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基本信息

項目名稱：
蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)
小類：
能源化工
簡介：
蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)，顯著改善了燃料的熱能利用率和汽車動力性，且制冷劑—水無溫室效應(yīng)，具有重大的節(jié)能減排和環(huán)保意義。利用分離型熱管回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱，驅(qū)動溴化鋰空調(diào)，設(shè)計了高溫相變蓄能裝置，貯存富余的余熱，提出了金屬填料型溶液吸收器與發(fā)生器，利用固體金屬填料約束溶液的液面波動。該技術(shù)在卡車、工程機(jī)械、混合動力車輛等車輛上都可得到應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的市場前景。
詳細(xì)介紹：
隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛消耗的能源與日俱增，車輛的節(jié)能也越來越受關(guān)注。然而，以現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)指標(biāo)評估，燃油中60%左右的能量沒有得到有效利用，絕大部分以余熱的形式排放到大氣中，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染,若能將其二次利用具有重大節(jié)能環(huán)保意義。由于汽車的結(jié)構(gòu)緊湊、發(fā)動機(jī)排氣量相對較小，車用發(fā)動機(jī)余熱的利用相對于大型工業(yè)設(shè)備余熱回收來說難度更大。利用發(fā)動機(jī)余熱制冷不僅可以降低排入大氣中的尾氣溫度，避免現(xiàn)有汽車制冷劑泄露引起的溫室效應(yīng)，對環(huán)境起到更有效的保護(hù)作用，而且可以大大節(jié)約汽車的能耗，降低碳排放，避免了汽車行駛時開空調(diào)出現(xiàn)動力不足等問題。 蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)是對卡車發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)加以簡單改造，安裝兩級分離型熱管回收余熱，將熱量傳入兩級雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)和高溫相變蓄熱裝置，一體化裝配所有模塊，整個空調(diào)裝置可安裝在卡車底盤下面，通過風(fēng)道將空調(diào)風(fēng)送入駕駛室。 作品的基本設(shè)計思路為：由高效傳熱的分離型熱管換熱器回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱，將其傳給溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)的溶液發(fā)生器，實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的驅(qū)動；設(shè)置高溫相變裝置，貯存富余的余熱，在發(fā)動機(jī)尾氣熱量不足(怠速工況)或波動時(負(fù)荷變化工況)補(bǔ)充到溶液發(fā)生器里，確?？照{(diào)系統(tǒng)的啟動和平穩(wěn)運行；溶液發(fā)生器和吸收器里填充金屬填料，約束溶液的液面波動(汽車顛簸時)，穩(wěn)定并強(qiáng)化溶液噴淋時的傳質(zhì)過程。同時，基于熱工基礎(chǔ)理論，針對重型卡車用空調(diào)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，對空調(diào)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行熱工計算和仿真分析，確定其具體結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)。汽車發(fā)動機(jī)燃料發(fā)熱量的35%~45%由汽車尾氣損失掉，排放的尾氣溫度可達(dá)到600℃~700℃，所開發(fā)的蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)僅需對汽車發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)加以簡單改造，即可回收其尾氣余熱用于溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)，提高了汽車燃料的熱能利用率，改善了發(fā)動機(jī)的動力性，且制冷劑工質(zhì)-水即使泄露也不會對環(huán)境造成危害，具有重大的節(jié)能減排和環(huán)保意義。該技術(shù)的開發(fā)推動了國內(nèi)發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)品化進(jìn)程，項目作品使用場合非常廣泛，在卡車、工程機(jī)械、混合動力車輛等車輛上都可得到應(yīng)用，具有巨大的市場前景。僅以卡車為例，我國2009年量產(chǎn)一百七十萬輛，如果有10%的空調(diào)安裝率，空調(diào)的單價以5,000元計，即可達(dá)到85億元的銷售額，其市場前景非常誘人，具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

作品圖片

  • 蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)
  • 蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)
  • 蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)
  • 蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

汽車發(fā)動機(jī)燃料發(fā)熱量的35%～45%由汽車尾氣損失掉，排放的尾氣溫度可達(dá)到600℃，作品開發(fā)的發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動的溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)回收汽車尾氣的熱量，大幅提高燃料利用率及發(fā)動機(jī)性能，實現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境目的。由高效傳熱的分離型熱管換熱器回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱，將其傳給溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)的溶液發(fā)生器，驅(qū)動蒸汽吸收制冷循環(huán)；設(shè)置相變蓄能裝置，貯存富余的余熱，在發(fā)動機(jī)尾氣熱量不足(怠速工況)或波動時(負(fù)荷變化工況)補(bǔ)充到溶液發(fā)生器里，確保空調(diào)系統(tǒng)的啟動和平穩(wěn)運行；溶液發(fā)生器和吸收器里填充金屬填料，約束溶液的液面波動(汽車顛簸時)，穩(wěn)定并強(qiáng)化溶液噴淋時的傳質(zhì)過程。 創(chuàng)新點： 1.利用分離型熱管回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱，驅(qū)動溴化鋰空調(diào)系統(tǒng)，不影響汽車的動力性，提高了發(fā)動機(jī)燃料的能源利用率； 2.設(shè)計了高溫相變蓄能裝置，將其耦合到溴化鋰空調(diào)系統(tǒng)的高壓發(fā)生器中，改善了空調(diào)系統(tǒng)的啟動性能和運行的平穩(wěn)行； 3. 提出了金屬填料型溶液吸收器與發(fā)生器，利用固體金屬填料約束溶液的液面波動，避免了汽車行駛在顛簸路面上由于液面傾斜無法正常工作的問題。 技術(shù)關(guān)鍵： 溴化鋰溶液發(fā)生器吸熱產(chǎn)生蒸汽的壓力、流量穩(wěn)定、吸收器的蒸汽吸收能力和換熱器的傳熱能力、蓄能裝置最大蓄熱量及放熱速率。 技術(shù)指標(biāo)： 系統(tǒng)熱源溫度為260℃～500℃，系統(tǒng)的COP=0.73，制冷量=5000W，相變裝置蓄熱量=1315kJ，濃溶液濃度=57.5%，稀溶液濃度=54.9%，外界環(huán)境溫度=35℃，蒸發(fā)溫度=10℃。

科學(xué)性、先進(jìn)性

發(fā)動機(jī)余熱制冷方法一般有吸附式制冷和吸收式制冷兩種。吸附式制冷系統(tǒng)運動部件少，可靠性較高，但與吸收式制冷系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)COP較低。吸收式制冷可以利用廢熱做發(fā)生器的加熱源，其單級系統(tǒng)的效率可以達(dá)到0.5左右，較吸附式制冷的效率高，且制冷劑比較環(huán)保。利用發(fā)動機(jī)余熱制冷不僅可以降低排入大氣中的尾氣溫度，避免現(xiàn)有汽車制冷劑泄露引起的溫室效應(yīng)以及對臭氧層的破壞，對環(huán)境起到更有效地保護(hù)作用，而且可以大大節(jié)約汽車的能耗，避免了汽車行駛時開空調(diào)出現(xiàn)動力不足等問題。 作品利用分離型熱管回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動溴化鋰空調(diào)系統(tǒng)，并設(shè)計了高溫相變蓄能裝置，不對汽車發(fā)動機(jī)的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改變，降低了熱量回收系統(tǒng)的復(fù)雜性，顯著提高了發(fā)動機(jī)燃料的能源利用率，改善了發(fā)動機(jī)的動力性和空調(diào)系統(tǒng)的啟動性能和運行的平穩(wěn)性，同時在溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的溶液吸收器與發(fā)生器內(nèi)設(shè)置金屬填料，穩(wěn)定并強(qiáng)化溶液噴淋時的傳質(zhì)過程，避免了汽車行駛在顛簸路面上由于液面傾斜無法正常工作的問題。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)參加了河南科技大學(xué)2011年4月在河南科技大學(xué)西苑校區(qū)舉辦第四屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽并榮獲“二等獎”。作品還參加了2011年6月在鄭州大學(xué)新校區(qū)舉辦的河南省第九屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽終審展評，等待最終結(jié)果。

作品所處階段

已建立計算模型，設(shè)計具體參數(shù)，進(jìn)行仿真計算。正在進(jìn)行實際試驗臺實驗。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利轉(zhuǎn)讓，成果轉(zhuǎn)讓。

作品可展示的形式

圖紙，圖片，論文，模型。

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

蓄能型發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動熱管溴化鋰空調(diào)是對卡車發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)加以簡單改造，安裝兩級分離型熱管回收余熱，將熱量傳入兩級雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)和高溫相變蓄熱裝置，一體化裝配所有模塊，整個空調(diào)裝置可安裝在卡車底盤下面，通過風(fēng)道將空調(diào)風(fēng)送入駕駛室。 高溫相變蓄熱裝置貯存多余的余熱，在發(fā)動機(jī)尾氣熱量不足(怠速工況)或波動時(負(fù)荷變化工況)補(bǔ)充到溶液發(fā)生器里，確?？照{(diào)系統(tǒng)的啟動和平穩(wěn)運行；溶液發(fā)生器和吸收器里填充金屬填料，約束溶液的液面波動(汽車顛簸時)，穩(wěn)定并強(qiáng)化溶液噴淋時的傳質(zhì)過程。實現(xiàn)余熱的有效利用，提高了汽車燃料的熱能利用率，改善了發(fā)動機(jī)的動力性，且制冷劑工質(zhì)-水即使泄露也不會對環(huán)境造成危害，節(jié)能、減排和環(huán)保效果非常明顯。 該技術(shù)的開發(fā)推動了國內(nèi)發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)品化進(jìn)程，項目作品使用場合非常廣泛，在工程機(jī)械、大巴、混合動力車輛等車輛上都可得到應(yīng)用，具有巨大的市場前景。

同類課題研究水平概述

目前，發(fā)動機(jī)余熱利用的研究成果主要體現(xiàn)在余熱發(fā)電、余熱做功和余熱驅(qū)動制冷空調(diào)系統(tǒng)方面。利用發(fā)動機(jī)余熱發(fā)電是一個很好的節(jié)能途徑,溫差發(fā)電模塊安裝在發(fā)動機(jī)的排氣管上，可將余熱直接轉(zhuǎn)換為電能，但是需要尋找高優(yōu)值的熱電材料，以提高發(fā)電功率和轉(zhuǎn)換效率，并存在效率低、成本高、結(jié)構(gòu)不夠緊湊等問題，尚難商品化。當(dāng)前發(fā)動機(jī)余熱驅(qū)動制冷空調(diào)系統(tǒng)的研究成果最為豐富，利用發(fā)動機(jī)余熱制冷不僅可以降低排入大氣中的尾氣溫度，避免現(xiàn)有汽車制冷劑泄露引起的溫室效應(yīng)以及對臭氧層的破壞，對環(huán)境起到更有效地保護(hù)作用，而且可以大大節(jié)約汽車的能耗，避免了汽車行駛時開空調(diào)出現(xiàn)動力不足等問題。而發(fā)動機(jī)余熱制冷方法一般有吸附式制冷和吸收式制冷兩種。吸附式制冷系統(tǒng)運動部件少，可靠性較高，國內(nèi)以上海交通大學(xué)為主對固體吸附制冷關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，并取得重大進(jìn)展，先后開發(fā)了應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室空調(diào)、漁船制冰、汽車空調(diào)等余熱驅(qū)動的吸附式制冷系統(tǒng)，但與吸收式制冷系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)COP較低。 吸收式制冷是利用吸收器中的濃溶液吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑氣體，在發(fā)生器中通過高溫加熱稀溶液，使制冷劑蒸發(fā)至冷凝器的一種循環(huán)制冷方式。吸收式制冷可以利用廢熱做發(fā)生器的加熱源，其單級系統(tǒng)的效率可以達(dá)到0.5左右，較吸附式制冷的效率高，且制冷劑比較環(huán)保。Mostafavi和Agnew對汽車發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動的吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究與可行性分析; Atan推動了回收發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的研究; 通用汽車公司的Munther Salim研究了利用發(fā)動機(jī)缸套余熱驅(qū)動的吸收式制冷系統(tǒng)，并對采用吸收式制冷系統(tǒng)代替壓縮式制冷系統(tǒng)做了比較分析；國內(nèi)上海交通大學(xué)制冷與低溫研究所、肖尤明和周東一等用改造后的汽車發(fā)動機(jī)汽缸體、汽缸蓋及汽缸套作為吸收式制冷系統(tǒng)中的溶液發(fā)生器，將溴化鋰溶液直接充注在汽車發(fā)動機(jī)冷卻空腔內(nèi)，吸收發(fā)動機(jī)冷卻熱量驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)。雖然解決了發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)時熱量不足的問題，但是帶來了熱量回收系統(tǒng)的復(fù)雜和可靠性問題，需要對原車的發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造。
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