（车辆工程专业论文）汽车余热溴化锂吸收式制冷研究.pdf

e e l i t 农业大学硕十学位论文摘要 摘要 随着社会经济的发展，汽车已经成为社会发展和人们日常生活中不可缺少的交通工具能源问 题一直是人们长期以来关注的重大问题之一。环境与能源问题是当前世界各国能否生存和发展的关 键。在当前的压缩式汽车空调系统中研究新型的汽车空调系统，更好的节约能源，汽车余热溴化锂 吸收式制冷系统是一项有意义的研究课题。 论文对本课题相关领域的文献资料进行了全面了解和评述，阐述了当前汽车空调的研究现状和 溴化锂吸收式制冷技术的发展状况，以及溴化锂吸收式制冷技术在汽车空调中的应用 本文根据现有汽车空调的制冷系统和发动机循环冷却水系统结构特点，并结合单效溴化锂吸收 式制冷机的性能，提出溴化锂吸收式翻冷系统中的发生器由改造后的汽车发动机缸盖部分和冷却水 系统部分共同组成，将溴化锂溶液充注在汽车发动机的冷却空腔内，代替原来的冷却液，进而实现制 冷效果。论文结合汽车空调制冷系统技术要求和发动机冷却水循环系统的特点，计算了溴化锂吸收 式制冷系统的主要参数；开发了蒸发器和冷凝器设计计算程序，并进行了相关参数的分析计算；利 用f l i 腼r r 软件模拟了流体在冷凝器传热管中的冷凝过程 关键词：余热。溴化锂，吸收式制冷，设计计算，数值模拟 中国农业大学硕十学位论文捅要 a b s t r a e t w i t h t h e d o v e l o p m e n t o f s o c i e t y a n d o l l o l n y , a u t o m o b i l e h b e e n t h e i n d i s p e m a b l e c o n v e y a n c e t o l - s o c i e t yd e v e l o p i n ga n dl i f eo f p e o p l e t h ep r o b l e mo f e r g y 鲫嘴i sa l w a y so o f s e t i o wa f f a i r st h a t p e o p l ec o l l c e r l l kt h ep r o b l e mo fe t l v i r o n m e l l tn n d c 【g y 蜘i sc u r r e n t l yc r u c i a lf o re v e a 7c o u n t r y n a t i o n a le x i s t i n ga n dd e v e l o p m e t l tr e s e a r c h0 1 1n e wa u t o m o t i v ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mi nt h ec o m l , r e s s e d s t y l ea i r c o n d i t i o n i n gs y s t c i nc u r r e n t l y , s a v i n gt h e 衄哪m 懈b d t c r tt h e 咖d yo ni a b ra b s o l l 瞳i o l l r e f r i g e r a t i o aw i t t la t t t o m o t i v ee x h a u s th e a tw i l lb ea ni n t e r e s t i n gr e s e a r e l at a s k t h et h e s i si l l a k e sg e a e r n lu n d e a r s t a n d i n g 姐dd i s s e r t a t i o no f l i r aa b o u tt h i st a - o j e c ti n 鼬t i v o d o m a i n t h i sp 印日缸嘶l 嘴她c u n e n ts t u d yi c t u a l i t yo fj l l l o l n o l i v l 。a i r c o n d i t i o n i n ga n d 龇 d e v c l o p m e n ts t a t u so fl i t h i u mb r o m i c l oa b e o l - p t i o nr e f r i g e r a t i o nt e e l m o l o 鼢, a n da l p p l i c a t i o n si nt h e a u t o m o t i v ea i r - c o n d i t i o n i n g b a s e do nf i l ei d l a u c t t l a n de k a m e t e t i s l i co f a u t o m o t i v er e f r i g e r a t i o ns y s t a na n de n g i n ec i l l e u l a t i o l l l c o o l i n gw a 搬s y s t e m , c o m b i n g 曲口i , c r f mo f s i n g l e - e f f e e tl i t h i u m b r o m i d ea b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n u l a e l a i n 铭, w cp r o p o s et h a tt h eg e n e r a t o ro f 曲剐l f p d 阻r e f r i g e r a t i o ns y s t e mi s 曲p $ e db yi h e r e e o n s t m e t i n ga u t o m o t i v ee n g i n ec y l i n d 日h e a da n dc o o l i n gw a t e rs y , s t e m t h el i b rs o l u t i o ni sf i l l e di n t o t h e e n g i n e c o o l i n g c a v i t y t o t a k e t h e p l a c e o f o r i g i n a lr e f r i g e r a n t i t c a l t i c s o u t t h e l 曲 i g e r n t i o n e f f e c t c o m b i n gt h et e e l m i e a ld e m a n do f a u t o m o t i v ea i r e o n d i t i o n i n gs y s t e ma n de l u l m e t c r i s t i e so f e n g i n ec o o l i n g w a t e r e i r e l f l a t i o ns y s t e m , t h e p a p e r c a l c u l a t e s t h e p r i m a r y p a r a m e t e r s o f l i t h i u m b r o m i d e a l , 自, r p t i o n r e f r i g e r a t i o ns y s t e m t h ed i s 翻靠包i 矗o no i 话l l l io u tt h ep r o e m so f e v a p o r a t o ra n dc o l l d e l l s e rd e s i g na n d c a l c u l a t i o na u dp r o g r e s s e sa n a l y s i sa n di ；x t l c u l a l i o na b o u ti n t e r r e l a t e dp e t a m e t l 1 w em a k et h es i m u l a t i o n o f t i q u i di nt h ed i a t h e r m a n o 砸t i i b eo f e o n d e m e rw i t ht h ef l u e n ts o t l w a t o k e yw o r d s ：h a u s th e a t ，f i t h i t n nb r o m i d e ， n u m e r i c a ls i m u l a t i o n u 中国农业大学硕卜学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生躲套舶计 时间。弘刁年f 月，阳 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：杏日知 2 导师签名：屯 帆0 7 年月，珀 时间：砷年6 ，月z 日 中国农业大学硕十学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究汽车余热溴化锂吸收式制冷的意义 汽车工业是支柱产业，据统计，2 0 0 5 年世界汽车产量已达到6 8 0 0 万辆，比2 0 0 0 年增长了2 3 7 我国自2 0 0 1 年底加入世界贸易组织以来，中国的汽车工业每年跨上一个百万辆级台阶，汽车市场 每年1 5 以上速度的增长。2 0 0 5 年我国汽车产量达到5 7 0 7 万辆，名列世界第三，比2 0 0 4 年增加了 1 2 6 c 1 i 2 0 0 6 年，中国汽车产量为7 2 8 万辆，比上年增长2 7 矾，已超过德国，仅次于美国、日 本，居世界第三位“ 能源问题一直是人们长期以来关注的重大问题之一环境与能源问题是当前世界各国能否生 存和发展的关键就我国来说，环境污染随着经济的发展而日益严峻，在国际十大污染城市中， 我国竞占有半教；能源供应短缺情况也日趋紧张，石油还需进口，还存在能源有效利用率低和浪 费严重的现象，我国政府已充分认识到保护环境的必要性与节约能源的重要性，相继制定与颁布 了环保与节能法规以提高全民的环保与节能意识并号召全国上下共同为环保与节能做出努力， 以保证我国国民经济的持续发展。随着地球能源的匮乏和频繁出现的能源危机，科学工作者在开 辟新能源的同时也努力研究节能技术。随着社会的发展和人民生活水平的提高以及人们对生活环 境舒适性的更高要求，空调成为社会不可分割的重要部分，越来越多的使用空调成为能耗的一大 负担。一直以来，压缩式制冷是制冷技术发展的主流，首先，由于压缩式制冷具有较高的热力系 数( c o p 值较高) ，其次由于压缩式制冷系统设备启动和停机方便迅捷，可以适用于大多数的场合 但是随着生产力的发展，环境问题也成为这个世界十分关注和亟待解决的问题，压缩式制冷机使 用的制冷剂氟利昂由于对臭氧层的破坏作用以及所导致的温室效应问题，迫使人们必须寻求新的 制冷剂替代品漠化锂吸收式制冷显然可以成为重要的替代方式。溴化锂吸收式制冷是以热能 为动力的，毋需耗用大量电能，而且对热能的要求也不高，以溴化锂溶液为工质，无臭、无毒、 无爆炸危险，安全可靠，被誉为无公害的制冷设备，有利于满足环境保护的要求 在当前的汽车空调中，主要使用蒸汽压缩式空调系统，利用发动机的轴功驱动，这样的话，一 般要消耗蹦1 2 9 6 的汽车发动机动力，其中压缩机占8 0 9 8 5 ，风机占1 5 2 0 这不仅增加了 油耗和废气捧放，减少了汽车的运输能力，而且可能引起水箱过热，影响汽车动力性因此，解决 汽车空调舒适性和制冷功率消耗之间的矛盾已经成为现代汽车空调研究中一项急需解决的难题 汽车发动机的实用效率一般为3 5 4 0 ，约占燃料发热量1 2 以上的能量被发动机循环冷却 水和排放出的尾气带走“回收和利用这部分余热来驱动制冷系统，是理想的最佳节能方案，也是 目前世界各国都在研究的课题。 吸收式汽车空调系统正是利用汽车的余热来实现汽车空调制冷的，本课题结合单效溴化锂吸 收式冷热水机组系统中发生器的工作原理和结构特点以及汽车发动机冷却水套的工作原理和结 构特点，对汽车发动机的气缸体和气缸盖的结构重新设计，用改造后的汽车发动机气缸体、气缸盖 及气缸套作为溴化锂吸收式制冷系统中的发生器，将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机冷却空腔 内，从而就可以高效利用从汽车发动机气缸体、气缸套、气缸盖等处的散热加热吸收器中的溴化 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 锂溶液，驱动溴化锂吸收式制冷系统“1 。这样可以回收发动机循环冷却水带走的那部分热量，减少 汽车的油耗和尾气捧放，起到节能环保的效果。进而提高汽车的动力性能，优化整个系统结构 1 2 国内外研究现状 1 2 1 溴化锂吸收式制冷技术的发展状况啊 自1 9 4 5 年美国开利公司试制成功第一台制冷量为5 2 3 k w 的单效机以来，无论是型式、结构、 性能或生产数量和应用范围，都得到了迅速发展，生产的国家也从美国扩展到日本、俄罗斯和中 国 1 美国 美国是最早生产溴化锂吸收式制冷机的国家，1 9 3 0 年阿克拉公司生产了小型单效燃气空调机 在市场出售1 9 4 5 年美国开利公司生产了世界上第一台5 2 3 l 【w 制冷量，双简体的溴化锂吸收式制 冷机1 9 6 1 年斯太哈姆公司制成了第一台双效溴化锂吸收式制冷机。美国虽然在溴化锂制冷机的 研制方面起步早，但发展不快，自蒙特利尔协定书签订以来，由于氯氟烃制冷剂的限制使用，吸 收式制冷机又有了新的发展，近几年来吸收式制冷机的研究主要集中在如下方面：( a ) 太阳能溴 化锂吸收式制冷机；( b ) 双效吸收制冷循环的研究分析；( c ) 高效燃气吸收式冷热水机组；( d ) 利用低温热源的吸收式制冷机；( c ) 吸收式热泵的分析研究 2 日本 在溴化锂吸收式技术领域中，发展最快的国家首推日本。日本在1 9 5 9 年由汽车制造株式会 社( 川崎重工) 生产出第一台大容量的吸收式制冷机1 9 6 4 年川崎重工生产蒸汽双效溴化锂吸收式 制冷机1 9 6 8 年川略重工生产燃气直燃吸收式冷热水机1 9 7 1 年茬原制作所制造了日本第一台 吸收式热泵机组1 9 7 8 年日立制作所制造出使用低压蒸汽2 0 0 - 5 0 0 k p a ( 表) 的双效机组。1 9 7 9 年茬 原制作所制造中等冷量1 4 0 2 6 1 k w 的燃气喜燃吸收式冷热水机1 9 8 0 年矢崎与三洋电机公司制 造7 0 - 1 1 6 k w 的燃气直燃式冷热水机1 9 8 7 年东京三洋电机及往原制造所制造智能型的吸收式冷 热水机1 9 8 7 年日本东京燃气株式会社试制成功了空冷演化锂机组经过不断的改进提高，日本 直燃式冷热水机的热力系数已由开发初期的o 7 5 提高到1 2 6 ，机组重量由1 0 0 降到5 1 ，体积由 1 0 0 降到4 7 在直燃式中日本以燃气直燃式为主，这是由于日本燃气价低廉，同时政府制定了以燃气制冷 的能源政策要求从1 9 8 0 年起，制冷能耗的l 3 要实现燃气化。并实施促进燃气化的优惠办法， 例如节约投资费用( 银行借贷款优惠和减税) ，降低运转费用( 减免税和实行季节降价) 3 俄罗斯 俄罗斯溴化锂制冷机的最高年生产量为1 5 0 - - 2 0 0 台左右年代采用钢筒、钢管结构，但腐 蚀严重，寿命短，平均寿命1 5 年左右7 0 年代改用铜管，主要生产厂是莫斯科压缩机厂、奔萨 化工机械厂等：研究单位与高等院校主要有全俄制冷机研究所、圣彼得堡制冷工业工艺学院、西伯 利亚热物理研究所。俄罗斯在溴化锂吸收式制冷机机理研究方面做了不少工作，以罗得非尔德为 首曾进行了热质分开的吸收器研究。在表面添加剂方面，做了以氟化醇为添加剂的试验研究，比 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 传统采用的辛醇添加剂有更好的效果；在发生器用传热管方砸，做了铬钢传热管的试验研究；在吸 收式制冷机的结构方面，提出了以板式热交换器代替传统的管壳式热交换器，以减小体积和重量。 4 中国 1 9 6 6 年底我国试制成功了国内第一台单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组，使用在国棉十二 厂，制冷量1 1 6 3 k w 。此后，从7 0 年代到年代先后生产出蒸汽双效机组，双效型第一类吸收 式热泵，热水型溴化锂吸收式冷水机组，第二类吸收热泵，燃汽双效溴化锂冷热水机组，燃油型 吸收式冷热水机组。制冷量从1 0 5 k w 到5 8 1 4 k w 我国在基础性试验研究方面主要有：( 4 ) 溴化锂水溶液物性参数的测定，编制了国产溴化锂 水溶液的各类物性及热力性能曲线；( b ) 澳化锂水溶液对金属材料的腐蚀及防腐蚀研究，确定了 铬酸锂用作缓蚀剂的缓蚀效果：( c ) 溴化锂水溶液的传热试验，对溴化锂水溶液在发生器中的传 热性能进行了试验 总的来说，国内研制生产溴化锂机组的历史不短，发展不快，但近几年来在改革开放的形势 下，溴化锂机组得到了迅速的发展。就机组的品种而言，除蒸汽单、双效型外，还发展了热水型， 燃油与燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，曾试制了第一类，第二类吸收式热泵机组，但未形 成产品特别是直燃型冷热水机组，近两年来发展更为迅猛，1 9 9 5 年全国生产台数约在2 5 0 0 台 左右其中直燃式约占3 0 生产厂家已近百家，但具有一定生产能力的只有一半左右，主要生 产厂家有江苏双良特灵溴化锂制冷有限公司、上海一冷一开利空调设备有限公司，大连三洋制冷 有限公司以及长沙远大空调有限公司等，其中生产量最大的是江苏双良特灵公司不少工厂产品 的主要技术指标在熟源单耗方面己接近国际先进水平；在自控方面可编程序控制器的应用，使机组 的自控水平有了很大的提高高效传热管的应用使机组的外形尺寸大为降低。但国内机组就机型 品种，总体水平和总体质量而论，与国外机组相比仍有一定的差距 1 2 2 汽车余热制冷研究状况 汽车空调系统作为影响汽车舒适性的主要总成之一，为汽车提供制冷、取暖、除霜、除雾、 空气过滤和湿度控制功能，汽车空调系统已成为当前汽车市场竞争的主要手段之一为准确评价 新技术在汽车空调业的应用可行性，国际汽车空调学会( m acs ) 、美国汽车工程师学会( sae ) 和美国环境保护机构( u s epa ) 合作，并提出汽车空调。生命循环气候指数”( l i f ec y c l e c l i m a t ep e r f o r m , r a c e , 简称l c c p ) 的概念，来评价汽车空调系统工质及燃油消耗等综合指数，所谓 生命循环气候指数包括了从产品生产、使用的原材料和部件到废品处理所造成总的直接和间接 捧放。如何在现有的汽车现状前提下开发出一套高效节能环保的空调制冷系统也成了当前商家 和科研机构关注的焦点 汽车空调的发展方向：向全自动化方向发展；向提高舒适性方向发展；向小型轻量化方向发 展；向环保型汽车空调发展目前的汽车空调系统，蒸汽压缩式占绝对地位，其它制冷方式如 吸收式，吸附式，蒸汽喷射式，空气压缩式等很少在汽车空调上使用，但利用发动机的余热来驱 动制冷系统，是一个理想的节能方案，世界各国都在研究这种技术9 。 内燃机工作时。用于动力输出的功一般只占燃油燃烧总热量的3 0 9 6 秭，以废热形式捧出车 外的能量占燃烧总能量的5 8 7 0 9 6 ，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。其中捧 3 中囝农业大学硕+ 学位论文第一章绪论 i i 鼍詈皇曼詈奠曼曼曼量曼曼曼量暑皇皇鲁暑皇量目曼曼量量| 鲁曹鼍量曼| 吕曼皇曼量量皇寡詈一 气余热的特点是温度高。捧气阀处的温度大约为4 0 0 5 0 0 ，尾气带走的热量占燃烧总热量的 2 5 4 5 利用尾气余热来驱动的制冷系统主要有金属氢化物制冷循环和固体吸附式制冷循 环金属氢化物制冷循环。用金属氢化物作介质，通过在不同的温度下金属氢化物释放或吸收氢 气的特点而实现制冷，低温氢化物释放氢气吸收热量上海交通大学制冷与低温工程研究所和中 科院金属研究所在2 0 0 4 年对这个问题进行了研究和探索，详见文献( 1 1 。固体吸附式制冷循环， 利用工质对的吸附与解吸来实现制冷效果。目前实际应用比较成功的有碱金属氯化物一氨，沸石一 水和活性炭一甲醇等，青岛海洋大学工程学院在1 9 9 6 年分析了一台以6 缸柴油机捧气余热为热源的 吸附式制冷机的性能和热力机理，研制了一台以氯化钙为吸附剂，氨为工质的8 千瓦冷量吸附式 制冷机，详见文献 1 2 上海交通大学的谭智超博士对汽车尾气余热驱动的吸附式制冷系统的做 了基础研究，详见文献 1 3 上海交通大学在2 0 0 1 年采用活性炭一氨工质对对捧气驱动的吸附式 汽车空调进行了设计和分析，提出了一种吸附床结构，详见文献 1 4 】但是汽车的捧气量小，捧 放废气的防热系数小，因此余热回收装置需要较大的换热面积，同时余热回收装置还不能增加捧 气背压，以免影响发动机的性能，所以就增加了利用汽车发动机捧放废气余热实现空调的难度 利用发动机循环冷却水的余热实现汽车空调有着广阔的前途。汽车发动机的循环冷却水带走 的热量占燃料发热量的2 蹋3 5 左右“”即通过汽车发动机的汽缸体、汽缸套、汽缸盖等处的散 热为2 锚3 砰左右吸收式汽车空谓装置正是利用汽车的余熟来实现汽车空调制冷的，文献 1 6 】 中已经提到有旅游汽车采用了吸收式制冷装置，c h i a r a b o e c a l e t t i 和l e o n e m a r t d l u c e i “”也指出吸 收式制冷系统适合于小型混合动力汽车，陈焕新和谭显光“”在燃料电池汽车余热利用的可行性 探讨中也分析了吸收式制冷利用余热的热能制冷技术，m m o s t a f a v i 和b a g n e w “”对汽车发动 机捧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通用汽车公司的 m u n t h s a l i i n 2 0 1 ，对采用吸收式制冷系统代替压缩式制冷系统傲了研究，并得出采用发动机缸套 余热比采用尾气余热驱动吸收式制冷系统更加具有优势。r a t a n ，对采用溴化锂吸收式制冷系 统来回收和利用了这部分余热做了研究，没有对系统做进一步的简化a n t o h i i 1 和肖尤明也采 用了溴化锂吸收式制冷系统来驱动汽车空调系统，但它们都有一个独立的发生器，结构显得相对 复杂上海交通大学制冷与低温研究所在2 0 0 4 年对溴化锂吸收式制冷的研究有了一个重大突破， 应用单效溴化锂吸收式冷热水机组系统中发生器的工作原理和结构特点以及汽车发动机冷水套 的工作原理和结构特点。指出对汽车发动机的汽缸体和汽缸盖稍做改造，用改造后的汽车发动机 汽缸体、汽缸盖及汽缸套作为吸收式制冷系统中的发生器，将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机 冷却空腔内，从而就可以高效利用从汽车发动机汽缸体、汽缸套、汽缸盖等处的散热加热吸收器 中的溴化锂溶液。驱动溴化锂吸收式制冷系统。基于以上研究状况，本课题在前人的基础上对利 用汽车余热驱动溴化锂吸收式制冷式系统进行进一步研究，优化系统结构，提高能源回收效率， 达到最优的节能环保的效果 1 3 本课题的研究内容与实现目标 本课题研究内容：研究、设计基于汽车余热发动机循环冷却水所带走的热量的溴化锂吸收式 制冷系统。本系统是一种可以取代当前的蒸汽压缩机式制冷空调的新型研究。 4 中圉农业大学硕士学位论文 第一翥绪论 实现目标：系统将实现汽车空调制冷的基本功能，在保证发动机冷却的前提下，实现汽车空调 的制冷功瓴运用改造后的汽车发动机汽缸体、汽缸盖及汽缸套部分组成吸收式制冷系统中新的 发生器，将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机冷却空腔内，从而就可以高效利用从汽车发动机汽 缸体、汽缸套、汽缸盖等处的散热加热吸收器中的溴化锂溶液。驱动溴化锂吸收式制冷系统从 而减少发动机的轴功损失，降低燃油消耗，提高发动机的动力性能，进而起到节能环保效果 因此，在当前能源日益紧张的形势下，研究开发新的汽车空调形式，利用现有的汽车空调系 统和发动机的结构性能特点，实现高性价比的技术解决方案，减少能源消耗。节约能源。提高经济效 益。环保是一项比较有意义的研究课题。 1 4 本章小结 本章概述了研究汽车余热溴化锂吸收式制冷的意义，讲述了国内外的研究状况。介绍了本课题 的研究内容和实现目标 5 中国农业大学硕士学位论文第二章汽车卒调系统概述 第二章汽车空调系统概述 2 1 汽车空调系统原理和结构 汽车空调的基本作用在于调节车室内空气温度、湿度、流速、流向和空气清洁度，为司乘人 员创造一个比较舒适的车内环境汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车室内的温度。一般以发 动机冷却循环水作为暖风的热源，维持在1 8 c 左右；在夏季，车内降温主要由制冷装置完成，车 内温度一般要求保持在2 5 c 左右汽车采用的冷暖一体化空调器，对车内的湿度进行适量调节 它通过制冷装置冷却降温去除空气中的水分，再由采暖装置升温以降低空气的相对湿度，获得人 体舒适的相对湿度5 0 7 0 空气的流速和方向对人体舒适性影响很大，夏季，舒适的气流速度 一般为o 2 5 _ s 左右，气流速度稍大，有利于人体散热降温，过大也会使人感到不舒服。冬季， 冬季采暖希望气流速度尽量小一些，一般为o 1 5 o 2 0 m s ，风速大了会影响人体保温根据 人体生理特点，头部对冷比较敏感，脚部对热比较敏感，在布置空调出风口时，应让冷风吹到乘 员头部，暖风吹到乘员脚部，汽车空调应具有补充车外新鲜空气、过滤和净化车内空气的功能。 在这里分空调系统与控制系统加以简单介绍，下图是冷暖一体式汽车空调系统原理图，包 括送风系统，制冷系统加热系统( 一般利用发动机冷却水) 圈2 - i 车空调系统 汽车空调系统主要通过如下几个部件对车室内温度湿度风速等进行调节： ( i ) 新风风门 改变新风门位置可以改变汽车空调系统进风来源。当新风门全开时，空调循环，空气全部采 用车室外空气；新风门全关时，空调循环空气全部采用车室内空气；新风门处于中间状态时，空 6 中国农业大学硕士学位论文 第二章汽车窄调系统概述 调循环空气为内外混合空气改变新风门不仅改变了空气的清新度，而且改变了室内空气温度湿 度和洁净度。 ( 2 ) 风机 其作用是推动空气在空调系统风道里流动，在全功能型汽车空调中，它同时也起到了制冷蒸 发器风扇和加热器风扇的作用，所以风机的快慢直接影响到了制冷蒸发器和加热器的对流散热快 慢，也就直接影响到了车内空气的调节速度。由于汽车空调系统风道只有这一个风机，所以无论 是哪个出风口风速的大小都是由该鼓风机控制，改变风机转速可以改变空调系统的制冷量。 ( 3 ) 混合风门 现代汽车空调器大多是冷暖一体的，采用再加热空气方式来进行空气调节从蒸发器出来的 冷风，有一部分经过某一开度的混合风门，送往加热器再加热，再与未经加热器的冷风混合后送 入车厢，达到调节汽车室内空气温度和湿度的目的因此，改变混合风门的开度，也就改变了车 室内空气的温度和湿度 ( 4 ) 加热系统 加热系统主要分为余热式和独立式独立式采暖系统一般在大型客车上使用，小型汽车上为 提高燃油经济性，一般使用余热式加热系统，主要利用汽车尾气余热或者发动机冷却循环水的余 热作为热源，并引入热交换器，由风机将循环空气吹过热交换器而使之升温控制热水阍的开和 关就可以调节混合空气的温度 ( 5 ) 出风口 夏季应从上风口送风，吹向人的脸部；冬季则应从下风口送风，满足人体头凉脚热的感觉习 惯。至于车窗玻璃除霜，则应从旁通风门送出经过干燥的热风” ( 6 ) 压缩机 控制压缩机的起停或者采用变容量压缩机，可以改变汽车空调系统的制冷量，从而改变车室 内温度 单管路膨胀阀式制冷系统是普遍采用的空调式制冷系统主要由电磁离合器式压缩机、冷凝 器、液干燥器、膨胀阀、蒸发器、发动机冷却风扇、风机电动机等组成各部件问的连接方式， 有的部分采取金属管( 铜管或铝管) ，有的部分采用高压橡胶管。共同组装成为十分密封的制冷循 环系统，如图2 - 2 所示 工作过程如下所述： l ，压缩过程：主要由压缩机独立完成，它是整个汽车空调制冷系统中的核心部件。当压缩 机维持制冷剂在制冷系统中循环时。首先从蒸发器出口处吸进低温低压制冷剂经低压管路进入低 压侧阀，为蒸发器携带车内潜热的制冷剂流出创造了条件，然后压缩成为高温高压气体从高压侧 阀捧出，经高压管路进入冷凝器。为制冷剂在冷凝器中放热提供了必要条件这样压缩机成了低 压和高压，低温和高温的转换装置不妨用手触摸高压管路感觉是热的或有烫手，而触摸低压管 路感觉是冷的或有粘手，没有上述明显感觉，证明制冷系统存在故障为此，压缩过程是汽车空 调的重要环节。 2 、冷凝过程：冷凝是一种放热现象，主要由盘管和散热片组成的热交换装置冷凝器来承担。 它将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽除了利用本身盘管和散热片向空间降温外，还利用发动机 冷却风扇吹出的凉风加速冷却，使其凝结成为液态制冷剂。为此，制冷剂被冷凝的过程，总是从 7 中国农业大学硕 学位论文 第二章汽车窄调系统概述 汽态制冷剂转变为液态制冷剂的过程，不断散发制冷剂的热量而降温 暇入- 千曩蔫 田2 _ 2 单管路膨胀河式制冷系统工作原理 毛 薯 3 ，贮液干燥过程：在冷凝过程中，虽然已将气体制冷剂转化为液体制冷剂，但是在液体铜 冷剂中必然还有一定比例的气体制冷剂混入到液体制冷剂中，直接溜进蒸发器，势必影响制冷剂 的形态变化，失去由液态变气态过程，又降低吸热而影响制冷效果为此，在制冷系统中设置贮 液干燥器并非多此一举，而是势在必行，以利于防止气态制冷剂混进蒸发器；同时贮液罐中的过 滤网和干燥剂可滤除制冷剂中的杂物与吸收制冷剂中的水分，以利于防止制冷系统管路产生脏堵 和冰堵贮液干燥器安装在通风良好的冷凝器旁，既便于维修。又可以侧向玻璃视窗中观察液体 制冷剂的流量及电流动情况 4 、膨胀过程：顾名思义，膨胀就是高温高压制冷剂液体经贮液罐进入膨胀阀后使体积交大， 瞬间变为低温低压雾状制冷剂进到蒸发器，成为汽车空调制冷剂系统冷熟交换的分水岭一般采 用平衡式热力膨胀阀，利用装在蒸发器进出口处的感温包来感知制冷剂蒸气的温度，用以自动调 节膨胀阀膜片的开度大小和控制毛细管的制冷剂流量。为了保证感温包能准确地感应蒸发器进出 口的温度而不是大气温度，必须使用一种特殊的专业空调胶带包扎和密封感温包，以利于感温包 与外界空气温度隔绝。 5 、蒸发过程：蒸发是一种吸热现象，由外形类似于冷凝器的热交换器装置蒸发器来完成。 8 中国农业大学硕十学位论文 第二章汽车卒调系统概述 在压缩机的高速动力作用下，从膨胀阀送来的液态制冷剂在蒸发器盘管内开始沸腾汽化。不断吸 收车内的热量通过空气传送给蒸发器较冷的表面，从而空气中的热气凝结在蒸发器外表变成液态 水被捧到车外加速了冷气的形成，并由电机带动离心器旋转将冷却的空气送到车内，达到制冷 的目的 2 2 汽车空调系统舒适性 汽车空调系统所要求的舒适度主要有两种，一为热感上上的舒适( t h e r m a lc o m f o r t ) ，另 一为室内空气品质( i n d o o r sa i rq u a l i t y ) 其中又以热舒适最为宜接影响人体对空调舒适度 的感受，人们对冷暖的感觉不仅决定于周边环境温度的高低，同时也受到空气相对湿度和速度的 影响温度相同而相对湿度和风速不同的环境也会产生不同的温感 2 2 1 舒适度的影响因素 人体热平衡可简单用式子2 1 表示嗍 q ：w q = 幺+ q + q ，+ q ( 2 - i ) 式中( k 人体新陈代谢过程产生的热量，决定于人的活动量大小； _ 用于做功而消耗的热量； ! 一必须由体内捧出或蓄存的多余热量，它因人体的活动强度不同而异； 人体对流散热量，当空气温度低于人体表面平均温度时，流散热量为正值，反之， 则为负值； q 汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量； q ，人体与周围表面问的辐射换热量。可能为正值也可能为负； ， q 蓄存于人体内的热量； 在正常的热平衡情况下，q 应为零，这时，人体因保持了热量平衡而感到舒适若周围环境温 度升高，则人体的对流和辐射散热量将减少，为了保持热平衡，人体会运用自身的自动调节机能来 加强汗液分泌。这样出汗量和消耗在汗水蒸发上的热量增加。在一定程度上会补偿人体对流和辐 射散热的减少，这时即使有可能维持人体热平衡，实际上人体也不一定感到舒适当环境温度高 于人体表面温度时，对流换热和辐射换热都是由外界环境传向人体。这时人体余热量难以全部散 出时，余热量就会在体内蓄存起来，于是q 为正值，导致体温上升，人体因热平衡遇到破坏会 9 中国农业大学硕七学位论文 第二章汽车卒调系统概述 感到很不舒服。 汗的蒸发强度不仅与周围空气温度有关，而且和空气相对湿度，空气流动速度有关相对湿 度愈高，空气中水蒸气分压力愈大，人体汗水蒸发量愈少所以增加室内空气湿度，在高温时会 增加空气对人的热作用；在低温时，由于空气潮湿增强了导热，会加剧空气对人的冷作用 周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一；气流速度大时， 由于提高了对流换热系数及湿交换系数，因而使对流散热和水分蒸发散热随之增强，亦即加剧了 空气对人体的冷作用 周围物体表面温度决定了人体辐射散热的强度。在同样的室内空气参数条件下，围护结构内 表面温度高，人体增加热感；表面温度低，则会增加冷感 大量试验证明，人体不同部位对温度的敏感度不一样，人的腿部，足部对冷敏感，而头脸部 对热敏感冬季采暖时首先要提高腿部及足部的温度，夏季制冷时则首先要降低脸部温度从图 2 - 3 中可以看出，有无太阳照射对舒适温度的要求也不一样。 善姆 萋 薯 嬲 啪一埔t”秘 圈2 - 3 日黑对舒适度的影响 综上所述人体舒适感主要与下列因素有关： ( t ) 室内空气温度； ( 2 ) 室内空气相对湿度： ( 3 ) 人体附近的空气流速； ( 4 ) 周围结构内表面及其它物体表面温度； ( 5 ) 有无日照 2 2 2 舒适度的评价指标 人体的舒适感除与上述客观因素有关外，还和生活习惯，人体活动，衣着情况以及年龄性别 有关。不可能用一个单一的物理鼍来表示空气以及衡量该条件对人体是否舒适，而应采用有关影 响舒适的所有效应的一个综合指标来表示和衡量空气条件才比较合理。 1 0 中国农业大学硕+ 学位论文 第二章汽车卒调系统概述 曼曼鼍曼曼曼皇曼鼍皇舅曼曼曼蔓暑皇曼罾皇曼量量皇鼍置皇奠曼| 曼量量置e 量量e 曼目墨曼曼量置! 詈詈詈曼墨i ( 1 ) 有效温度( 等效温度) 有效温度是结合干球温度，湿球温度和空气流速的效应来反映冷和热的感觉的下图是美国 供暖制冷空调工程师学会( s 眦a e ) 在1 9 7 2 年给出的有效温度图。 图中斜画的一组虚线即为等有效温度线，它的数值是在i ，= 5 0 的相对湿度线上所标注的对应 的温度值，如通道t - - 2 5 。c ，v = 5 0 两线交点的虚线即为2 5 。c 等有效温度，线该线上各点所表示 的空气状态的实际干球温度，相对湿度均不相等，但各点空气状态给人体的冷热感都相同，都相当 于卢2 5 0 c ，i ，= 5 0 嗍】 ? ， ” 葛v 嘻、f 聂 饼 冬妻 曹， i ，正 t矿必鸫添。八。 il 矗签遮 ，铝、z7 。张 ir 广躐i 髭纠礁艄。还。 彩拶磁弘 毋k 獭致 式 冬步 匕红 毫f 、 r 乙f 1 ! 燃 、 一 l 卜_ 一 i r j t i i 、。 t ti 一年鼯t 啊2 - 4 人体舒适有效温度田 ( 2 ) p n v 和p p d 国际上用来表示空调舒适度的指标还有很多种，其i s o7 3 0 与a s h p , j es t a n d a r d5 5 1 9 9 2 所 建议采用的舒适度指标为p m v ( p r e d i c t e dn e a nv o t e ) 和p p d ( p r e d i c t e d p e r c e n to f d i s s a t i s f i e d ) 。该指标着重考虑了人体的活动情况、着衣情况、空气温度、湿度、流速以及平 均辐射强度六种主要因素。 r讲十ojl一霄v掣船0 中国农业大学硕t ：学位论文第二章汽车窄调系统概述 l i i 鼍量曼曼曼宣奠皇置暑曼曼曼曼量量量曼皇曼量皇目量置罾曼暑舅量曼量| 罾蔓曼曼皇曼鲁皇曼詈曼曼曼皇曼曼量皇i p 州指标用来衡量人体在一个环境中的舒适度来源于众多的受测者在特定的测量环境里， 对环境条件所做出的主观评估，共分为7 个阶段，范围由一3 ( 寒冷) 至+ 3 ( 炎热) ，中立点代表 热感适中的状况，各值所代表的热感觉如表2 _ l 所示： 囊2 - i 哪指标值所代表的热蒜觉 焦! ! ! ! !璺堂 + 3h o t炎热 + 2w a r m 热 + l s l i g i l t n暖 0 n e u t r a l舒适 一1s l i g h tc o o l 凉 - 2c o o l冷 一3c o l d 寒冷 虽然有时p m v 指标为零，尽管他们的衣着量与活动量几乎相等，也会有少数的人觉得不舒服。 为了考虑不同个体主观上的差异，p p d 指标也常被用来估计人体对环境的不满意程度 p p d 与p m v 指标之问的定量关系如图2 - 5 所示，从图中可看出，此曲线形状类似于一条倒过 来的标准正态分布曲线，在p m v = o 处，p p d 为5 ，也就是说，即使室内环境为最佳热舒适状态条 件下，由于人与人之间的生理心理差异，还可能有硼的人感到不满意”“ 穗冀 - 1 1r 卿耐： 2 l i 白d i 2 字 v ! 卜 鼻：；：；：j ；鬻一 i j x 。i j ；粼； ；一j ；慕； ； ；i n 柚柑舢。up 哪 一一一一，一一一一一j 田2 刖与p 仲指标之闯的关系 综上所述，汽车空调的车内参数直接影响车内的舒适性。根据温度、湿度、风速与人体舒适 感的关系，美国、日本等国家通过实验制定出相关的舒适环境指标美国有关工程师协会制定了 舒适图，认为夏季温度为2 5 。c ，相对湿度为5 0 时，感到舒适的人最多。日本认为，夏季温度为 1 9 2 3 。c ，相对湿度为6 0 7 0 时，感到舒适的人晟多。汽车空调工程师也参考上述范围，并 考虑到车窗与车壁辐射热的影响，制定了汽车舒适性环境指标，其中认为，夏季空调温度可定为 2 1 2 5 。c ，冬季空调可定为1 5 1 8 。c ：同时认为。车内温度与外界环境温度不能差距太大，否 j 2 则会引起乘员不适一般认为，车内车外的温差，轿车在l o o c 范围内大型客车在8 1 2 。c 范 围内 2 3 本章小结 本章简单介绍了汽车空调系统的结构和工作原理，对汽车空调系统影响人体热舒适性的主要 因素和评价方法进行了分析，并提出了汽车空调系统满足热舒适性的主要参数 中国农业大学硕士学位论文 第三章演化锂吸收式制冷系统 第三章溴化锂吸收式制冷系统 3 1 溴化锂吸收式制冷原理 3 1 1 吸收式制冷与压缩式制冷的区别 为了更好的说明溴化锂吸收式制冷系统的工作原理，可以先将澳化锂吸收式制冷机与压缩式 制冷机进行一下对比。压缩式制冷机的整个工作循环包括以下四个过程：制冷剂在蒸发器中从低 温热源吸热的蒸发过程；在压缩机中被压缩，压力、温度升高的压缩过程；在冷凝器中向高温热 源放热的冷凝过程；通过节流阀使压力、温度降低的节流过程工作原理见图3 1 圈3 - 1 压缩式制冷原理田 制冷效应是在蒸发过程中产生的，丽压缩机的作用是，一方面不断地将完成了吸热过程而气 化的制冷剂蒸气从蒸发器中抽吸出来，使蒸发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能继续不断地 进行下去；另一方面，通过压缩作用提高制冷剂蒸汽的压力和温度，产生将制冷剂蒸气的热量向 外界( 冷却水或空气) 转移的条件 吸收式制冷机也有蒸发器和冷凝器，从产生制冷效应的方法来说，它和压缩式制冷机一样， 也是使制冷剂( 水) 在蒸发器中吸热蒸发高压、高温的制冷剂蒸汽的放热凝结也是在冷凝器中完 成的。但是，把蒸发器中生成的冷剂蒸汽抽吸出来并提高其压力和温度的过程则和压缩式制冷机 不同。吸收式制冷机没有压缩机，而是用吸收器和发生器代替压缩机吸收器起着相当于压缩机 吸气行程的作用，将蒸发器中生成的冷剂蒸汽不断抽吸出来，以维持蒸发器内的低压发生器则 起着相当于压缩机压缩行程的作用，产生高压、高温冷剂蒸汽。 吸收器和发生器又是如何起到相当于压缩机的作用的呢? 答案就是依靠溴化锂水溶液的性 质。我们知道，溴化锂水溶液的水蒸气压力远低于相同温度下的水的饱和蒸汽压，并且随着溶液 质餐分数的增大或温度的下降而相廊降低。这样，对于吸收器中具有一定质量分数的浓溶液，其 1 4 节流阎 中国农业大学硕十学位论文 第三章溴化锂吸收式制冷系统 常温下的水蒸气压就比蒸发器中低温水的蒸汽压力还低。处于过冷状态蒸发器中蒸发出来的冷 剂蒸汽便会被吸收器中的浓溶液所吸收。由于吸收过程会放出大量的溶解热，并且溶液的质量分 数也随着吸收过程的进行不断下降，因此