太阳能发电与汽车空调热能与动力装置基础课程论文Word文档格式.docx

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汽

车

空

调

一太阳能发电应用到汽车空调的设想

太阳能技术已经逐步应用到汽

车领域中，太阳能发电机的出现

以太阳能为动力装置的汽车已经问世，但是由于太阳能发电系统的效率较低，有时不足以为汽车提供足够的电力，但太阳能发电系统的电量足够用来驱动汽车内空调的运行。

太阳能制冷空调已经投入使用，但是体积较大，不能安装在车上，但太阳能光伏发电系统安装在汽车上，驱动汽车空调系统可以实现。

二汽车空调与太阳能发电的发展概述

随着汽车工业的发展，世界各国的汽车制造公司在不断的改善汽车的动力性、经济性、安全性、排放性的同事，也十分重视汽车的舒适性的提高，安装空调控制车内温度是提高舒适性的重要方面。

目前发达股价中80%以上的汽车安装了空调，我国汽车安装空调的比例也逐年增加。

汽车空调是只对汽车车厢内的空气质量进行调节的装置。

不管车外天气状况如何变化，他能把车内空气的温度湿度流速洁度保持在驾驶人员感觉舒适的范围内。

汽车空调起着调节温度、调节湿度、调节气流、净化空气等。

汽车空调的特点：

汽车是运载工具内部空间有限；

工作环境温度高，振动大；

发动机驱动压缩机，其转速变化大；

汽车一启动，就要快速冷却，要求压缩机效率高，体积小，性能可靠；

对空调器的其他部件要求也同样；

空调制冷剂易泄露；

汽车结构紧凑，空调安装困难；

目前汽车空调用电力驱动是不能实现的，杜宇一些中小型车，单独给空调系统增加一个内燃机又是不经济的，因而非独立式汽车空调均采用汽车发电机作为动力源，使空调系统受发动机工况的影响较大。

如果能够给汽车空调提供电力，将减小汽车电动机的负荷，减少耗油量，提高效率。

汽车是移动的，近年来太阳能发电技术的不断发展为汽车供电提供了可能。

太阳能作为一种清洁的新能源，其储存丰富、无需运输、又不会污染被环境。

太阳能的利用一般分光热转换和光电转换。

前者为太阳能的热利用。

后者利用光电效应将太阳能转换为电能。

太阳能光伏发电是根据光伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

理论上讲，太阳能光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

三太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。

如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

各部分的作用为：

（一）太阳能电池板：

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（二）太阳能控制器：

太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；

（三）蓄电池：

一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（四）逆变器：

太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。

为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

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四汽车空调系统的组成及原理

完善的汽车空调系统应该由采暖系统、制冷系统、送风系统、通风及空气净化系统、电气控制系统5个部分组成。

1、采暖系统

汽车空调向车内提供暖风，提高车内温度，在冬天时不再寒冷。

如果是在冬季或者初春，室内外温差较大，车窗玻璃会结霜或者起雾，影响视线不利于安全，此时用暖风除霜和除雾。

其系统组成如下图：

采暖系统的工作原理如下图所示，水暖式采暖系统为例。

从发动机出来的冷却液经过节温器，在温度达到80℃时，节温器开启，让发动机冷却液流到采暖系统的加热器，在节温器和加热器之间设置了一个热水开关，用来控制热水流的流动。

冷却液的另一部分流到散热器散热。

冷却液在散热器散热，用来加热周围空气，然后再用风扇送到车内。

冷却液从加热器出来，通过水泵的泵收，重新进入发动机内，冷却发动机，完成采暖循环。

2、制冷系统

在天气较热时，制冷系统提供冷气，带走车厢内的热量，降低车厢温度。

汽车空调制冷系统适宜用制冷剂由于温度变化而导致形态版画的原理来产生制冷效应的。

过去常采用R12作为制冷剂，但由于R12中含有氯离子，是其中会分离出氯离子破会臭氧层，因此禁止使用R12作制冷剂。

一般使用R134a作为汽车制冷剂。

制冷系统的组成

压缩机是空调制冷系统的心脏。

它是使制冷剂在系统内循环的动力源。

它的作用是是R134a由低温低压气体变成高温高压气体。

压缩机的动力由汽车太阳能发电系统提供。

使用摇摆斜盘式压缩机，如图

冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压气体进行冷却，并使其凝结为液体，您解释放出热量排放到大气中。

与水箱一起安装在车头。

采用管片式冷凝器，如图所示：

图2-6供应奔驰系列光片式冷凝器

储液干燥器实际上是一个储存制冷剂以及吸收制冷剂水分、杂志的装置。

干燥器在安装过程中必须最后一个安装到系统中，防止空气进入干燥器。

储液干燥器组成如图

图2—7储液干燥器的组成

1—输液管2—弹簧3—多孔盖板4—罐体5—杯壳6—干燥剂7—连接管8—过滤布9—胶垫10—滤网11—制冷剂补充阀12—高低压力开关13—出口14—观察口15—螺丝16—进口17—支架

蒸发器的作用与冷凝器的作用恰好相反，它是制冷剂有液态变成气态吸收热量的场所。

膨胀阀把来自贮液干燥器的高压液态制冷剂节流减压，调节和控制进入蒸发器中的液态制冷剂量，使之适应制冷负荷的变化，同时可防止压缩机发生液击现象和蒸发器出口蒸气异常过热。

汽车空调制冷系统采用的感温式膨胀阀，也叫热力膨胀阀，它是利用装在蒸发器出口处的感温包来感知制冷剂蒸气的过热度（过热度是指蒸气实际温度高于蒸发温度的数值），由此来调节膨胀阀开度的大小，从而控制进入蒸发器的液态制冷剂流量。

内感温式H型汽车空调热力膨胀阀

汽车空调的制冷原理：

压缩机由太阳能发电系统直接驱动，冷凝器安装在汽车散热器的前方，而蒸发器在车里面，工作时从蒸发器出来的低压气态致冷剂流经压缩机变成高压高温气体，经过冷凝器散热管降温冷却变成高压低温的液体，再经过贮液干燥器除湿与缓冲，然后以较稳定的压力和流量流向膨胀阀，经节流和降压最后流向蒸发器。

致冷剂一遇低压环境即蒸发，吸收大量热能。

车厢内的空气不断流经蒸发器，车厢内温度也就因此降低。

液态致冷剂流经蒸发器后再次变成低压气体，又重新被吸入压缩机进行下一次的循环工作。

在整个系统中，膨胀阀是控制致冷剂进入蒸发器的机关，致冷剂进入蒸发器太多就不易蒸发而太少冷气又会不够，因此膨胀阀是调节中枢。

而压缩机是系统的心脏，系统循环的动力源泉。

4.送风系统

送风系统作用是吸入来自车内或车外的空气，竞争法其制冷或加热器加热户通过一些风门的控制后送到车的各个部位。

下图为汽车空调系统出风口布置与送风系统的组成。

图2—11空调系统出风口布置图

5.通风及净化系统

车内空气易受污染，需要进行通风和空气净化。

通风分为动压同风和强制通风。

净化系统通常用空气过滤式和静电除尘式。

6.采用电子控制系统控制汽车空调系统。

常用电路如图：

五风道系统设计

1．风道设计需考虑的因素

1）必须考虑车身总布置设计和内饰造型设计，以及底盘设计中和风道有关的情况。

2）风道不能泄漏，以保证空调系统功能的发挥。

3）对风道要进行隔热保温处理，以减少通过风道壁的得热和失热。

4）要考虑风量平衡，风道中空气流动过程中各支管间的压力损失差值不要超过15％，应对沿程压力损失进行详细计算。

5）风道的气流噪声必须控制在允许的范围内。

因此风道的风速要进行控制。

通常设备出风口风速控制在6.5～1lm/s，新风入口处风速5～6m/s，主风道风速5.5～8m/s，支风道风速4～5.5m/s，过滤器风速l～1.5m/s。

2．风道的阻力计算方法

（1）风道沿程压力损失

1）单位长度的沿程摩擦损失。

又称比摩阻，用pm（Pa）表示，计算式如下：

式中λ——摩擦阻力系数；

v——风道内空气的平均流速（m/s）；

Rs——风道的水力半径（m）；

A——风道的过流断面面积（m2）；

P——风道的周长（m）。

按风道水力半径的计算式，对于圆形风道，由于Rs=D/4，可得

式中D——圆形风道的内径（m）。

对于矩形风道，由于Rs=

，可得

式中a——矩形风道的内边长（m）；

b——矩形风道短边的内边长（m）。

2）摩擦阻力系数λ。

λ的确定比较复杂，因为λ是雷诺数R和管壁相对粗糙度n的函数。

若空气流动呈层流状态时（Re<

2300），λ值与管壁表面粗糙度无关，只与Re有关。

即：

λ=64/Re（4-50）

3）风道内的风速。

风速直接影响管道内阻力损失，如果在相同风量时，风道中风速选得过大。

虽然风道尺寸可以取小．有利于制造安装，但是这种情况下，风道内空气流动的阻力会以速度的平方值增加，为满足出口风速要求，需配置高压风机，不仅消耗较多的功率，而且气流噪声也很大。

反之，在相同的风量条件下，把空气速度选得很小，虽然风道阻力损失减小，但风道尺寸过大，制造安装不方便，风道在车厢里所占空间过多。

为此，空调汽车风道的风速推荐数据见表4-15。

4）摩擦损失的简化计算，摩擦阻力系数和单位长度摩擦损失亦可用简化的计算公式进行计算。

风道材料为薄钢板。

风道内壁表面各凸出部分的平均高度λ=015ram时，摩擦阻力系数λ值为

单位长度的摩擦损失pm值为：

式中D——圆形风道内径或是风道当量直径，D在0.2～2m范围内适用；

v——风道内空气的平均流速，在5～30m/s范围内适用

。

（2）风道的局部压力损失

局部构件，其所引起的局部阻力损失Δpj均可按下式计算：

式中Δpj——局部压力损失（Pa）；

ζ——局部阻力系数。

（3）风道设计中的一些技术措施设计风道时，为了减小局部阻力，通常采取如下技术措施：

1）避免风道断面突变

2）风道应尽量减少转弯力系数。

3）处理好局部管件的形成与连接。

4）风道与风机连接应合理。

5）出风口的出口流速应尽量降低。

6）减小气流在风道进口处的局部阻力。

7）风道的截面要与车身总布置及内饰造型相协调。

六总论

近年来随着生活水平的提高，汽车市场需求不断增大，我国的汽车行业发展迅猛，汽车的安全性能和舒适性能不断提高和完善。

汽车空调的安装更加的普及。

由于环境危机的加大，汽车行业已经在开发新能源了，节能和环保是现代汽车的发展趋势。

太阳能光伏发电技术被认为是当今世界最具发展前景的新能源技术。

太阳能技术服务于汽车行业的发展，将大大加快汽车技术的进步。

参考文献：

【1】孔德玲，赵兰萍，杨志刚；

汽车空调的研究现状及发展及前景

【2】陈江平；

国外汽车空调系统技术发展趋势

【3】萨比特，梁荣光，罗胜平；

汽车空调一些关键技术发展的展望

【4】张忠于，姜彦平；

汽车空调系统的技术发展

【5】可再生能源发展战略研讨会论文集，清华大学

【6】赵争鸣等太阳能发电应用综合系统

【7】流体力学

【8】电工电子技术

【9】赵争鸣太阳能光伏发电及其应用

【10】王长贵，王斯成；

太阳能光伏发电实用技术

【11】新能源与动力装置