汽车尾气利用吸收式制冷空调设计说明书.docx
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汽车尾气利用吸收式制冷空调设计说明书
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/(cpwΔtwk)=3.36×3600/(4.18×4×1000)=0.718t/h
或冷却水量(吸收器)Gwa=φk/(cpwΔtwa)=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
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- 汽车尾气 利用 吸收 制冷 空调 设计 说明书