上海世博宾馆空调系统设计文献综述

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文献综述上海世博宾馆空调系统设计一、前言部分（说明写作目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题或争论焦点）汽车发动机的余热回收与利用，燃料发热量的25%左右被冷却水带走,35%～45%被汽车尾气带走，回收和利用这部分余热来驱动用于汽车空调的制冷系统。根据车型的不同,汽车发动机的排气温度在300～500℃之间,排气压力在0.3～0.6MPa之间,具有较品位的热能,利用这种热能煮饭菜烧水,改善汽车司乘人员的生活是绰绰有余。燃油能量分配:20%转换为机械能作为动力,35%为尾气损失,35%为冷却液和机油损失,10%为摩擦损失。按车速90km/h、每百公里耗油10L和汽油发热量40000kJ/kg计算,1h由尾气排出的热量高达91kJ。为了回收汽车尾气中的热量,提高汽车能源利用率,提出了一种新型车载尾气余热回收装置,该装置主要由自由活塞式斯特林发动机和永磁直线发电机组成。自由活塞式发动机将汽车尾气中的热量转化为机械能后带动永磁直线发电机运行。二、主题部分（阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述）2.利用余热的溴化锂吸收式制冷系统2.1溴化锂吸收式制冷工作原理吸收器出来的稀溶液由溶液泵升压后,经溶液热交换器升温后进入发生器,在发生器中稀溶液被热源加热温度升高直至沸腾,产生冷剂蒸汽后变为浓溶液,而冷剂蒸汽进入冷凝器,在冷凝器内被冷却成冷剂水,经节流后进入蒸发器。由低压发生器出来的浓溶液经溶交换器放热温度降低后进入吸收器,与吸收器中的稀溶液相混合,吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽,使蒸发器中的低压得以维持,从而达到连续制冷的目的。 图3溴化锂吸收式制冷原理简图2.2利用余热溴化锂吸收式制冷系统中的发生器对于溴化锂制冷系统中发生器,其工作原理(见图4)为:溴化锂稀溶液从稀溶液管进入发生器,被来自热源输入管的热源加热,溴化锂稀溶液中部分水变成冷剂蒸汽,冷剂蒸汽从输出管流出高压发生器,溴化锂溶液变成浓溶液,浓溶液从溶液管流出发生器,热源输入管输入的热源加热的溴化锂溶液,从热源回流管流出发生器。图4发生器工作原理示意(1)引入排气加热的发生器。由于发动机排气温度高,其热量占燃料所放能量的40%左右, 故可采用发动机排气作为发生器的热源。在废气出口处安装一个加热器,即发生器,加热进入的稀溶液。其结构如图5所示。图5引入排气加热的发生器示意图(2)引入发动机冷却水加热的发生器。发动机正常运转时循环冷却水的出口温度在90以上,所带走的热量约占燃料发热量的25%以上,因此也可利用发动机的冷却水作为发生器的热源。将发动机的散热水箱稍加改造,利用发动机冷却水的余热,加热进入发生器的稀溶液。采用发动机冷却水加热的发生器结构如图6所示。图6引入发动机冷却水加热的发生器示意图2.3改进的利用余热的溴化锂吸收式制冷系统 发动机排气废气传热特性低,发动机的冷却水水温度低,如果单利用废气余热或冷却水的余热,很难保证溴化锂制冷系统所需的热量,尤其是发动机低速运转时。因此考虑将发动机的冷却系统稍做改造,同时利用发动机的冷却水和废气的余热。同时利用汽车冷却水和排气余热的双效溴化锂吸收式制冷系统原理如图7所示。根据所需冷负荷和热负荷的大小,同时调节截止阀A和B,即可达到冬天供热和夏天制冷以及既不供热又不制冷的要求。在该系统中,蒸发器既用于制冷又用于加热,省去了现有汽车空调采暖系统中的暖风用热交换器。考虑到汽车本身的结构特点,用吸收器和空冷器代替传统汽车发动机的散热器和其空调系统中的冷凝器是可行的,同时只将冷却水箱结构稍加改造即可用于该系统;而在汽车废气出口处安装一个加热器也是很简单的事,只是增加了一个溶液热交换器。综合考虑,汽车空调系统的结构比较简单、紧凑,同时也保证了发动机的冷却。1-吸收器;2-溶液泵;3-溶液热交换器;4-发生器;5-发生器;6-冷凝器;7-节流阀;8-蒸发器;9-接发动机冷却水管;10-接发动机排气管;A,B-截止阀图7􀀁利用余热的溴化锂吸收式制冷系统3.1　一种新的车用发动机余热利用热力循环本文提出的新型车用发动机余热利用热力循环构型及其T-2s图 A:高温ORC;B:低温Kalina循环;C:发动机的冷却水循环;D:发动机润滑油循环;(1):排气换热器;(2):膨胀机;(3):高低温换热器;(4)、(6)、(8)、(14):泵;(5):润滑油热交换器;(7):冷却水热交换器;(9):回热器;(10):节流阀;(11):分离器;(12):膨胀机;(13):低压冷凝器;1219:状态点图1　车用发动机余热回收装置系统图 　图2　车用发动机余热回收热力循环T-2s图考虑到要同时回收车用发动机的高温排气余热、润滑油余热和低温的冷却水余热,故车用发动机余热回收装置系统由用于回收排气余热和润滑油余热的高温ORC和用于回收冷却水余热的低温Kali2na循环两部分组成,在其中分别运行不同的工质,由单独的蒸发装置、做功装置、冷凝装置以及循环泵组成.车用发动机余热回收装置的高温ORC,由排气换热器、膨胀机、高低温换热器、泵和润滑油热交换器组成.高温ORC的工质首先在润滑油热交换器中与高温润滑油发生热量交换,预热后的循环工质进入安装在发动机排气管上的排气换热器,在其中与排气发生热量交换,这也是高温ORC工质的主热交换器,充分吸收了排气热量的工质形成高温高压蒸气后进入膨胀机对外做功,做功后的工质乏气进入高低温换热器中,在其中向低温Kalina循环放热,同时高温ORC工质冷凝成为饱和液后进入循环泵中,完成高温ORC.车用发动机余热回收装置的低温Kalina循环,由高低温换热器、冷却水热交换器、回热器、节流阀、分离器、膨胀机、低压冷凝器和泵组成.低温Kalina循环的工作溶液首先通过高低温换热器,在其中吸收高温ORC工质乏气的热量,得到预热.预热后的工作溶液分为氨含量不变的两部分:一部分进入冷却水热交换器,在其中吸收冷却水的热量,也是低温Kalina循工质的主热交换器;另一部分工质进入回热器与分离器中分离出来的一股富水溶液进行热交换.之后,这两股工质汇合进入分离器,在分离器中,工质被分为两股氨含量不同的工质流,一股富水溶液的工质流送至回热器与在高低温换热器中完成预热的一部分工质进行热交换,另一股富氨蒸气的工质流送至膨胀机对外做功,做功之后的乏气与从回热器流出的且经过节流的富水溶液混合,重新恢复到通过高低温换热器之前的工作溶液的浓度,之后送至低压冷凝器,在其中冷凝之后进入泵,完成低温Kalina循环.本文提出的车用发动机余热回收装置分别利用了发动机的排气热量、冷却水热量和润滑油热量,这与只利用排气热量的循环相比,余热回收效率更高.另外,装置还通过高低温换热器实现了两个循环之间的热交换,将一部分高温ORC的余热传递给低温Kalina循环实现预热,进一步提高了装置整体的余热回收效率. 由于发动机排气温度、润滑油温度和冷却水温度差异较大,故在高温ORC和低温Kalina循环中分别采用物性不同的工质.在高温ORC中采用有机工质,而在低温Kalina循环中则采用氨2水作为循环工质.本课题组已经完成了高温ORC部分的有机工质筛选工作,选定环戊烷和R113两种有机工质作为高温ORC的工作介质[15],并从热力学第一定律的角度入手,针对具有代表性的一级蒸馏Kalina循环过程中的主要热力性能参数进行了详细的理论分析[16].3.2汽车发动机提供的余热以夏利轿车为例,其发动机的最大功率是38kW,假设单效溴化锂吸收式冷热水机组的热力系数为0􀀁60,则夏利轿车发动机气缸能提供的有效余热Qy为Qy=(N÷ηe)ηwCOP式中N为汽车发动机的功率;ηe为发动机的实用效率;ηw为汽车发动机冷却水所带走的热量占燃料发热量比例;COP为溴化锂吸收式冷热水机组的热力系数。则有Qy=38÷0.4×30%×0.6=17.10kW而溴化锂吸收式冷热水机组中发生器的热负荷Qg=Q0/COP式中Q0为汽车的制冷量。若取夏利轿车的冷负荷为4kW[13],则Qg=4÷0.60=6.67kW显然,发动机提供的有效余热足以满足汽车空调的冷负荷。3.2.1换热器与压力锅构成的热利用装置 用来煮饭或烧水用的压力锅坐放在翅片管上，由保温圆筒固定和保温。发动机来的热量在换热器内通过二种方式传给压力锅：一是翅片管和锅底通过直接接触进行热传导；二是换热器的热辐射，将热量传给压力锅。密封底板防止换热器底部进风而使热量被热空气带走，压力锅的保温圈与换热器保温圆筒配合使用，以减少热量损失。结构见图2。高压锅图2热利用装置示意图上,大气压力低,水的沸点下降。用压力锅烧开水实际上烧出的是蒸汽。因此,在压力锅的适当部位加装冷凝筒,降低水温,以确保在低气压的环境下放出的是开水而不是蒸汽。3.2.2安装要求换热器安装于车头与车箱之间，以便于操作与安装维修方便。考虑到发动机带冲击负荷及运行与停车引起的热胀冷缩的情况，发动机的排气管与换热器之间采用波纹管连接以进行补偿。由于汽车在行驶中的颠簸，压力锅需用固定装置进行固定，避免压力锅的跳动，防止压力锅的碰撞而损坏压力锅与翅片，并确保锅底与翅片良好的接触，实现良好的传热。3.3利用余热溴化锂吸收式制冷系统中的发生器对于溴化锂制冷系统中的发生器,其工作原理可结合图4a)描述如下:溴化锂稀溶液从稀溶液管进入发生器,被来自热源输入管的热源加热,溴化锂稀溶液中部分水变成冷剂蒸汽,冷剂蒸汽从输出管流出高压发生器,溴化锂溶液便变成浓溶液,浓溶液从溶液管流以上,所带走的热量约占燃料发热量的25%以上, 因此也可以利用发动机的冷却水作为发生器的热源,所以将发动机的散热水箱稍加改造,利用发动机冷却水的余热,加热进入发生器的稀溶液。发动机排气既具极大的热量,又有较高的温度,是很有用的热源,但从传热学角度考虑,废气传热特性低。发动机的冷却水也有相当大的热量,且冷却水系统是一个闭式回路,热回收率高,也可直接作为吸收制冷的热源,但冷却水温度低。如果单只利用废气余热或冷却水的余热,则很难保证溴化锂制冷系统所需的热量,特别是发动机低速运转时。因此我们将发动机的冷却系统稍作改造,同时利用发动机的冷却水和废气的余热。同时利用汽车冷却水和排气余热的双效溴化锂吸收式制冷系统原理如图5所示。此方案既可用于汽车空调供热,又可用于汽车空调制冷。根据所需冷负荷和热负荷的大小,同时调节截止阀A和B,即可达到冬天供热和夏天制冷以及既不供热又不制冷的要求。在系统中,蒸发器既用于制冷又用于加热,省去了现有汽车空调采暖系统中的暖风用热交换器。考虑到汽车本身的结构特点,用吸收器和空冷器代替汽车发动机的散热器和其空调系统中的冷凝器是可行的,同时只将冷却水箱稍改造即可用于该系统,而在汽车废气出口处安装一个加热器也是很简单的事,只是增加了一个溶液热交换器。综合考虑,汽车空调系统的结构比较简单、紧凑,同时也保证了发动机的冷却。三、总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）对于雪域高原上的汽车加装该加热装置,可以充分利用汽车发动机排出的废热,解决司乘人员的用餐饮水问题,大大改善他们艰苦的生活条件;同时废热的利用,提高了能源的利用率。(1)同时利用发动机的冷却水和废气余热的溴化锂吸收式制冷系统用于汽车空调是可行的,计算结果表明:该系统换热面积小,并完全满足汽车空调负荷要求。(2)该系统同时利用了发动机的排气余热和冷却水余热,由于没有用单独的发动机作为制冷动力,也不会消耗发动机的有效功率,节能效果明显。(3)由于利用了排气余热,降低了汽车发动机的排气温度,减少了热污染, 也减少了NOx、CO2的排放。(4)负荷调节范围大,可以在30%～100%的范围任意调节。且由于没有运动部件,运转平衡,振动噪声都很小。四、参考文献[1]M.Mostafavi,B.Agnew.Thermodynamicanalysisofchargeaircoolingofdieselenginebyanexhaustgasesoperatedabsorptionrefrigerationunit–Turbochargedenginewithcombinedpre-andinter-cooling[J].SAE,971805.[2]R.Atan.Heatrecoveryequipment(generator)inanau2tomobileforanabsorptionair-conditioningsystem[J].SAE,980062[3]BoakeCuanB,WhittakerTrevorJT,FolleyMatt,etal.OverviewandinitialoperationalexperienceoftheLIMPETwaveenergyplant[C]//ProceedingsoftheInternationalOffshoreandPolarEngi2neeringConference,2002:586-594.[4]肖尤明,徐烈,李志伟,等.汽车空调余热溴化锂吸收式制冷装置的研究[J].制冷学报,2004,(1):22-26.[5]李晓科.汽车余热溴化锂吸收式制冷研究[D].北京:中国农业大学,2007.[6]黄建设.在青藏高原利用汽车发动机余热的探讨[7]杨世铭.传热学[M].北京:高等教育出版社.1980.[8]刘福贵.汽车发动机排气余热回收节能低碳项目探索与研究[9]曾科,高可,何茂刚，等.车用汽油机能量分布及排气余热的火用分析研究[C]∥中国内燃机学会2006年学术年会暨燃烧、测试分会联合学术年会论文集.北京:中国内燃机学会,2006:56.[10]张　飞,　简弃非汽车尾气余热利用技术及应用[11]尹文国,江培栋,朱洪江.分离式热管换热器回收汽车尾气余热的试验研究[J].吉林化工学院学报,2008(1):66268.[12]戴永庆.溴化锂吸收式制冷空调技术实用手册[M].北京:机械工业出版社,1999.