汽车发动机余热驱动的制冷空调的开发分析

汽车发动机余热驱动的制冷空调的开发分析

崔广伟

崔广伟

广州广冷华旭制冷空调实业有限公司510000

摘要：由于制冷空调是汽车中的主要耗油部件，所以汽车发动机的余热驱动制冷空调，是一种非常环保节能的技术，在很大程度上节约了汽车的油耗，同时又可以增加汽车的动力，减少有害气体的排放量，本文就主要对汽车发动机余热驱动的制冷空调的开发进行了分析。

关键词：汽车发动机；余热驱动；制冷空调

汽车中的空调可以为人们提供取暖，制冷等多种功能，使人们开车或乘车的时候感受到舒适，目前应用最广泛的车载空调，主要是利用发动机来带动压缩机做功的制冷空调，这种制冷空调耗油量大，工作时会减少车轮转动动力，同时又会对环境造成很大的污染。汽车中空调的使用环境比在地面房间中的空调使用环境更为复杂，所以汽车制冷空调会消耗更多的功率，与地面空调相比，汽车制冷空调需要消耗地面空调两倍的发动机功率才能达到相同的制冷量，再加上汽车在行进过程中会产生气流的对流换热，同时汽车内的隔热效果又较差，所以一辆小汽车所需要的制冷功率相当于几十平方米的房间所消耗的，所以汽车发动机的余热驱动制冷空调，是一种非常环保节能的技术，在很大程度上节约了汽车的油耗，同时又可以增加汽车的动力，减少有害气体的排放量，减轻对环境的污染。

一、余热制冷空调的工作过程及原理

汽车余热制冷空调的工作过程主要包括，加热循环回路、制冷循环回路，冷却水回路以及冷煤水回路。

1、加热循环回路

在加热循环回路中，首先发动机冷却液经过冷却液换热装置，加热发动机所产生的尾气，再进入到燃油液体热器当中，最后进入到发生器当中，对低温的溴化锂稀溶液进行加热。

2、制冷循环回路

在制冷循环回路中，首先发动机冷却液对发生器里的溴化锂稀容液进行加热，蒸发掉溴化锂稀溶液中的水分，使蒸发的水分变成冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入到冷凝器当中变成冷剂水，在进入到蒸发器当中，同时在发生器中的溴化锂稀溶液变成溴化锂浓溶液进入到溶液热交换器当中，与吸收器当中的溴化锂稀溶液进行换热，经过换热过程的溴化锂浓溶液再进入到吸收器当中，冷剂水会吸收汽车所产生的热量形成低压低温的蒸汽，起到为汽车内部降温的效果。

3、冷却水回路

在冷却水回路当中，首先冷却水进入吸收器与溴化锂浓溶液进行热交换再进入冷凝器，吸收冷剂水的热量，这时高温的冷剂水进入到散热器当中与大气换温，换热降温后的低温的冷却水在此回到吸收器当中。

4、冷媒水回路

在冷媒水回路当中，首先，高温的冷凝水进入到蒸发器，为冷剂水提供一定的热量，使冷剂水变成冷剂蒸气，这时低温的冷媒水再进入到冷凝水热换器当中，吸收汽车内部的热量，降低汽车内部的温度，之后冷酶水吸收高温变成高温冷酶水，再次进入到蒸发器当中。

5、溴化锂溶液的性质

溴化锂是一种易溶于水的物质，通常溴化锂的溶解度通常会随着温度的升高而增加，当溴化锂水溶液的温度降低到某一定的数值是会吸出结晶，通过溴化锂水溶液的溶解度曲线可以得出当溴化锂的浓度超过百分之六十五时，温度是影响溴化锂溶解度的主要因素，同时溴化锂的比热容又较小，比热容的大小会影响着吸收，是这种热力的系数，所以应用溴化锂水溶液的吸收式空调，其热力系数会比较高，溴化锂水溶液的制冷原理，是由于溴化锂的沸点与水的相差较大，同时又极容易溶解到水溶液当中，当溴化锂溶液与上方水蒸气存在一定的压力差时，就会吸收上方的水蒸气，将水蒸气变为水，之后溴化锂水溶液又会吸热而蒸发，循环这个换热过程，达到制冷的效果。

二、汽车发动机余热驱动的制冷空调的分析

1、计算余热制冷空调热力

首先需要对余热制冷空调的热力进行计算，可以提出几种方案，通过参数对整个制冷循环过程进行计算，确定每个介质的流量，每个换热装置的换热负荷，以及所需要的换热面积等，首先可以设计一个单效的溴化锂吸收式制冷空调，设计几种不同的搭配，例如冷却水先进入到吸收器当中，吸收器与发生器之间有溶液热交换器或没有溶液热交换器；冷却水先进入冷凝器当中，吸收器与发生器之间有溶液热交换器或没有溶液热交换器，通过计算每一个方案的热系数，来选择最佳的方案，再给出原始参数，通过计算等方法得出每个设备、装置的换热负荷，也可以根据经验得出换热设备的换热系数，并计算换热设备的换热面积。

2、余热制冷空调的结构

利用汽车尾气的余热来开发制冷空调首先需要设计溴化锂制冷装置，液体燃油加热器以及热管换热器三个模块。

2.1液体燃油加热器

液体燃油加热器起到的是一个补充热源的作用，当汽车在较为复杂的环境下行驶或者汽车低功率下，液体燃油加热器作为加热源对直接加热工作热水，使其达到正常的工作温度，当汽车在正常工作状态当中，汽车尾气的余热足以使制冷空调正常工作使，也会途径液体煤油加热器，只有在发动机功率较低，或者汽车尾气的热量不够时，燃油液体加热器才会对制冷空调产生一个动力补充，对流进加热器的工作液进行加热使其达到工作温度，这样无论汽车尾气的温度多高，都不会影响制冷空调的工作，随时随地的满足乘客的需求。

2.2热管换热器

在正常的行驶状态下，汽车尾气的温度可以达到400度甚至更高，这时尾气所产生的温度就足可以使溴化锂吸收式制冷空调直接利用这部分的余热进行工作，所以我们首先需要解决如何吸收汽车尾气余热的问题。可以是采用热管换热器来进行换热，热管换热器具有体积小，结构简单，换热效果好，维护成本低的优点，所以采用热管换热器来与汽车尾气进行换热，吸收尾气中的余热，使这部分热量驱动制冷空调正常工作。

3、整体设计

溴化锂吸收式制冷空调主要会应用到冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器、热管换热器、液体煤油加热器等设备，由于是车载制冷空调，所以设备的高度不宜过高，需要合理的利用车体的空间，对各个设备进行独立的设计，增加各个设备的组合性，并且在设计时需要考虑到隔热材料的花费、冷却水杯污染的概率、汽车在颠簸、泥泞路面上行驶的问题等

结束语

地面空调相比，汽车制冷空调工作的环境更为复杂，需要消耗地面空调两倍的发动机功率才能达到相同的制冷量，再加上汽车在行进过程中会产生气流的对流换热，同时汽车内的隔热效果又较差，导致汽车制冷空调会消耗更多的功率，再加上制冷空调又是汽车上主要的耗油部件，所以开发汽车发动机余热驱动制冷空调技术是非常具有实际意义的，不仅能够节约汽车的油耗，当制冷空调工作时，又可以增加汽车的动力，同时又减少了有害气体的排放量，非常的环保、节能。

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