Закрыть
Войдите используя аккаунт ДП:
Запомнить меня
Вы можете войти как участник:

Мы вышлем его на почту:

Будущее автомобильных кондиционеров

23.03.11

HFO1234yf — это обозначение нового хладагента, разработанного в связи с запретом Еврокомиссией использования R-134a. Ограничения коснутся всех автомобилей «нового модельного ряда», запланированных к выпуску в 2011 году и выставляемых на продажу в странах Европейского союза.В течение нескольких последующих лет прежние технологии будут полностью заменены новыми. Причина тому — забота об экологии: фреон R-134a, как известно, усугубляет глобальное потепление. Что любопытно, наибольший вред окружающей среде наносит не сам хладагент, попадающий в атмосферу, а выхлопные газы и дополнительное количество сжигаемого топлива, необходимое для функционирования автомобильного кондиционера.Вы уже наверняка заметили некоторые изменения, способствующие более эффективной работе автокондиционера: уменьшение размеров компрессора и энергопотребления всей системы приводит к снижению энергозатрат на циркуляцию хладагента; компрессоры с регулируемым рабочим объемом позволяют контролировать количество хладагента, необходимого для поддержания микроклимата в салоне; компрессор с электроприводом, в отличие от компрессора с ременным приводом, снижает нагрузку на двигатель. Однако и этого теперь недостаточно.

Испаритель эжекционного цикличного действия

Представьте себе классический терморегулирующий вентиль (ТРВ). Компрессор сжимает хладагент и обеспечивает его циркуляцию через ТРВ, где происходит распыление и понижение давления жидкого хладагента, поступающего затем в испаритель. Вся энергия, необходимая для прохождения хладагента через ТРВ, теряется при испарении.Для частичной экономии этой энергии компания DENSO разработала испаритель эжекционного цикличного действия. «Новая система кондиционирования снижает энергопотребление компрессора приблизительно на 25 % по сравнению с обычными автокондиционерами», — заявляет Акио Шикамура (Akio Shikamura), представитель DENSO Thermal Systems Business Group.Компания DENSO впервые применила эжекционные технологии в 2003 году для холодильных установок авторефрижераторов и других крупных систем.Лишь недавно удалось добиться достаточного уменьшения размеров эжектора, чтобы использовать эти технологии в автомобилях.По сути, испаритель эжекционного цикличного действия — это два испарителя в одном корпусе: первичный и вторичный (сторона низкого давления).Хладагент движется так же, как и в обычной системе, вплоть до ТРВ, который в системе DENSO называется регулятором потока. Именно здесь и начинаются различия.Регуляторный вентиль эжекционной системы дозирует поток хладагента, но не дает ему испаряться, а пропускает его через капиллярную трубку во вторичный испаритель. Капиллярная трубка тоже регулирует поток хладагента, но самое интересное заключается в том, что именно заставляет хладагент двигаться.Эжектор представляет собой нечто вроде трубки с желобами, впускное отверстие которой имеет постоянное сечение. Находящийся под давлением хладагент проходит через нерегулируемое отверстие, и его скорость значительно увеличивается. Если скорость потока на входе можно сравнить со скоростью пешехода, то на выходе она увеличивается до скорости реактивного самолета. В связи с этим на выходном отверстии трубки создается зона низкого давления, под воздействием которого хладагент движется по капиллярной трубке и вторичному испарителю. Снижение скорости потока и давления во вторичном испарителе приводит к существенному падению температуры — это холодная часть конструкции.Хладагент проходит через выходное отверстие эжектора в первичный испаритель так же, как и в обычных системах. Однако хладагент, прошедший эжектор, и тот, что уже прошел через сторону низкого давления, смешиваются. Выпускное отверстие эжектора расширяется, поток хладагента замедляется, а давление хладагента на входе в первичный испаритель увеличивается.Поскольку давление на входе в первичный испаритель выше, чем в обычных системах, температура испарения также повышается, и меньше тепла поглощается из окружающей среды. Система автокондиционера базируется на сочетанииочень холодной спирали вторичного испарителя и совмещенного с ним первичного, что позволяет оптимально регулировать температуру в салоне.Преимущества вытекают из большего, по сравнению с обычным, давления на выходе. Разница давления на входе в компрессор и выходе из него меньше, поэтому меньше энергии тратится на вторичное нагнетание.Такая конструкция является революционной в том смысле, что она объединяет все элементы эжекционной системы в автомобильном кондиционере. В автомобилях Toyota Prius 2010 модельного года эта система способствует увеличению мощности. Однако это не первый случай, когда концепция эжекционного цикла применялась в автомобилестроении: Toyota Land Cruiser начиная с 2008 года и Lexus RX570 в качестве опции предлагают консольный охладитель с отдельным змеевиком испарителя, в то время как первичный испаритель находится, по обыкновению, под приборной доской. Поток хладагента распределяется между ними при помощи эжектора.И хотя на данный момент Toyota Prius является единственной моделью с уникальным испарителем эжекционного типа, можно представить, что эта ситуация скоро изменится.

Автомобильный кондиционер без компрессора

Термоэлектрический эффект — это возникновение электрического тока в цепи полупроводников при разнице температур. И напротив, если пропустить ток через проводник, то нагрев элементов произойдет в зависимости от направления движения тока.Способность этих устройств вырабатывать электричество, используя тепло работающего двигателя, может способствовать экономии топлива. По словам Джона Фэйрбенкса (John Fairbanks), руководителя отдела технологических разработок Министерства энергетики США, уже в 2012 модельном году термоэлектрические генераторы могут появиться в серийных автомобилях BMW, Ford или GM.Уже сейчас более 4 миллионов автомобилей имеют нагревательные/охладительные элементы, встроенные в сиденья, а в некоторых моделях такие элементы используются для охлаждения или подогрева напитков. Теперь представьте, что подобные элементы будут расположены на приборной доске и потолке салона автомобиля. Такая концепция называется «зональное кондиционирование воздуха», она позволяет регулировать температуру воздуха в зависимости от индивидуальных потребностей пассажиров. Как часто вам приходится видеть автомобиль, в котором находится более одного-двух человек?По мнению Джона Фэйрбенкса, на охлаждение одного человека потребуется около 630 ватт, в то время как обычный автокондиционер расходует от 3500 до 4500 ватт на те же цели. Термоэлектрический эффект, как полагает Фэйрбенкс, является одним из решений, подходящих для гибридных автомобилей с возможностью подзарядки от сети и автомобилей на электрических и топливных элементах.Внедрение этой концепции упирается в ряд сложностей, не меньшей из которых является стоимость материалов, используемых в производстве термоэлектрических проводников, а также КПД самих проводников. Программа транспортных технологий (Vehicle Technologies Program) Министерства энергетики США совместно Национальным научным фондом (National Science Foundation) занимается разработкой материалов с большей производительностью. В рамках этой программы в сентябре 2009 года компании Ford и GM получили субсидии на конструирование термоэлектрических автомобильных систем кондиционирования.

Адсорбционное охлаждение

Как и большинство современных технологий, эта концепция существует уже некоторое время, но еще не была применена на практике. Адсорбционное охлаждение — это открытый в 1824 году Майклом Фарадеем процесс, схожий с действием обычного кондиционера. Разница лишь в том, как хладагент движется по системе.Вместо механического компрессора используются два сорбционных генератора. Во время экспериментов Фарадей заметил, что при низких температурах определенные газы притягиваются к определенным материалам, а при повышении температуры газы вновь высвобождаются. Один генератор охлажден до температуры окружающей среды, что способствует притяжению исходящего из испарителя газообразного хладагента к поверхности генератора. Когда первый генератор заполняется, клапаны переключаются и начинает работать второй генератор. В это время происходит нагревание первого генератора, хладагент высвобождается и поступает в конденсатор.Необходимое тепло берется непосредственно из сбрасываемого тепла выхлопных газов. Поскольку почти 40 % энергии, высвобождаемой в процессе сгорания топлива, теряется впустую, энергообеспечение системы генераторов не представляет особой сложности. Проблема в том, что генераторы, которые смогут обеспечить требуемое охлаждение, должны быть размером с небольшой седан.Тем не менее группа ученых во главе с профессором Бобом Криптофом (Bob Critoph) из Инженерного колледжа при Уорикском институте недавно разработала инновационный тип сорбционного генератора, способного выполнять тот же объем работы при размерах чуть более 15х15х15 см. В таких генераторах используются охладительные трубки диаметром всего лишь 0,3 мм, проводящие метаноловый хладагент через абсорбент из активированного угля такой пористой структуры, что один грамм этого угля имеет поверхность, равную 14 000 м. Генераторы не используют механическую энергию двигателя, что влечет за собой снижение топливных затрат и уменьшение объема выхлопных газов.Проблема глобального потепления очень неоднозначна и волнует многих. Независимо от того, какой позиции вы придерживаетесь, вы, несомненно, согласитесь, что важны любые меры, направленные на сохранение природных ресурсов и укрепление экологии нашей планеты для последующих поколений.Новые технологии, описанные в этой статье, помогут нам справиться с этой задачей наиболее оптимальным образом. 

Понравилось?

Технологии