基本信息
- 项目名称：
- 蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调，显著改善了燃料的热能利用率和汽车动力性，且制冷剂—水无温室效应，具有重大的节能减排和环保意义。利用分离型热管回收发动机尾气余热，驱动溴化锂空调，设计了高温相变蓄能装置，贮存富余的余热，提出了金属填料型溶液吸收器与发生器，利用固体金属填料约束溶液的液面波动。该技术在卡车、工程机械、混合动力车辆等车辆上都可得到应用，具有良好的经济效益和巨大的市场前景。
- 详细介绍：
- 随着我国汽车工业的发展，车辆消耗的能源与日俱增，车辆的节能也越来越受关注。然而，以现有的内燃发动机指标评估，燃油中60%左右的能量没有得到有效利用，绝大部分以余热的形式排放到大气中，造成了巨大的经济损失和严重的环境污染,若能将其二次利用具有重大节能环保意义。由于汽车的结构紧凑、发动机排气量相对较小，车用发动机余热的利用相对于大型工业设备余热回收来说难度更大。利用发动机余热制冷不仅可以降低排入大气中的尾气温度，避免现有汽车制冷剂泄露引起的温室效应，对环境起到更有效的保护作用，而且可以大大节约汽车的能耗，降低碳排放，避免了汽车行驶时开空调出现动力不足等问题。 蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调是对卡车发动机排气系统加以简单改造，安装两级分离型热管回收余热，将热量传入两级双效溴化锂吸收式制冷系统和高温相变蓄热装置，一体化装配所有模块，整个空调装置可安装在卡车底盘下面，通过风道将空调风送入驾驶室。 作品的基本设计思路为：由高效传热的分离型热管换热器回收发动机尾气余热，将其传给溴化锂吸收式空调系统的溶液发生器，实现制冷系统的驱动；设置高温相变装置，贮存富余的余热，在发动机尾气热量不足(怠速工况)或波动时(负荷变化工况)补充到溶液发生器里，确保空调系统的启动和平稳运行；溶液发生器和吸收器里填充金属填料，约束溶液的液面波动(汽车颠簸时)，稳定并强化溶液喷淋时的传质过程。同时，基于热工基础理论，针对重型卡车用空调系统建立数学模型，对空调系统各模块进行热工计算和仿真分析，确定其具体结构尺寸和运行参数。汽车发动机燃料发热量的35%~45%由汽车尾气损失掉，排放的尾气温度可达到600℃~700℃，所开发的蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调仅需对汽车发动机排气系统加以简单改造，即可回收其尾气余热用于溴化锂吸收式空调系统，提高了汽车燃料的热能利用率，改善了发动机的动力性，且制冷剂工质-水即使泄露也不会对环境造成危害，具有重大的节能减排和环保意义。该技术的开发推动了国内发动机尾气余热驱动溴化锂吸收式空调系统的产品化进程，项目作品使用场合非常广泛，在卡车、工程机械、混合动力车辆等车辆上都可得到应用，具有巨大的市场前景。仅以卡车为例，我国2009年量产一百七十万辆，如果有10%的空调安装率，空调的单价以5,000元计，即可达到85亿元的销售额，其市场前景非常诱人，具有极大的经济和社会效益。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 汽车发动机燃料发热量的35%～45%由汽车尾气损失掉，排放的尾气温度可达到600℃，作品开发的发动机尾气余热驱动的溴化锂吸收式空调系统回收汽车尾气的热量，大幅提高燃料利用率及发动机性能，实现节能减排、保护环境目的。由高效传热的分离型热管换热器回收发动机尾气余热，将其传给溴化锂吸收式空调系统的溶液发生器，驱动蒸汽吸收制冷循环；设置相变蓄能装置，贮存富余的余热，在发动机尾气热量不足(怠速工况)或波动时(负荷变化工况)补充到溶液发生器里，确保空调系统的启动和平稳运行；溶液发生器和吸收器里填充金属填料，约束溶液的液面波动(汽车颠簸时)，稳定并强化溶液喷淋时的传质过程。 创新点： 1.利用分离型热管回收发动机尾气余热，驱动溴化锂空调系统，不影响汽车的动力性，提高了发动机燃料的能源利用率； 2.设计了高温相变蓄能装置，将其耦合到溴化锂空调系统的高压发生器中，改善了空调系统的启动性能和运行的平稳行； 3. 提出了金属填料型溶液吸收器与发生器，利用固体金属填料约束溶液的液面波动，避免了汽车行驶在颠簸路面上由于液面倾斜无法正常工作的问题。 技术关键： 溴化锂溶液发生器吸热产生蒸汽的压力、流量稳定、吸收器的蒸汽吸收能力和换热器的传热能力、蓄能装置最大蓄热量及放热速率。 技术指标： 系统热源温度为260℃～500℃，系统的COP=0.73，制冷量=5000W，相变装置蓄热量=1315kJ，浓溶液浓度=57.5%，稀溶液浓度=54.9%，外界环境温度=35℃，蒸发温度=10℃。
科学性、先进性
- 发动机余热制冷方法一般有吸附式制冷和吸收式制冷两种。吸附式制冷系统运动部件少，可靠性较高，但与吸收式制冷系统相比，其系统COP较低。吸收式制冷可以利用废热做发生器的加热源，其单级系统的效率可以达到0.5左右，较吸附式制冷的效率高，且制冷剂比较环保。利用发动机余热制冷不仅可以降低排入大气中的尾气温度，避免现有汽车制冷剂泄露引起的温室效应以及对臭氧层的破坏，对环境起到更有效地保护作用，而且可以大大节约汽车的能耗，避免了汽车行驶时开空调出现动力不足等问题。 作品利用分离型热管回收发动机尾气余热驱动溴化锂空调系统，并设计了高温相变蓄能装置，不对汽车发动机的原有结构进行任何改变，降低了热量回收系统的复杂性，显著提高了发动机燃料的能源利用率，改善了发动机的动力性和空调系统的启动性能和运行的平稳性，同时在溴化锂吸收式制冷系统的溶液吸收器与发生器内设置金属填料，稳定并强化溶液喷淋时的传质过程，避免了汽车行驶在颠簸路面上由于液面倾斜无法正常工作的问题。
获奖情况及鉴定结果
- 蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调参加了河南科技大学2011年4月在河南科技大学西苑校区举办第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛并荣获“二等奖”。作品还参加了2011年6月在郑州大学新校区举办的河南省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛终审展评，等待最终结果。
作品所处阶段
- 已建立计算模型，设计具体参数，进行仿真计算。正在进行实际试验台实验。
技术转让方式
- 专利转让，成果转让。
作品可展示的形式
- 图纸，图片，论文，模型。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 蓄能型发动机尾气余热驱动热管溴化锂空调是对卡车发动机排气系统加以简单改造，安装两级分离型热管回收余热，将热量传入两级双效溴化锂吸收式制冷系统和高温相变蓄热装置，一体化装配所有模块，整个空调装置可安装在卡车底盘下面，通过风道将空调风送入驾驶室。 高温相变蓄热装置贮存多余的余热，在发动机尾气热量不足(怠速工况)或波动时(负荷变化工况)补充到溶液发生器里，确保空调系统的启动和平稳运行；溶液发生器和吸收器里填充金属填料，约束溶液的液面波动(汽车颠簸时)，稳定并强化溶液喷淋时的传质过程。实现余热的有效利用，提高了汽车燃料的热能利用率，改善了发动机的动力性，且制冷剂工质-水即使泄露也不会对环境造成危害，节能、减排和环保效果非常明显。 该技术的开发推动了国内发动机尾气余热驱动溴化锂吸收式空调系统的产品化进程，项目作品使用场合非常广泛，在工程机械、大巴、混合动力车辆等车辆上都可得到应用，具有巨大的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前，发动机余热利用的研究成果主要体现在余热发电、余热做功和余热驱动制冷空调系统方面。利用发动机余热发电是一个很好的节能途径,温差发电模块安装在发动机的排气管上，可将余热直接转换为电能，但是需要寻找高优值的热电材料，以提高发电功率和转换效率，并存在效率低、成本高、结构不够紧凑等问题，尚难商品化。当前发动机余热驱动制冷空调系统的研究成果最为丰富，利用发动机余热制冷不仅可以降低排入大气中的尾气温度，避免现有汽车制冷剂泄露引起的温室效应以及对臭氧层的破坏，对环境起到更有效地保护作用，而且可以大大节约汽车的能耗，避免了汽车行驶时开空调出现动力不足等问题。而发动机余热制冷方法一般有吸附式制冷和吸收式制冷两种。吸附式制冷系统运动部件少，可靠性较高，国内以上海交通大学为主对固体吸附制冷关键技术进行了大量的研究工作，并取得重大进展，先后开发了应用于内燃机车司机室空调、渔船制冰、汽车空调等余热驱动的吸附式制冷系统，但与吸收式制冷系统相比，其系统COP较低。 吸收式制冷是利用吸收器中的浓溶液吸收来自蒸发器的制冷剂气体，在发生器中通过高温加热稀溶液，使制冷剂蒸发至冷凝器的一种循环制冷方式。吸收式制冷可以利用废热做发生器的加热源，其单级系统的效率可以达到0.5左右，较吸附式制冷的效率高，且制冷剂比较环保。Mostafavi和Agnew对汽车发动机尾气余热驱动的吸收式制冷系统进行了理论研究与可行性分析; Atan推动了回收发动机尾气余热驱动的溴化锂吸收式制冷系统的研究; 通用汽车公司的Munther Salim研究了利用发动机缸套余热驱动的吸收式制冷系统，并对采用吸收式制冷系统代替压缩式制冷系统做了比较分析；国内上海交通大学制冷与低温研究所、肖尤明和周东一等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溶液发生器，将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机冷却空腔内，吸收发动机冷却热量驱动溴化锂吸收式制冷系统。虽然解决了发动机低速运转时热量不足的问题，但是带来了热量回收系统的复杂和可靠性问题，需要对原车的发动机冷却系统进行改造。
