面向电动汽车的新型吸附式蓄热蓄冷装置设计.docx
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面向电动汽车的新型吸附式蓄热蓄冷装置设计
本科生毕业设计
题目面向电动汽车的新型吸附式蓄热蓄冷装置设计
学院
专业
学生姓名
学号年级
指导教师
教务处制表
二Ο一四年六月三日
面向电动汽车的新型吸附式蓄热蓄冷装置设计
过程装备与控制工程
学生：
指导老师：
摘要
随着社会发展，电动汽车越来越受到人们青睐，这也对电动汽车空调的
研究开发提出了新的课题与挑战。
虽然基于吸附式的空调系统自己的优势使得这种方式成为主要热能来源，但是它们
通常的COP值较低，而且往往是笨重和沉重的。
紧凑和轻量级ATB需要替换现有的空
调系统在电动汽车中使用的电池。
于是我们利用能够提供大的冷却和加热能力的
新型吸附剂。
另外吸附床的整体设计也是一个关键因素。
这个装置能合理利
用影响加热和冷却速度的各项参数,并从特殊途径进一步改善热电池的整体
性能。
在各种新型制冷方式中,固体吸附制冷受到了人们特别的重视。
从环保的角度讲,固
体吸附式制冷系统密封,可以使用水、甲醇、氨等无公害自然工质为制冷剂,臭氧层破坏
系数（oDP和温室效应系数（GwP均为零[31,消除了对生态环境的不良影响,适合当前环
保要求:
从能源利用的角度讲,吸附制冷系统的驱动力可以利用较低温度的太阳能、工业
废热等低品位能源,提高了热机的能量利用效率。
沸石-水蒸气热化学蓄热技术具有蓄热密度大，不需要保温，价格便宜和
安全环保等优点。
因此找到新型复合固化吸附结构并利用沸石-水蒸气热化学蓄热技术实
现热电池的性能提升。
关键词：
新型制冷，沸石-水分子筛，蓄热，
Anewadsorptiontypeforelectricvehicleregenerativethermalstorage
devicedesign
ProcessEquipmentandControlEngineering
Student:
EnxinFanSupervisor:
ZeweiBao
AbstractWiththedevelopmentofsociety,theelectriccarismoreandmore
favoredbypeople,theresearchanddevelopmentofelectricautomobileair
conditioningbringsnewissuesandchallenges.
Althoughtheadsorptionairconditioningsystembasedontheadvantages
oftheirownmakingthiswayhasbecomethemainsourceofheat,butthey
usuallyhavelowerCOPvalues,butalsotendtobebulkyandheavy.Compactand
lightweightATBneedtoreplacetheexistingairconditioningsystemusedin
electricvehiclebattery.Soweuseanewadsorbentcanprovidehighcoolingand
heatingcapacity.Inadditiontotheoveralldesignofadsorbentbedisoneofthe
keyfactors.Thisdevicecanreasonablyusetheparametersaffectingtheheating
andcoolingrate,andfurtherimprovetheoverallperformanceofthermalbattery
fromaspecialway.
Zeolitewatervaporthermochemicalheatstoragetechnologyhashighheat
storagedensity,withoutinsulation,cheapandsafetyandenvironmentalprotection
etc..
Sotofindnewcompositecuringstructureandtheuseofadsorption
performanceofzeolitewatervaporthermochemicalheatstoragetechnologytoachievethermalbatteryupgrade.
Keyword：
Anewtypeofcoolingwater,zeolitemolecularsieve,heatstorage,
第1章绪论.....................................................................................................................…1
1.1早期蓄冷蓄热装置的技术发展......................................................................................1
1.2蓄冷技术........................................................................................................................2
1.2.1显热蓄冷.............................................................................................................2
1.2.2相变潜热蓄冷.....................................................................................................2
1.3蓄热技术........................................................................................................................3
1.3.1显热蓄热.............................................................................................................3
1.3.2潜热蓄热.............................................................................................................3
1.3.3化学蓄热.............................................................................................................3
1.4选题意义................................................................................................................3
1.5主要研究内容......................................................................................................3
第2章沸石分子筛-水吸附系统...............................................................................................4
2.1沸石分子筛-水吸附式系统的工作原理......................................................................4
2.2沸石分子筛-水吸附式系统的主要部件......................................................................5
2.3沸石分子筛-水吸附式系统的特点与应用..................................................................5
2.4吸附传热的优化方法......................................................................................................5
第3章沸石分子筛-水蓄热系统设计.......................................................................................5
3.1给定条件..................................................................................................................5
3.2蓄热系统反应过程分析................................................................................................5
第4章吸附床设计计算...............................................................................................................6
4.1吸附床设计计算............................................................................................................6
4.2沸石吸附质的反应用量................................................................................................6
4.3确定物性参数................................................................................................................7
4.4计算传热面积................................................................................................................7
4.5确定反应器跟换热管的尺寸........................................................................................8
第5章储液罐设计计算.........................................................................................................10
5.1储液罐结构方案............................................................................................................1
5.2反应条件方案................................................................................................................1
5.3吸附水用沸石用量........................................................................................................1
5.4确定物性参数................................................................................................................1
5.5计算螺旋管换热面积..................................................................................................1
5.5.1以热水管为基准计算换热面积.........................................................................1
5.5.2以冷却水为基准计算.........................................................................................1
第6章冷凝器的设计计算.............................................................................................................1
第7章蒸发器的设计计算.............................................................................................................1
6.1冷凝器.............................................................................................................................1
6.2流量调节阀......................................................................................................................1
6.3蒸发器.............................................................................................................................1
第8章零部件的选取....................................................................................................................1
第9章系统流程图.....................................................................................................................1
8.1吸附床图........................................................................................................................1
8.2零件图..............................................................................................................................1
8.3吸附系统总图................................................................................................................1
第10章结论...............................................................................................................................1
参考文献.........................................................................................................................................1
致谢.................................................................................................................................................1
第一章绪论
随着世界经济的告诉发展和能耗的增加，能源与环境问题已经成为全世界共同关注的一个热点话题，吸附式制冷作为一种第品味热能驱动的绿色制冷技术，被认为成为能源利用和环境保护的有效中间链。
另外，随着人们生活水平的提高,制冷装置己成为现代生活必备的设施之一。
现在普遍使用的电冰箱和空调（电驱动机械压缩式制冷系统的制冷工质多为氯氟烃类（CFCs化学物质。
CFCs对大气臭氧层的破坏和温室效应己引起广泛的关注,国际上已开始采取限制到完全禁止使用CFCs。
虽然己经开发出制冷剂R134a作为CFCs的替代物,但它仍是温室气体（GWP=0.34,在欧盟将最晚于2015年禁止使用HCFCs。
这迫使各国制冷界不但加紧研究无公害、性能优异的制冷剂作为CFCs的替代物.而且以更加积极的态度研究和开发其他无CFCs工质的新型制冷方式。
随着电动汽车技术的不断进步,电动汽车产业化的趋势越来越明显。
作为未来主要潜在车型,电动汽车也需要为驾乘人员提供舒适的环境,并且拥有一套节能高效的电动空调系统对电动汽车开拓市场也是至关重要的。
然而，现有的电动汽车空调在工作时需要消耗大量电能，由于作为驱动能量来源的蓄电池容量有限，空调系统的能耗对电动汽车的续行里程有较大的影响。
采用吸附蓄能功能的样机实验系统主要针对内燃机车司机室吸附式空调而设计。
由于内燃机车司机室吸附式空调器实在高速运行，频繁低幅震动的机车上使用的特殊空调装置，机车上安装空间有限，对系统的安全可靠性，可维护性及使用寿命的苛刻要求。
要求系统在确保制冷性能的前提下，应尽可能的选取最简洁，可靠的制冷循环系统，利用安全，性质稳定的吸附质工质对，采用简单紧凑的结构方式。
1.1国内外蓄冷蓄热技术发展
国外空调蓄冷技术起步较早，世界上首次真正采用人工制冷的蓄冷空调出现在1930年前后的美国。
至90年代末空调蓄冷系统已相当普及，约有4000多个蓄冷系统在运行。
欧洲、日本等经济发达国家继美国之后也对蓄冷空调进行研究能源短缺的日本尤为重视。
60代以后，水蓄冷的中央空调系统在日本得到了大量应用。
80年代中期以来，冰蓄冷在日本得到了迅速发展。
目前，日本已拥有冰蓄冷空调系统22000套左右。
我国大陆的蓄冷空调从20世纪90年代起步，1992年我国首例引进法国西亚特公司的全套冰蓄冷技术设备在深圳电子大厦启用。
近年来，有一大批冰蓄冷工程陆续投入使用。
吸附式制冷采用无CFCs的制冷剂,是一种具有环境友好的制冷技术。
吸附式制冷可以直接由太阳能、工业余热等低品位能源驱动,是节能、开发利用太阳能等新能源的有效工具。
该系统具有结构简单、无运动部件、无噪声、抗振性好、使用寿命长等特点,在家用
制冷、船舶制冷、汽车空调中有广泛的应用前景。
在吸附式制冷系统中常用的吸附剂中,沸石分子筛以其独特的特点在吸附式制冷技术占有越来越重要的地位。
关于吸附热泵循环的“沸石一水”在吸附器内的传热传质特性,已有一些学者做过基础研究,发现沸石的导热系数很低,热扩散慢而传质速率相对较快,尤其在吸附剂颗粒内部扩散迅速。
这是由于沸石一水循环为封闭的单组分的吸附和解吸,与开式循环的吸附分离不同,扩散中几乎无气相阻力,传热速率决定传热传质的速率。
其中一些作者还就沸石床的传热特性建立了数学模型,但不足的是将沸石的物理参数在模型中视为常数。
而实验中已经发现,沸石的物理参数是随吸附/解吸的传热传质过程中温度、压力和吸附量而变化的。
因此物理参数为常数的模型虽有利于数值求解,但不能准确地反映沸石吸附床在吸附循环时的实际状况。
本文在实验测试的基础上,提出一较合乎实际的模型。
该模型包括了吸附器内“沸石一水”固一汽两相随吸附过程变化的各物理参数和其它操作参数。
以便较准确地模拟沸石一水的封闭吸附循环过程,从而分析沸石一水的传热传质特性和吸附式热泵系统的相互关系,找出提高热泵效率的途径。
在沸石一水为“工质又`”的吸附式热泵循环中,证实传热速率控制了吸附器内“沸石一水”吸附/解吸的非稳态传热传质过程,因而可通过强化传热:
如降低吸附剂的孔隙率,改进其导热性能和增加吸附器内传热肋片,以及改进吸附器的结构形式来提高其传热速率,从而最终提高热泵的吸附循环效率。
可用微孔体积填充理论来描述,并忽略oan项,其误差不大,这时就相当于液体的凝聚。
这时微孔体积填充理论与吸附势理论表达式一致。
碱性水蒸汽处理对ZSM-5沸石酸性质及结构的影响
采用XRD,NH3TPD,比表面积和孔结构测定等研究了在不同温度下用含10%NH3的水蒸气处理时HZSM5沸石（n（Si/n（Al=25酸性质及孔结构的变化规律.结果表明,随着处理温度的提高,HZSM5的结构未发生明显的变化;样品的总酸量下降很快,但弱酸分布量相对提高,而强酸分布量相对下降;提高处理温度,样品的比表面积和微孔体积减小,二次孔或中孔体积及外表面积有增大的趋势第二部分。
间接式水合物蓄冷装置中传热传质过程分析
分析间接接触式水合物蓄冷实验装置内的传热及传质过程，指出冷凝器的冷凝传热、
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