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(duì)于熱能驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷循環(huán)而言，上述技術(shù)僅需對(duì)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(yùn)用于現(xiàn)有車輛的空調(diào)節(jié)能改造。由于風(fēng)力制冷空調(diào)工作效率完全依賴于使用時(shí)的風(fēng)況，風(fēng)量的大小與車速密切相關(guān)，因此以上風(fēng)

11、力汽車空調(diào)在車速較低時(shí)，將出現(xiàn)制冷功率不足的問題且停車時(shí)不能工作。,太陽(yáng)能制冷空調(diào)技術(shù) 太陽(yáng)能是指太陽(yáng)光的輻射能量，每年到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于全世界一次能源消費(fèi)總量的1.56104 倍。太陽(yáng)能的利用主要有4 個(gè)方面：1）光熱轉(zhuǎn)換；2）光電轉(zhuǎn)換；3）光化學(xué)轉(zhuǎn)換；4）光生物轉(zhuǎn)換。其中太陽(yáng)能制冷主要通過光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換這兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)。 太陽(yáng)能制冷機(jī)理 太陽(yáng)能汽車空調(diào)主要分為以下3 種：1）利用特種半導(dǎo)體材料形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生帕爾帖（peltire）效應(yīng)，利用太陽(yáng)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(dòng)壓縮機(jī)做功，如圖5 中的a；3）利用太陽(yáng)能集熱裝

12、置，通過光熱 轉(zhuǎn)換提供熱能驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)工作，如圖5 中的b。,太陽(yáng)能制冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用研究 半導(dǎo)體制冷太陽(yáng)能空調(diào)主要由硅型太陽(yáng)能電池、半導(dǎo)體制冷芯片、測(cè)量控制電路和散熱器4 大部分組成，依靠光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)工作。在目前的技術(shù)條件下，傳統(tǒng)汽車機(jī)械壓縮式制冷的效率要比熱電制冷效率高，且價(jià)格便宜，但是在冷量比較小的場(chǎng)所，半導(dǎo)體制冷有明顯優(yōu)勢(shì)。由于半導(dǎo)體制冷芯片無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)部件，因而工作起來無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)且不會(huì)構(gòu)成任何環(huán)境污染。大量的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、軟件模擬及冷負(fù)荷簡(jiǎn)化計(jì)算表明，半導(dǎo)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(yáng)能汽車空調(diào)輔助裝置，運(yùn)用上述制冷芯片

13、，在停車時(shí)可維持車內(nèi)的溫度不致過高。該裝置通過置于車頂?shù)奶?yáng)能芯片為蓄電池充電，由蓄電池與引擎發(fā)電機(jī)提供電能驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)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(jī)等），改造簡(jiǎn)單且能減輕汽車原有空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。 （2）有人提出的一種太陽(yáng)能汽車空調(diào)：太陽(yáng)能電池板為蓄電池充電，電能通過逆變器、溫控開關(guān)、電動(dòng)馬達(dá)，最終驅(qū)動(dòng)汽車原有壓縮機(jī)工作。然而太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換的效率低且成本較高，所以研究較多但實(shí)際應(yīng)用較少，該技術(shù)運(yùn)用于汽車空調(diào)還有待進(jìn)一步研究。 （3）有人將太陽(yáng)能與余熱回收技術(shù)相結(jié)合，驅(qū)動(dòng)吸收式汽車空調(diào)工作，如圖6 所示，并從原理、構(gòu)造和自動(dòng)控制三個(gè)方面闡述該新型汽車空調(diào)系統(tǒng)。其實(shí)驗(yàn)表明，單用

14、余熱可使發(fā)生器的溫度達(dá)到9297，加上太陽(yáng)能集熱器后溫度可達(dá)120180，可很好解決小功率汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(guān)研究者同時(shí)使用光能和風(fēng)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(lǐng)域中值得借鑒。,結(jié)語(yǔ) （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(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M表明，回收汽車余熱驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)制冷是可行的，且吸收式制冷可簡(jiǎn)化汽車原有的制冷、供熱及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)。此外，由于沒有運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shù)。 （2）風(fēng)力制冷汽車空調(diào)技術(shù)尚處于理論研究階段，風(fēng)力的大小與產(chǎn)冷量之間的確切關(guān)系有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。該技術(shù)雖能很好地配合于現(xiàn)有的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)，但對(duì)車速有要求，且停車后無(wú)法工作，預(yù)測(cè)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(yīng)用。 （3）太陽(yáng)能汽車空調(diào)的主要優(yōu)勢(shì)是輻射強(qiáng)度與制冷量成正比。但由于光電轉(zhuǎn)換材料的效率低，且價(jià)格高，目前實(shí)用性較差；光熱轉(zhuǎn)換的效率雖然較高，但也受太陽(yáng)輻射波動(dòng)的限制。因此，太陽(yáng)能空調(diào)將作為一種輔助的制冷手段，與其它制冷技術(shù)復(fù)合后工作才可達(dá)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(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，太陽(yáng)能汽車空調(diào)