第一篇:國外汽車空調系統技術發展趨勢
國外汽車空調系統技術發展趨勢
摘要近年來,環保和能源問題成為世界關注的焦點,也成為影響汽車業發展的關鍵因素,各種替代能源動力車的出現,為汽車空調業提出了新的課題與挑戰。結合國際汽車空調學會(MACS)、美國汽車工程師學會(SAE)和美國環境保護機構(USEPA)對汽車空調業的有關政策,對國外汽車空調系統技術的發展趨向進行了討論,以期為國內汽車空調制造業的同行們提供參考。
關鍵詞 市政工程 環境保護 綜述 汽車空調 1 汽車空調系統在汽車中的重要性日益突出
國際汽車市場競爭日趨激烈,為獲得市場,生產出價廉、安全、舒適和低排放的汽車是各大汽車生產商的努力目標,汽車制造商不斷地根據用戶的要求更新汽車設計,并期望通過利用新技術來提供更好的性能,而是否需要增加成本則主要取決于獲得的利益(如環保)是否足以補償。
汽車空調系統作為影響汽車舒適性的主要總成之一,為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制功能,汽車空調系統已成為汽車市場競爭的主要手段之一。其中,采暖系統可使乘員避免過量著裝、為車窗提供除霧和除霜功能,提供舒適性和安全服務;冷氣系統則通過制冷、除濕來提供舒適性,通過使司機保持警醒、允許關窗等措施提供了安全服務;采暖和冷氣系統還可提供除塵、除臭的功能。這些功能已成為車輛必不可少的要求。雖然目前轎車的燃油余熱足夠提供轎車內的采暖和除霜的需要,但近期研制的高效汽油、柴油發動機的余熱會進一步減少,電動車和混合動力車則不得不犧牲驅動性能來提供采暖和制冷,因此必須通過提高汽車空調系統的效率來減輕汽車的動力負擔。
對于新一代的環保型汽車,如電動、混合動力、燃料電池和其它的低排放車輛,由于本身動力遠小于傳統動力車輛,能夠提給空調系統的動力極為有限。擁有一套節能高效、性能可靠的空調系統對開拓市場至關重要。2 評價汽車空調系統性能的LCCP
汽車動力的更新和新技術的應用,對汽車空調系統提出了新的挑戰,也給許多新技術的應用創造了機會。“蒙特利爾議定書”規定,原來在汽車空調系統使用的工質CFC12,在發達國家的使用已經在1996年停止,在發展中國家則在2006年停止。由于各方面的努力,CFC12已逐漸被HFC134a所取代,我國從2001年1月1日起已禁止在新生產的車輛中使用CFC12為工質的汽車空調。HFC134a具有ODP(大氣臭氧層破壞指數)為零、GWP(溫室效應指數)為CFC12的六分之
一、不可燃、低毒性、制冷量和系統性能與CFC12相當等優點,因而作為“過渡性”的替代工質在世界范圍內得到認可,但由于它的溫室效應指數仍然較高(為CO2的1300倍),已列入“京都協議”規定限制發展的工質范疇。
為準確評價新技術在汽車空調業的應用可行性,國際汽車空調學會(MACS)、美國汽車工程師學會(SAE)和美國環境保護機構(U.S.EPA)合作,并提出汽車空調“生命循環氣候指數”(LifeCycleCli matePerformance,簡稱LCCP)的概念,來評價汽車空調系統工質及燃油消耗等綜合指數,所謂“生命循環氣候指數”包括了從產品生產、使用的原材料和部件到廢品處理所造成總的直接和間接排放。
汽車空調運行引起的溫室氣體排放量約占汽車排氣管排放量的2%~10%,隨著高性能發動機的使用,這一比例逐漸變大。目前使用汽車空調在總的溫室氣體排放中所占比例仍很小。在美國,EPA統計的汽車空調引起的溫室氣體排放約占全球溫室氣體排放的0.1%。
溫室氣體排放發生在汽車生命周期的每一階段:生產、使用、回收處理。LCCP表示從生產到回收的排放量,包括零部件材料使用的能量造成的排放。LCCP概念比原先使用的“TEWI”概念更為科學。“TEWI”只包括了制冷劑的直接排放和系統運行能耗造成的間接排放;LCCP還包括了制造零部件、制冷劑消耗的能量、替換及服務耗能。減少直接或間接排放的手段
溫室氣體的直接和間接排放量依賴于空調系統及其零部件的設計水平和產品質量,同時跟車輛運行環境的溫度和濕度有關。對一定的制冷劑,直接排放率主要受系統工作壓力影響,而環境溫度和壓縮機輸入功率又決定了制冷系統的工作壓力。間接排放主要由生產系統所需的能量、保證一定舒適性所必須提供的冷量及制冷系統的效率決定。在某些環境下,燃料消耗引起的間接排放遠遠大于制冷劑泄漏引起的直接排放量,尤其是在報廢之前使用制冷劑回收裝置。而在某些氣候條件下因為很少使用空調,直接排放則是LCCP的主要部分。減少直接排放的措施: 1)在維修和車輛報廢時使用制冷劑回收和再利用設備。
2)改進零部件質量減少泄漏,降低軟管匯漏率并盡可能減少軟管長度,改進管路接頭,在可能的情況用“全封閉”的結構代替開啟式壓縮機的軸封。Hutchinson公司開發的新型車用制冷系統雙端面密封接頭的泄漏量與單“O”型圈密封接頭的比較。在127℃,3.2MPa表壓下,30天的泄漏測試結果表明新型的泄漏量減少了80%。3)減少制冷劑充注量。
4)改用低GWP值且蒸汽壓力適當、滲透率較小的制冷劑。減少燃料消耗引起的間接排放: 1)通過增加車廂隔熱層厚度、改善車廂密封性、減少玻璃傳熱(如采用光線選擇性玻璃、隔熱膜)等措施減少車廂熱負荷。
2)進行壓縮機容量調節,減少過度制冷后再加熱而引起的能量損耗。如日本電裝開發的電控變排量壓縮機用電磁閥代替原有變排量壓縮機的氣動閥(圖1),使壓縮機輸氣量可在0-100%范圍連續調節,這種結構不僅節能,而且不必安裝離合器,因而減輕了壓縮機的質量,并大大提高了系統可靠性。
3)通過控制、減少摩擦、蓄熱、改善傳熱等措施來提高系統零部件的能源利用效率。如圖2為過冷型冷凝器,該換熱器將傳統的冷凝器、貯液器、干燥過濾器和過冷器合成一體,可確保節流閥前的過冷度而提高效率,且因減小了貯液器的內容積而可減少制冷劑充注量。
4)使用高效率零部件以減輕質量。
5)采用新的系統或新的制冷劑來達到更佳的LCCP值,并提供令人滿意的加熱、冷卻、除霜、除濕、除霧和濕度控制性能。如一般車輛在冬季將外部空氣經加熱器引入車室內除霧(新風模式)時,同樣量的熱風被排出車外,因此造成采暖負荷的70%的熱量損失了。日本電裝開發的內外空氣雙層循環系統(圖3),只將加熱后的外部熱空氣引入車室頂部,而使室內空氣在足部循環,這樣可減少一半的熱量損失。而在夏季這種通風方式約可節約40%的動力。4 未來新型動力車可能使用的空調系統
汽車動力系統的環保設計對市場的影響要遠遠大于汽車空調系統效率對客戶的影響,然而對于能源利用效率最高的電動、混合動力、燃料電池及低排放汽車,它們是否能被用戶接受卻往往依賴于是否擁有效率更高的采暖和空調系統。例如,單用電力制冷和采暖可使電動車和燃料電池車的可行駛里程減少50%以上,以至連典型城市交通都難于適應。對于日益開拓的家用轎車市場,微型車用于空調的能量少于普通車輛,但這部分能量在小功率發動機的輸出功中占的比例卻不小。
由于國際社會的共同努力,在全世界范圍內實現CFC12到HFC134a替代的速度和花費比各公司單兵作戰要小得多。如果新的技術能夠在全球范圍內被接受,則可能有同樣的好處,但是不可避免的是,有些新的設計只在某些氣候條件下或某些特殊市場規則下才有優勢。因此在全球范圍內可能存在多種技術選擇。
目前帶空調的汽車一般在濕度控制功能,空氣通過冷卻除濕后再被加熱到一定的溫度,以控制車窗除霧并保證乘客舒適性。這一點在新的系統設計中可能會遇到挑戰,例如在電動汽車中使用熱泵型空調供暖,能夠提高能源利用率,但要同時實現濕度和溫度的控制卻很困難。
未來新型空調系統的開發必須與汽車開發同步,以適應新的變化:如發動機效率提高(余熱量減少)、電氣化、混合驅動動力及其它新型零部件使用后導致空調系統特性的變化。
1).汽車電氣化日益加強新型的電子元件如加熱座椅、娛樂系統、電子導航等在汽車上的應用日漸廣泛,為了適應這些技術,汽車生產商正在擬轉向42V系統。采用高電壓系統后有可能去除皮帶驅動的系統,如發電機、空調壓縮機、水泵及動力轉向泵等。這使在汽車空調系統中應用全封閉壓縮機成為可能,并且只要發動機艙內靠近儀表盤的部分在足夠的空間,就有可能用金屬管代替軟管,從而大大降低制冷劑泄漏。
2).電動車及一些混合動力車需要負荷調度電動車和一些混合驅動車為了達到高效和減少溫室氣體排放的目的,以盡量少使用燃料來滿足動力要求。例如,一些混合驅動車在發動機模式時利用多余動力對電池充電,當電池充電完成時則切向電動模式。相應地空調系統的設計面臨新的挑戰:因為無論發動機模式和電動模式時都需要空調(或采暖)。豐田混合動力車為了節約燃料設計成在發動機模式和電動模式中間來回切換,只在發動機模式下開啟空調,因為空調的壓縮機由發動機通過皮帶驅動,發動機必須運行以產生熱量,在汽車臨時停車或持續減速時切換到電動模式—只有在需要空調時才開啟發動機。本田的混合驅動車有一個小汽油發動機,與電動馬達并行以補充動力。本田采用獨特的“經濟模式”使發動機階段性地怠速運行,以確保車室內保持在舒適的溫度。在空調(或采暖)負荷較大時,需要保持發動機連續運轉,以確保舒適性。
3).新的零部件技術可減少空調或采暖負荷增強車身隔熱、改進門封結構、玻璃鍍層和其它新技術的應用都可減少車室熱負荷,從而減少用于空調或采暖的能耗而減少溫室氣體排放。5 技術選擇
至少有六種方案可減少汽車空調系統的溫室氣體排放量,三種方案是改進現在HFC134a系統,三種方案是采用新的制冷劑,每一個方案都有其優缺點。方案一:改進HFC134a系統的維修和處理環節
在維修和報廢空調系統時回收和再利用HFC134a,以減少直接排放對氣候的影響。這一方案需要國家法律保證。據估計發達國家在1~2年內的回收率可達90%,而發展中國家的實施則需要2~3年時間。方案二:改進HFC134a系統
這一方案通過改進傳統的HFC134a系統,減少系統充注量、提高部件品質來提高系統效率。與制冷劑回收相結合,這一方案的收益最高。估計改進后的HFC134a系統會在1~3年實施。Visteon[3]其傳統HFC134a系統進行了改造,以變排量壓縮機取代原有170cc的旋轉斜盤式壓縮機,以同樣換熱面積的過冷式冷凝器代替原平行流冷凝器,以同樣換熱面積的擠壓管蒸發器代替原層疊式蒸發器,以1.5冷噸的熱力膨脹閥取代原系統中采用的節流短管,新系統同時采用了新型軟管和接頭,使制冷劑泄漏分別減少78%和88%。新系統的充注量下降了18%,而系統COP則提高了32%。方案三:全封閉HFC134a系統
這一方案是采用全封閉的HFC134a系統及制冷劑回收技術,其實施時間依賴于電動汽車投入市場的時間和市場占有率,據估計至少需要4~5年時間。全封閉系統在固定空調中的使用已經很成熟,在汽車上的使用沒有大的技術障礙。這種系統對目前正在開發的傳統內燃機汽車高電壓系統和未來的電動、混合驅動車都非常有吸引力。方案四:在改進的系統中使用碳氫制冷劑
汽車生產商和供應商們在正研制使用碳氫為制冷劑的汽車空調系統,尤其是采用載冷劑方式降低可燃性危險的兩級系統更有吸引力。1999年Delphi開發了帶兩級冷卻循環的碳氫系統(圖4),并在鳳凰城會議上與HFC134a系統進行了比較,但新系統的效率和可靠性仍有待進一步的研究。在汽車中使用可燃制冷劑必須經過大量工程驗證和測試,而且在商業化以前必須經過制訂標準、維修程序、生產和技工培訓的過程。但這一方案與封閉系統和二氧化碳系統相比沒有大的技術障礙。據估計在第一輛車上裝這種可燃工質約需4~5年。方案五:在改進的系統中使用低GWP值的HFC152a制冷劑
采用載冷劑方式的兩級HFC152a系統也在研制中,HFC152a的燃燒熱約為丙烷的2 3,因而可燃性比丙烷小,但與碳氫制冷劑一樣,HFC152a在汽車空調系統中的使用也必須經過大量工程驗證和測試,而且在商業化以前必須經過制訂標準、維修程序、生產和技工培訓的過程。其實際應用估計也在4~5年以后。方案六:超臨界的二氧化碳系統
目前,全球各大汽車生產廠和零部件供應商都在開發超臨界的二氧化碳汽車空調系統及相應的零部件。超臨界二氧化碳系統與HFC134a相比有潛在的能源效率優勢,且工質的GWP值在所有工質中最低, 1999年在美國鳳凰城SAE會議上的實車測試結果表明(圖5),裝載在中型汽車上的幾臺歐洲和日本開發的二氧化碳系統樣機性能均已達到或超過HFC134a系統,而日本的一家裝在微型車上的系統性能比HFC134a系統要差。二氧化碳工質與HFC134a相比,其壓縮熱很大,因而在熱泵空調系統使用中很有吸引力。有必要開發安全裝置,在檢測并將漏至車廂內的二氧化碳氣體排出。由于系統工作壓力比HFC134a系統高出6倍,因此需要新的維修設備和專業培訓。估計正式使用時間4~7年以后。
第二篇:國外汽車空調系統技術發展趨勢畢業論文
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
國外汽車空調系統技術發展趨勢
摘要近年來,環保和能源問題成為世界關注的焦點,也成為影響汽車業發展的關鍵因素,各種替代能源動力車的出現,為汽車空調業提出了新的課題與挑戰。結合國際汽車空調學會(MACS)、美國汽車工程師學會(SAE)和美國環境保護機構(USEPA)對汽車空調業的有關政策,對國外汽車空調系統技術的發展趨向進行了討論,以期為國內汽車空調制造業的同行們提供參考。
關鍵詞 市政工程 環境保護 綜述 汽車空調 汽車空調系統在汽車中的重要性日益突出
國際汽車市場競爭日趨激烈,為獲得市場,生產出價廉、安全、舒適和低排放的汽車是各大汽車生產商的努力目標,汽車制造商不斷地根據用戶的要求更新汽車設計,并期望通過利用新技術來提供更好的性能,而是否需要增加成本則主要取決于獲得的利益(如環保)是否足以補償。
汽車空調系統作為影響汽車舒適性的主要總成之一,為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制功能,汽車空調系統已成為汽車市場競爭的主要手段之一。其中,采暖系統可使乘員避免過量著裝、為車窗提供除霧和除霜功能,提供舒適性和安全服務;冷氣系統則通過制冷、除濕來提供舒適性,通過使司機保持警醒、允許關窗等措施提供了安全服務;采暖和冷氣系統還可提供除塵、除臭的功能。這些功能已成為車輛必不可少的要求。雖然目前轎車的燃油余熱足夠提供轎車內的采暖和除霜的需要,但近期研制的高效汽油、柴油發動機的余熱會進一步減少,電動車和混合動力車則不得不犧牲驅動性能來提供采暖和制冷,因此必須通過提高汽車空調系統的效率來減輕汽車的動力負擔。
對于新一代的環保型汽車,如電動、混合動力、燃料電池和其它的低排放車輛,由于本身動力
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
遠小于傳統動力車輛,能夠提給空調系統的動力極為有限。擁有一套節能高效、性能可靠的空調系統對開拓市場至關重要。評價汽車空調系統性能的LCCP
汽車動力的更新和新技術的應用,對汽車空調系統提出了新的挑戰,也給許多新技術的應用創造了機會。“蒙特利爾議定書”規定,原來在汽車空調系統使用的工質CFC12,在發達國家的使用已經在1996年停止,在發展中國家則在2006年停止。由于各方面的努力,CFC12已逐漸被HFC134a所取代,我國從2001年1月1日起已禁止在新生產的車輛中使用CFC12為工質的汽車空調。HFC134a具有ODP(大氣臭氧層破壞指數)為零、GWP(溫室效應指數)為CFC12的六分之
一、不可燃、低毒性、制冷量和系統性能與CFC12相當等優點,因而作為“過渡性”的替代工質在世界范圍內得到認可,但由于它的溫室效應指數仍然較高(為CO2的1300倍),已列入“京都協議”規定限制發展的工質范疇。
為準確評價新技術在汽車空調業的應用可行性,國際汽車空調學會(MACS)、美國汽車工程師學會(SAE)和美國環境保護機構(U.S.EPA)合作,并提出汽車空調“生命循環氣候指數”(LifeCycleCli matePerformance,簡稱LCCP)的概念,來評價汽車空調系統工質及燃油消耗等綜合指數,所謂“生命循環氣候指數”包括了從產品生產、使用的原材料和部件到廢品處理所造成總的直接和間接排放。
汽車空調運行引起的溫室氣體排放量約占汽車排氣管排放量的2%~10%,隨著高性能發動機的使用,這一比例逐漸變大。目前使用汽車空調在總的溫室氣體排放中所占比例仍很小。在美國,EPA統計的汽車空調引起的溫室氣體排放約占全球溫室氣體排放的0.1%。
溫室氣體排放發生在汽車生命周期的每一階段:生產、使用、回收處理。LCCP表示從生產到回收的排放量,包括零部件材料使用的能量造成的排放。LCCP概念比原先使用的“TEWI”概念更為科學。“TEWI”只包括了制冷劑的直接排放和系統運行能耗造成的間接排放;LCCP還包括了制造零部件、制冷劑消耗的能量、替換及服務耗能。
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文 減少直接或間接排放的手段
溫室氣體的直接和間接排放量依賴于空調系統及其零部件的設計水平和產品質量,同時跟車輛運行環境的溫度和濕度有關。對一定的制冷劑,直接排放率主要受系統工作壓力影響,而環境溫度和壓縮機輸入功率又決定了制冷系統的工作壓力。間接排放主要由生產系統所需的能量、保證一定舒適性所必須提供的冷量及制冷系統的效率決定。在某些環境下,燃料消耗引起的間接排放遠遠大于制冷劑泄漏引起的直接排放量,尤其是在報廢之前使用制冷劑回收裝置。而在某些氣候條件下因為很少使用空調,直接排放則是LCCP的主要部分。
減少直接排放的措施: 1)在維修和車輛報廢時使用制冷劑回收和再利用設備。
2)改進零部件質量減少泄漏,降低軟管匯漏率并盡可能減少軟管長度,改進管路接頭,在可能的情況用“全封閉”的結構代替開啟式壓縮機的軸封。Hutchinson公司開發的新型車用制冷系統雙端面密封接頭的泄漏量與單“O”型圈密封接頭的比較。在127℃,3.2MPa表壓下,30天的泄漏測試結果表明新型的泄漏量減少了80%。
3)減少制冷劑充注量。
4)改用低GWP值且蒸汽壓力適當、滲透率較小的制冷劑。
減少燃料消耗引起的間接排放: 1)通過增加車廂隔熱層厚度、改善車廂密封性、減少玻璃傳熱(如采用光線選擇性玻璃、隔熱膜)等措施減少車廂熱負荷。
2)進行壓縮機容量調節,減少過度制冷后再加熱而引起的能量損耗。如日本電裝開發的電控變排量壓縮機用電磁閥代替原有變排量壓縮機的氣動閥(圖1),使壓縮機輸氣量可在0-100%
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
范圍連續調節,這種結構不僅節能,而且不必安裝離合器,因而減輕了壓縮機的質量,并大大提高了系統可靠性。
3)通過控制、減少摩擦、蓄熱、改善傳熱等措施來提高系統零部件的能源利用效率。如圖2為過冷型冷凝器,該換熱器將傳統的冷凝器、貯液器、干燥過濾器和過冷器合成一體,可確保節流閥前的過冷度而提高效率,且因減小了貯液器的內容積而可減少制冷劑充注量。
4)使用高效率零部件以減輕質量。
5)采用新的系統或新的制冷劑來達到更佳的LCCP值,并提供令人滿意的加熱、冷卻、除霜、除濕、除霧和濕度控制性能。如一般車輛在冬季將外部空氣經加熱器引入車室內除霧(新
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
風模式)時,同樣量的熱風被排出車外,因此造成采暖負荷的70%的熱量損失了。日本電裝開發的內外空氣雙層循環系統(圖3),只將加熱后的外部熱空氣引入車室頂部,而使室內空氣在足部循環,這樣可減少一半的熱量損失。而在夏季這種通風方式約可節約40%的動力。未來新型動力車可能使用的空調系統
汽車動力系統的環保設計對市場的影響要遠遠大于汽車空調系統效率對客戶的影響,然而對于能源利用效率最高的電動、混合動力、燃料電池及低排放汽車,它們是否能被用戶接受卻往往依賴于是否擁有效率更高的采暖和空調系統。例如,單用電力制冷和采暖可使電動車和燃料電池車的可行駛里程減少50%以上,以至連典型城市交通都難于適應。對于日益開拓的家用轎車市場,微型車用于空調的能量少于普通車輛,但這部分能量在小功率發動機的輸出功中占的比例卻不小。
由于國際社會的共同努力,在全世界范圍內實現CFC12到HFC134a替代的速度和花費比各公司單兵作戰要小得多。如果新的技術能夠在全球范圍內被接受,則可能有同樣的好處,但是不可避免的是,有些新的設計只在某些氣候條件下或某些特殊市場規則下才有優勢。因此在全球范圍內可能存在多種技術選擇。
目前帶空調的汽車一般在濕度控制功能,空氣通過冷卻除濕后再被加熱到一定的溫度,以控制車窗除霧并保證乘客舒適性。這一點在新的系統設計中可能會遇到挑戰,例如在電動汽車中使用熱泵型空調供暖,能夠提高能源利用率,但要同時實現濕度和溫度的控制卻很困難。
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
未來新型空調系統的開發必須與汽車開發同步,以適應新的變化:如發動機效率提高(余熱量減少)、電氣化、混合驅動動力及其它新型零部件使用后導致空調系統特性的變化。
1).汽車電氣化日益加強新型的電子元件如加熱座椅、娛樂系統、電子導航等在汽車上的應用日漸廣泛,為了適應這些技術,汽車生產商正在擬轉向42V系統。采用高電壓系統后有可能去除皮帶驅動的系統,如發電機、空調壓縮機、水泵及動力轉向泵等。這使在汽車空調系統中應用全封閉壓縮機成為可能,并且只要發動機艙內靠近儀表盤的部分在足夠的空間,就有可能用金屬管代替軟管,從而大大降低制冷劑泄漏。
2).電動車及一些混合動力車需要負荷調度電動車和一些混合驅動車為了達到高效和減少溫室氣體排放的目的,以盡量少使用燃料來滿足動力要求。例如,一些混合驅動車在發動機模式時利用多余動力對電池充電,當電池充電完成時則切向電動模式。相應地空調系統的設計面臨新的挑戰:因為無論發動機模式和電動模式時都需要空調(或采暖)。豐田混合動力車為了節約燃料設計成在發動機模式和電動模式中間來回切換,只在發動機模式下開啟空調,因為空調的壓縮機由發動機通過皮帶驅動,發動機必須運行以產生熱量,在汽車臨時停車或持續減速時切換到電動模式—只有在需要空調時才開啟發動機。本田的混合驅動車有一個小汽油發動機,與電動馬達并行以補充動力。本田采用獨特的“經濟模式”使發動機階段性地怠速運行,以確保車室內保持在舒適的溫度。在空調(或采暖)負荷較大時,需要保持發動機連續運轉,以確保舒適性。
3).新的零部件技術可減少空調或采暖負荷增強車身隔熱、改進門封結構、玻璃鍍層和其它新技術的應用都可減少車室熱負荷,從而減少用于空調或采暖的能耗而減少溫室氣體排放。技術選擇
至少有六種方案可減少汽車空調系統的溫室氣體排放量,三種方案是改進現在HFC134a系統,三種方案是采用新的制冷劑,每一個方案都有其優缺點。
黑龍江大學劍橋學院2011屆畢業論文
方案一:改進HFC134a系統的維修和處理環節
在維修和報廢空調系統時回收和再利用HFC134a,以減少直接排放對氣候的影響。這一方案需要國家法律保證。據估計發達國家在1~2年內的回收率可達90%,而發展中國家的實施則需要2~3年時間。
方案二:改進HFC134a系統
這一方案通過改進傳統的HFC134a系統,減少系統充注量、提高部件品質來提高系統效率。與制冷劑回收相結合,這一方案的收益最高。估計改進后的HFC134a系統會在1~3年實施。Visteon[3]其傳統HFC134a系統進行了改造,以變排量壓縮機取代原有170cc的旋轉斜盤式壓縮機,以同樣換熱面積的過冷式冷凝器代替原平行流冷凝器,以同樣換熱面積的擠壓管蒸發器代替原層疊式蒸發器,以1.5冷噸的熱力膨脹閥取代原系統中采用的節流短管,新系統同時采用了新型軟管和接頭,使制冷劑泄漏分別減少78%和88%。新系統的充注量下降了18%,而系統COP則提高了32%。
方案三:全封閉HFC134a系統
這一方案是采用全封閉的HFC134a系統及制冷劑回收技術,其實施時間依賴于電動汽車投入市場的時間和市場占有率,據估計至少需要4~5年時間。全封閉系統在固定空調中的使用已經很成熟,在汽車上的使用沒有大的技術障礙。這種系統對目前正在開發的傳統內燃機汽車高電壓系統和未來的電動、混合驅動車都非常有吸引力。
方案四:在改進的系統中使用碳氫制冷劑
汽車生產商和供應商們在正研制使用碳氫為制冷劑的汽車空調系統,尤其是采用載冷劑方式降低可燃性危險的兩級系統更有吸引力。1999年Delphi開發了帶兩級冷卻循環的碳氫系統(圖4),并在鳳凰城會議上與HFC134a系統進行了比較,但新系統的效率和可靠性仍有待進一步的研究。在汽車中使用可燃制冷劑必須經過大量工程驗證和測試,而且在商業化以前必須經過制訂標準、維修程序、生產和技工培訓的過程。但這一方案與封閉系統和二
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氧化碳系統相比沒有大的技術障礙。據估計在
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設備和專業培訓。估計正式使用時間4~7年以后。
第三篇:汽車空調系統實驗報告
汽車空調系統實驗報告
車輛2 陳樹郁 201131150501
一、實驗目的
1.學習并理解汽車空調系統的組成及基本工作原理;
2.熟悉空調系統的制冷循環路線;
3.掌握對空調系統的操作以及控制系統的結構原理;
4.理解壓力表的結構原理以及對壓力表的操作;
5.理解制冷劑的作用并能掌握加注方法;
6.具有診斷和排除汽車空調系統常見故障的技能。
二、空調工作基本原理
發動機驅動的壓縮機將氣態的制冷劑從蒸發器中抽出,并將其送入冷凝器。高壓氣態制冷劑經冷凝器時液化而進行熱交換(釋放熱量),熱量被車外的空氣帶走。然后高壓液態的制冷劑經膨脹閥的節流作用而降壓,低壓液態制冷劑在蒸發器中氣化而進行熱交換(吸收熱量),此時蒸發器附近被冷卻了的空氣通過鼓風機吹入車廂內。接著氣態制冷劑又被壓縮機抽走,泵入冷凝器,如此使制冷劑進行封閉的循環流動,不斷地將車廂內的熱量排到車外,使車廂內的氣溫降至適宜的溫度。
三、實驗設備
1.曲柄連桿式壓縮機(由曲柄,連桿,活塞,進排氣閥等組成);
2.斜盤式壓縮機(由主軸,斜盤,氣缸,活塞,進排閥等組成);
3.冷凝器、干燥器、膨脹閥、蒸發器、壓力表、制冷劑罐、真空泵、空調系統示教臺。
四、實驗設備簡介
1.空調壓縮機
a)壓縮機的功能
把蒸發器中吸收熱量后產生的低溫低壓冷凍劑蒸氣吸入后進行壓縮,升高其壓力和溫度之后送往冷凝器,使冷凍劑在冷卻循環中進行循環,由蒸發器吸收的熱量在通過冷凝器時散發掉。
b)壓縮機的種類
壓縮機的種類分為曲軸連桿式、斜盤式搖盤式、雙作用軸向斜盤式、渦旋式、旋轉葉片式等;
c)壓縮機的工作原理(雙作用式)
當主軸帶動斜盤轉動時,斜盤便驅動活塞作軸向移動,由于活塞在前后布置的氣缸中同時作軸向運動,這相當于兩個活塞在作雙向運動。
d)工作過程
前缸活塞向左移動時,排氣閥片關閉,缸內壓力下降,吸氣閥片打開,低壓蒸氣進入氣缸開始了吸氣過程,一直到活塞向左移動到終點為止;與此同時后缸活塞也向左移動,但不同的是后缸活塞處于壓縮過程,在這過程中蒸氣不斷被壓縮,壓力和溫度不斷上升,上升到一定程度時,排氣閥片打開,轉到排氣過程,一直到活塞移動到最左邊為止。這樣斜盤每轉動一周,前后兩個活塞分別同時完成吸氣、壓縮過程,這樣一次循環,相當于兩個工作循環。
e)壓縮機電磁離合器
壓縮機電磁離合器在需要的時候可以接通或切斷發動機與壓縮機之間的動力傳遞;另外,當壓縮機過載時,它還能起到一定的保護作用。2.冷凝器
空調冷凝器用于制冷空調系統,管內制冷液直接與管外空氣強制進行熱交換,以達到制冷空氣的效果。
在制冷時為系統的高壓設備(冷暖熱泵型在制熱狀態時為低壓設備),裝在壓縮機排氣口和節流裝置(毛細管或電子膨脹閥)之間,由空調壓縮機中排出的高溫高壓氣體,進入冷凝器,通過銅管和鋁箔片散熱冷卻,空調器中都裝有軸流式冷卻風扇,采用的是風冷式,使制冷劑在冷卻凝結過程中,壓力不變,溫度降低。由氣體轉化為液體。
在冷凝器內制冷劑發生變化的過程,在理論上可以看成等溫變化過程。實際上它有三個作用,一是空氣帶走了壓縮機送來的 高溫空調制冷劑氣體的過熱部分,使其成為干燥飽和蒸氣;二是在飽和溫度不變的情況下進行液化;三是當空氣溫度低于冷凝溫度時,將已液化的制冷劑進一步冷卻 到與周圍空氣相同的溫度,起到冷卻作用
目前汽車空調冷凝器有管片式、管帶式以及平行流式3種。
3.干燥器
儲液干燥器串聯在冷凝器與膨脹閥之間的管路上,使從冷凝器中來的高壓制冷劑液體經過濾、干燥后流向膨脹閥。在制冷系統中,它起到儲液、干燥和過濾液態制冷劑的作用。制冷劑和冷凍機油中含有微量水分,當這些水分通過節流裝置時,由于壓力和溫度下降,水分便容易凝結成冰,造成系統堵塞的“冰堵”故障。干燥的最主要功用是防止水分在制冷系統中造成冰堵。
此外,制冷系統會由于制造維修時,而帶入一些雜物,同時,金屬的腐蝕作用也會產生一些雜質。上述雜質與制冷系統的制冷劑混合在一起,在系統中循環便很容易將系統中堵塞,影響正常工作,同時也會增加壓縮機的磨損,所以干燥器的另一重要作用是過濾。
4.膨脹閥
膨脹閥也稱節流閥,是組成汽車空調制冷系統的主要部件,安裝在蒸發器入口處。功能是把來自貯液干燥器的高壓液態制冷劑節流減壓,調節和控制進入蒸發器中的液態制冷劑量,使之適應制冷負荷的變化,同時可防止壓縮機發生液擊現象(即未蒸發的液態制冷劑進入壓縮機后被壓縮,極易引起壓縮機閥片的損壞)和蒸發器出口蒸氣異常過熱。
目前膨脹閥主要有內平衡熱力膨脹閥、外平衡熱力膨脹閥、H型膨脹閥、膨脹節流管(孔管)四種結構形式。
膨脹閥工作原理:它有四個接口通往空調系統,一個接干燥過濾器出口,一個接蒸發器入口。另外兩個接口,一個接蒸發器出口,一個接壓縮機進口。感溫元件處在從蒸發器出來的制冷劑氣流中。這種膨脹閥是溫控式的,當冷卻負荷的增加導致蒸發器向外輸出的溫度升高,感溫包的溫度也隨之升高并產生膨脹作用。通過膜片和推桿推動球閥使截面加大,制冷劑進入蒸發器的流量加大。當蒸發器內制冷劑輸出溫度有所下降時,感溫包收縮,球閥的橫截面減小,導致制冷劑進入蒸發器的流速減慢。閥門的開度大小取決于蒸發器輸出端的溫度。
5.蒸發器
空調蒸發器的作用是利用液態低溫制冷劑在低壓下易蒸發,轉變為蒸氣并吸收周圍空氣的熱量,風機再將冷風吹到車室內,達到制冷目的。
6.制冷劑
制冷劑又稱制冷工質,在南方一些地區俗稱雪種。它是在制冷系統中不斷循環并通過其本身的狀態變化以實現制冷的工作物質。制冷劑在蒸發器內吸收被冷卻介質(水或空氣等)的熱量而汽化,在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。
以前的汽車使用的制冷劑為R-12,它會破壞臭氧層,已淘汰,制冷劑不可混用。目前空調使用的制冷劑,一種是R22制冷劑,另一種是R410A新冷媒。
五、實驗過程
1、制冷劑加注過程
空調系統在加注制冷劑前必須抽真空,而抽真空的目的是為了清除系統中的空氣及水分,并進一步檢查系統在真空情況下的密封性。a)抽真空步驟
① 將歧管壓力表中黃色(中間)軟管的接頭接到真空泵上,將藍色(低壓)軟管 的接頭接到低壓管路維修閥口上,將紅色(高壓)軟管接頭接到高壓管路維修閥口上;② 打開歧管壓力表,打開高低壓手動閥,啟動真空泵; ③ 抽真空到低壓表的負壓值高于l00kPa;
④ 關閉高低壓手動閥,其低壓側表針在10分鐘內不得有明顯回升。若無,則可向系統內充注制冷劑;若有,就應向系統內充入少量制冷劑進行查找、檢修泄漏點,并重新抽真空。b)制冷劑加注步驟
將壓力表黃色軟管接頭從真空泵上接到倒的制冷劑鋼瓶接口上;
擰開壓力表高壓手動閥,向系統中加入液態制冷劑,直到規定量;若不能加注到規定量,可按步驟b補充。注:加注液態制冷劑時,不可擰開低壓手動閥,以防產生液擊;不能啟動空調,以防制冷劑倒灌入鋼瓶中產生危險。c)加注氣態制冷劑
① 將壓力表中黃色軟管接頭從真空泵上接到正立的制冷劑鋼瓶接口上; ② 擰開鋼瓶閥門,擰松壓力表黃色軟管螺母,直到有制冷劑氣體外泄約2-3 秒鐘,然后擰緊螺母;
③ 擰開壓力表低壓手動閥,向系統中加入氣態制冷劑,當系統壓力高于 2.5kg/cm2時,關閉低壓閥;
④ 啟動發動機,同時啟動空調且置最大制冷工況檔; ⑤ 再打開低壓手動閥,讓制冷劑吸入系統,直到規定量。
需注意的是補充制冷劑,可用壓力表和視液鏡觀查法來確定制冷劑是否足量。
2、空調泄露點的查找
a)直接查找有油污的地方,若過于隱蔽也可把洗潔精水涂抹在管道上,有氣泡冒出的地方即為泄露點;
b)用試燈法檢測,若火苗呈綠色則燈接近處即為泄露點; c)電子檢測法檢測,將探頭伸到可疑泄露處,若有冷媒泄露則在顯示屏上有顯示,在檢測過程中要注意調節靈敏度; d)熒光法檢測泄漏量很小的泄露點。
六、實驗心得
1.通過實驗對空調的組成零部件有了更深層的了解;
2.在實驗不斷思考的過程中,對空調的工作原理、檢測與維護的知識得到進一 步的提升;增強了自身的學習能力;
3.冷媒發生的變化:
a)壓縮機:低溫低壓氣態制冷劑壓縮成高溫高壓制冷劑
b)冷凝器:將高壓制冷劑蒸汽冷凝成中溫高壓液體(注:從冷凝器中出來的為液態冷媒,流經干燥瓶吸收了多余的水分)
c)蒸發器:低溫低壓的液態制冷劑蒸發成低溫低壓的制冷劑蒸汽
4.通過學習解決了之前在4S店實習中遇到汽車空調蒸發器至壓縮機空氣入口 之間的低壓管路結霜的問題,結合課堂上的知識,我認為應該有以下幾個原因: a)管道堵塞 b)鼓風機不運轉 c)干燥瓶不起做用 d)溫度傳感器失效
第四篇:國外大豆加工食品及加工技術發展趨勢
國外大豆加工食品及加工技術發展趨勢
大豆飲料原本就含有異黃酮成分,現在再外加大豆異黃酮提取物強化了這一成分,但是強化時異黃酮的溶解性是個問題。為此,在溶解大豆異黃酮濃縮物時需配加乳化劑,或者通過均質機進行均質處理。
豆奶及以大豆為基料的飲料也有外加各種形式大豆蛋白的,飲料中大多使用分離大豆蛋白和濃縮大豆蛋白。供應大豆蛋白和異黃酮公司的應用研究人員第蘭克塔·埃戈巴特博士指出:“為了形成各種不同黏性狀態,市場上的許多大豆分離蛋白可以使最終制品飲料保持良好的性質。”為制作有穩妥黏度的大豆“夏克”,需要使用高黏度蛋白質,而制作類似牛奶黏度的高蛋白質“夏克”,則需使用低黏度蛋白質。為制作果汁基礎的飲料,還需經過特殊的穩定化處理,以使用果膠為穩定劑最理想,工藝中還同時需要均質機處理。
埃戈巴特博士指出,制作透明型液體飲料的大豆蛋白迄今為止市場上還沒有,“只要少量使用大豆蛋白,就會形成較為混濁的飲料。現在,為制作透明飲料需要使用相當水解度的蛋白制品,但市面上尚無相應的產品,而且目前尚未得到證明,高度水解的大豆蛋白制品也有益于心臟健康。”
大豆蛋白加入飲料時會出現豆腥味,因此加工時需試驗改良風味,現在此類試驗和研究很多。在香精香料業界,目前已經開發出可供大豆飲料用的多種屏蔽性香精。在飲料用大豆蛋白市場上,用于粉末型大豆蛋白的屏蔽性香精也已有同樣的開發,因此今后飲料公司可以很容易地加工制成高級大豆基料產品。
●大豆蛋白制作植物“牛肉”
美國的華盛頓食品公司、鮑卡漢堡(包)公司、拉伊特拉伊夫公司和耶布公司等許多企業現在都在市場上供應以大豆為基礎材料的肉類替代制品,它們在味道、組織結構和外觀上近似于肉、家禽或魚肉制品。最早的肉替代品分別用大豆粉制成,現在已改由組織狀大豆粉、大豆濃縮蛋白、大豆分離蛋白或者由它們按比例組合處理加工而成。
有關專家指出,用于制作肉代替品的大豆蛋白有多種類型:制作植物性餡餅“派”和香腸的主要使用組織狀大豆粉、組織狀大豆蛋白濃縮物和大豆分離蛋白;加工法蘭克福香腸大多采用可賦予成品某種組織結構特性的大豆分離蛋白制品。
通常大豆分離蛋白和濃縮蛋白為提高肉代替品中的蛋白質量而使用,同時也有賦予功能性的目的。大豆濃縮物與水結合后提高了肉制品中的持水力,大豆蛋白濃縮物在粗絞碎肉糜中,在凍結、解凍和再加熱過程中有保持水分的作用。
研究人員指出,肉替代制品存在的一個課題是如何形成適當的組織結構和相應的風味,此時需要用肉以外的材料制作香精,利用化學反應的香精制作技術在開發生產優質香精時是有用的。此外,市場上也已經開始出現了能形成非常類似于肉類組織結構特性的新加工技術。有關專家說:“最近數年間,消費者非常希望在超市貨架上買到經過改良的肉代替制品及其他范圍廣泛的含大豆加工制品。”(來源:中國食品報)
第五篇:國外養牛業概況及發展趨勢
國外養牛業概況及發展趨勢
一、國外養牛業概況
據1996年統計,全世界有牛13.2億頭,其中水牛約1.52億頭。從牛的絕對數量看,養牛最多的國家是印度,約1.94億頭。按人口平均,新西蘭和烏拉圭的牛最多,平均每人約有牛3頭。全世界有奶牛2.29億頭,人均占有奶量為80.85公斤,其中以新西蘭人均占有奶量為最多,高達2757公斤。以下依次是丹麥(896.51公斤)、荷蘭(703公斤)、法國(519公斤)、澳大利亞(478.98
公斤)。奶牛的頭平產乳量最高的是以色列(9105公斤),其次是美國(7483公斤)。全世界肉類總產量為2.15億噸,其中牛肉產量達5666萬噸,僅次于豬肉產量,占肉類總產量的26.33%。有些國家消費牛肉量占肉類總量的比重亦較大,如烏拉圭牛肉消費量約占肉食總消費量的76%,阿根廷占71.19%,澳大利亞為54.74%。全世界肉牛的平均胴體重為203公斤,以色列的肉牛胴體重為350公斤,美國為305公斤,加拿大為288公斤。
二、世界養牛業發展趨勢
(一)養牛場數目減少,經營規模擴大近年來隨著世界性的牛奶過剩,使得一些中小型奶牛場被兼并或轉產,因而養牛場的數目大幅度減少,而養牛場的規模則不斷擴大,并且日益趨向專業化、工廠化發展,普遍提高了機械化水平,實行集約化的經營管理。如美國,奶牛場由 20多年前的3000萬家減少到現在的200多萬家,其中飼養1000頭左右的大型奶牛場有幾萬個;飼養5000頭以上的特大型奶牛場也有幾十個。這些工廠化大企業所生產的牛奶,約占全國所需商品奶的95%。加拿大奶牛場的數量比以前下降31%,而飼養頭數卻增加34%。由于采取這些措施,增強了抗風險能力,并獲得較高的經濟效益。
(二)開展新技術的推廣應用隨著生物科學技術突飛猛進的發展,使大批成熟的高新技術,如基因工程、同期發情、冷胚移植、同卵雙生、胚胎性別鑒定、胚胎分割、激素免疫等,在養牛業中得到推廣應用,并取得較好效果。此外,在牛的育種、飼養管理方面,實行了微機管理,從而大幅度提高了養牛業的生產水平。
(三)品種大型化世界上培育的奶牛和肉牛品種較多,近年來各國為了提高牛的生產水平,都在優選品種。各國飼養的奶牛品種,除荷斯坦奶牛(即黑白花
奶牛)外,還有愛爾夏牛和娟姍牛等,但近年來奶牛品種日趨單一化與大型化。各國飼養荷斯坦奶牛的頭數日益增加,其原因是荷斯坦奶牛具有產乳量高、產乳的飼料報酬高、生長奉育快、瘦肉多等優點,故在奶牛中飼養的比例不斷增加,其他奶牛品種則日漸減少。如美國和日本,荷斯坦奶牛占飼養奶牛總數的90%以上,英國占64%,荷蘭、新西蘭、澳大利亞等亦是以發展荷斯坦奶牛為主。在肉牛業,由于人們普遍厭惡動物脂肪,追求瘦肉多,而大型品種的特點是生長快,可以在年齡不大的時候屠宰,使瘦肉多而脂肪少,符合市場需要,因此夏洛來、西門塔爾等大型品種,引起了飼養者的廣泛興趣。原飼養海福特、安格斯、短角牛等中、小型肉牛品種的國家,亦相繼引入大型肉牛品種。近年來,我國也先后引進夏洛來、利木贊、西門塔爾牛等良種與本地黃牛雜交,獲得了較好改良效果。
(四)肉牛生產發展迅速自60年代以來,肉牛業蓬勃發展,在牛的總數中肉牛的比重越來越大。1977年世界肉類總產量為1.26億噸,其中牛肉產量達4600萬噸,占肉類總產量的3796,比1961—1965年(3087萬噸)增加1513萬噸,增長4996;到1991年達到5300萬噸,比1969—1971年(4000萬噸)增加1300萬噸,增長32.50%。有些國家減少了奶牛的飼養頭數,肉牛的飼養頭數急劇增加,如美國1976年奶牛的頭數比1955年減少。
(五)重視飼料加工的研究,實行全價飼養70年代以前,國外對牛的飼料加工尚停留在曬制于草、玉米整株青貯、谷物磨碎等幾項簡易方法。近幾年來一些養牛業發達的國家推行了一系列新的飼料加工技術,從而提高了養牛業的經濟效益。
據專家研究得知,谷物生產的總能量有一半在籽實,有一半在秸稈內。全世界秸稈的年產量約為20億噸,如何利用這樣大的能量,受到了許多國家的重視。聯合國糧農組織(FAO)于1976年召開了關于開辟新的飼料資源的技術討論會,會議指出,可采用生物化學、物理和化學方法來提高秸稈的利用率。對籽實飼料,一些國家采取了擠壓法、膠化法、濕化法、顆粒化等加工技術。此外,有些國家為了進一步發揮奶牛和肉牛的生產潛力,推行混合日糧,實行全價飼養,其作法是將粗料和精料混合,壓制成顆粒飼料喂牛。
在發達國家,以往采用大量精料喂牛,致使牛采食精料過多,造成牛發生
消化疾病和代謝疾病增多,牛過于肥胖又會發生繁殖障礙。有鑒于此,有些國家在牛的日糧中增加了粗料的比例。如美國在1972—1973年間精料比例為52%,近年來有些牛場將精料減少為21%。國外使用玉米肥育肉牛也日益增多。美國在牧區繁殖肉用小牛,養到7~8月齡時轉到糧食產區,利用青貯玉米催肥,經10個月育肥,體重達500公斤左右屠宰。德國巴伐利亞地區88%的公牛用青貯玉米肥育,平均日增重為1.074公斤。
(六)充分利用雜種優勢原蘇聯研究了100多個牛的雜交組合,證明雜交后代比純種牛多產肉10~15%。美國也證明,兩品種雜交后代的產肉力比純種牛提高15%~20%。在發展中國家,大量引進高產品種與當地牛進行雜交改良,以提高生產力,致使原有品種減少,有些品種已經絕跡。據法國Lauv在歐洲地中海調查得知,原有149個地方品種中僅有33個品種目前還維持現狀,其余品種已逐漸減少或已達到滅絕的邊緣。