汽车尾气利用吸收式制冷空调设计说明书.doc

利用汽车尾气--吸收式制冷空调
设计说明书
国家政策如何推动节能减排车型的发展？
自2010年5月下旬，国家国家连续出台了一系列支持和鼓励节能减排型汽车市场发展的政策、举措和标准。其中最为引人关注的就是《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》和《“节能产品惠民工程”节能汽车（1.6L及以下）乘用车推广实施细则》。在《节能产品惠民工程节能汽车推广实施细则》中规定了“节能汽车推广车型及企业条件”，及节能汽车（1.6L及以下乘用车）补助标准为3000元/辆，并由生产企业在销售时兑付给消费者。
这无疑推动了节能汽车的发展，然而从那里节能？
其中废气利用是不错的思考方向。废气怎么在汽车中利用，这里我们将通过汽车空调来实现。
一、 汽车尾气的参数
汽车排放的尾气温度最高可以达到600℃～700℃,怠速时400℃左右。汽车尾气排出速度为1m/s左右。汽车排气管径为5cm左右，有2个排气管，则由密度为1.2kg/m3，则每秒内的烟气质量为m=1.2×（3.14×0.025×0.025）×1×2=0.00471kg/s，空调制冷量为3100W 左右（见重庆大学学报（自然科学版）微型汽车空调冷负荷计算）（若为大型车辆，其制冷量和汽车尾气辆都相对应的增加，其节能效果相当，故以微型汽车为例）
二、一般汽车空调以及吸收式制冷空调的工作原理
对于目前一般汽车空调工作原理如下：
1.压缩过程，低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入，并压缩成高温高压的制冷剂气体，这个过程的主要效用是压缩增压，以便气体液化，这个过程是以损耗机械工作为赔偿的，在压缩过程中，制冷剂状况不发生变化，而温度压力不断上涨，形成过热气体。
2 冷凝过程，制冷剂气体从压缩机排除后进入冷凝器，这个过程的独特地方是制冷剂的状况发生变化，即压力和温度不变的情况下，由气体状态逐渐向液态转变。冷凝后的制冷剂液体呈高温高压状况。
3 节流膨胀过程，高温高压的制冷剂液体经膨胀阀节流，降低温度和压力后，进入蒸发器，该过程的效用是制冷剂降温降压、调节流量，控制制冷能力。其独特的地方是，制冷剂经膨胀阀时，压力、温度急速下降，由高温高压液体变成低温低压液体。
4.蒸发过程，制冷剂液体经膨胀阀降低温度压力后进入蒸发器，吸热制冷后从蒸发器出口被压缩机吸入，该过程的独特地方时制冷剂状况从液态变化成气体状态，此时压力不变，节流后，低温低压液体制冷剂在蒸发器中不断吸收气化潜热，既吸收车内的热量又酿成低温低压的气体，该气体又被压缩机吸入再进行压缩。下图是普通汽车空调的工作原理图

吸收式制冷空调原理：
我们是需要利用汽车尾气，用这种一般的空调系统来利用汽车尾气，有很大的困难，现在我们来用溴化锂吸收式制冷来实现对汽车尾气的利用，下面看溴化锂吸收式制冷机的工作原理

在吸收剂循环中，主要有吸收器、发生器和溶液泵组成，相当于蒸汽压缩式制冷的压缩机。在吸收器中，用液态吸收剂不断吸收蒸发器产生的低压气态制冷剂，以达到维持蒸发器内低压的目的；吸收剂吸收制冷剂蒸汽而形成的制冷剂—吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入发生器，在发生器中该溶液被加热，沸腾（这里我们可以通过汽车尾气的废热来实现），其中沸点低的制冷剂气化形成高压气态制冷剂，与吸收剂分离；然后制冷剂蒸汽进入冷凝器被液化、节流进行制冷，吸收剂（浓溶液）则返回吸收器再次吸收低压气态制冷剂。这里吸收器和发生器相当于普通空调的压缩机，其他的部分和普通空调工作原理相同。
三、溴化锂吸收式制冷的优缺点
溴化锂吸收式制冷机的特点有：
1.水为制冷剂，有利于环保；
2.能源上，利用了汽车尾气，实现了节能；
3.对安装基础的要求低，机组运行安静；
4.结构简单，制造方便；
5.制冷机在真空状态下运行，安全可靠；
6.易于实现自动化；
7.制冷量调节范围广；
8.腐蚀性强，气密性要求高；
9.对外排热量大、允许较高的冷却水温升；
10.制取5℃以下的冷水；
11.热力系数较低；
12.溴化锂价格贵。
四、吸收式制冷机的热力计算

溴化锂吸收式制冷空调工作原理图

溴化锂吸收式制冷机中的冷却水，一般采用先通过吸收器再进入冷凝器的串联方式，冷却水出入口温差取8～9℃,冷却水在吸收器和冷凝器的温升之比与这两个设备的热负荷之比相近，一般吸收器的热负荷与冷却水的温升稍大于冷凝器。
冷凝温度tk比冷凝器内冷却水出口温度高3～5℃，蒸发温度to比冷冻水出口温度低2～5℃；吸收器内溶液最低温度比冷却水出口温度高3～5℃；发生器内溶液最高温度t4比热媒温度低10～40℃；热交换器的浓溶液出口温度t5比稀溶液侧入口温度t2高12～25℃.
已知制冷量为3100W 左右（见重庆大学学报（自然科学版）微型汽车空调冷负荷计算）冷冻水出口温度tcw2=7℃，冷却水入口温度tw1=32℃，发生器热源为汽车尾气（温度取400℃）。
则进行热力计算：
1.根据已知条件和经验关系确定如下设计参数
冷凝器冷却水出口温度tw3=tw1+9=41℃,
冷凝温度 tk=tw3+5=46℃
冷凝压力pk=10.09kpa
蒸发温度to=tcw2-2=5℃
蒸发压力p0=0.87kpa
吸收器冷却水出口温度tw2=tw1+5=37℃
吸收器溶液最低温度t1=tw2+6.2=43.2℃
发生器溶液最高温度t4=119.6℃-17.4℃=102.2℃(此处按th=119.6℃的饱和蒸汽计算)
热交换器最大端部温差t5-t2=25℃
2.确定循环点参数
将已确定的压力及温度值填入表中，利用h-ξ图求出处于饱和状态的点1（点2与之相同）4、8、10、3g和6g的其他参数，填入表中
状态点
压力p(kpa)
温度t(℃)
浓度ε（％）
比焓h（kJ/㎏）

1
0.87
43.2
59.5
281.77
2
10.09
≈43.2
59.5
≈281.77
3
10.09
-----
59.5
338.60
3g
10.09
92.0
59.5
-------
4
10.09
102.2
64.0
393.56
5
10.09
68.2
64.0
332.43
6
0.87
-----
64.0
332.43
6g
0.87
52.4
64.0
-------
7
10.09
97.1
0
3100.33
8
10.09
46
0
611.11
9
0.87
5
0
611.11
10
0.87
5
0
2928.67
计算溶液的循环倍率f=εs/(εs-εw)=0.64/(0.64-0.595)=14.2
热交换器出口浓溶液为过冷溶液。由t5=t2+25=68.2℃.及εs=64％.求得焓值h5=332.43kJ/㎏,
h6≈h5.热交换器出口稀溶液点3的比焓由热交换器热平衡式求得：h3=h2+(h4-h5)[(f-1)/f]= 281.77+（393.56-332.43）[（14.2-1）/14.2]=338.43kJ/㎏
3.各设备单位热负荷
qg=f(h4-h3)+(h7-h4)
=14.2×(393.56-338.60)+(3100.33-393.56)=3487.20kJ/㎏
qa=f(h6-h1)+(h10-h6)
=14.2×(332.43-281.77)+(2928.67-332.43)=3313.61kJ/㎏
qk=h7-h8=3100.33-611.11=2489.22kJ/㎏
qo=h10-h9=2928.67-611.11=2317.56kJ/㎏
qt=(f-1)（h4-h5)=(14.2-1)×(393.56-332.43)=806.92kJ/㎏
总吸收量qg+q0=5804.8kJ/㎏7
总放热量qa+qk=5804.8kJ/㎏
由此可见，总吸收量=总放热量，符合能量守恒定律
4.热力系数
ε=q0/qg=2317.56/3487.20=0.665
5.各设备的热负荷及流量
冷剂循环量D=φo/qo=0.3098kw/2317.56kJ/㎏=0.00134㎏/s
稀溶液循环量F=fD=14.2×0.00134=0.019㎏/s
浓溶液循环量F-D=(f-1)D=0.0177㎏/s
各设备负荷
发生器φg=D×qg=4.67kw
吸收器φa=Dqa=4.42kw
冷凝器φk=Dqk=3.36kw
热交换器φt=Dqt=2.51kw
6.水量及加热蒸汽量
冷却水量（冷凝器）Gwk=φk/(cpw Δtwk)=3.36×3600/(4.18×4×1000)=0.718t/h
或冷却水量（吸收器）Gwa=φk/(cpw Δtwa)=4.42×3600/(4.18×5×1000)=0.765t/h
二者的冷却水量基本吻合
7．汽车尾气的参数及计算
有汽车尾气排出速度为1m/s左右。汽车排气管径为5cm左右，有2个排气管，则由密度为1.2kg/m3，则每秒内的烟气质量为m=1.2×3.14×0.025×0.025×1×2=0.00471kg/s
由设换热后汽车尾气为100℃，则有Q= cmΔt=1.068×0.00471×300=1.51kw＜4.67kw
五、汽车尾气利用节能效果
有热力计算可知汽车尾气的放热还不能提供汽车空调的全部能量。但可以节约能源，以及可以结合太阳能来解决汽车空调的节能问题，有1.51/4.67=0.32.可见利用汽车尾气可以节约汽车空调能量的32%左右.因此利用汽车尾气是一种不错的选择。

北方工业大学
辅导老师：郁文红
参赛成员：范乐乐 王平 徐刚