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汽车应用中的吸附空调技术:关键综述

期刊:preprintsDOI:10.20944/preprints202306.1171.v1

本文档属于类型b,即一篇综述论文。以下是对该文档的学术报告:

本文由Salvatore Vasta撰写,作者来自意大利国家研究委员会(CNR)的高级能源技术研究所“Nicola Giordano”(CNR-ITAE)。该论文于2023年6月16日发布在预印本平台Preprints上,题为《吸附空调在汽车应用中的关键综述》。本文旨在全面分析吸附空调技术在汽车应用中的最新进展,探讨其在提高能源效率和减少温室气体排放方面的潜力。

主要观点一:传统压缩空调系统的局限性

传统的蒸汽压缩空调系统在汽车应用中占据主导地位,但其高能耗和对环境有害的制冷剂使用促使了替代技术的探索。这些系统依赖于机械压缩,导致燃料消耗增加,特别是在城市驾驶中,空调使用可使燃料消耗增加高达20%。此外,常用的制冷剂如R134a因高全球变暖潜值(GWP)已被禁用,推动了向更环保制冷剂的过渡,如R1234yf和R152a。然而,这些替代制冷剂在性能和安全性方面仍存在挑战。

主要观点二:吸附空调技术的优势与挑战

吸附空调技术利用废热或太阳能驱动冷却过程,减少了对机械压缩的依赖,具有更高的能源效率和环境友好性。吸附系统通过吸附剂(如沸石、硅胶)和吸附质(如水、甲醇)之间的物理或化学吸附作用实现冷却。其优势包括减少发动机负荷、降低运行成本以及系统设计的简单性和可靠性。然而,吸附系统也面临冷却能力有限、响应时间较长、系统体积和重量较大等挑战,特别是在极端气候条件下表现不佳。

主要观点三:吸附空调系统在汽车中的应用研究

近年来,吸附空调技术在汽车中的应用研究取得了显著进展。研究表明,吸附系统的性能受吸附剂质量、吸附床设计、循环周期等因素影响。例如,减少吸附剂质量可以提高比冷却功率(SCP),但会降低性能系数(COP)。此外,优化吸附床的热交换器设计(如减小翅片间距)可以显著提高系统的热传递效率。一些研究还提出了模块化设计和双吸附床系统,以实现连续冷却效果。

主要观点四:吸附系统与压缩系统的性能比较

吸附系统在冷却能力、能源效率和系统集成方面与传统的蒸汽压缩系统存在显著差异。吸附系统的冷却能力密度较低,通常为70-110 W/kg,而压缩系统的冷却能力密度超过520 W/kg。此外,吸附系统的体积和重量较大,限制了其在小型车辆中的应用。然而,吸附系统在利用废热方面具有显著优势,特别是在长途卡车和重型车辆中,能够显著提高燃料效率并减少温室气体排放。

主要观点五:电动汽车中的空调技术挑战

随着电动汽车(EV)的普及,空调系统对电池续航里程的影响成为重要问题。电动汽车的空调系统通常由电池供电,其能耗会显著减少车辆的续航里程。研究表明,空调使用可使电动汽车的续航里程减少5-20%。因此,研究人员正在开发更高效的空调技术,如热泵系统、热存储系统和太阳能通风系统,以优化能源使用并延长续航里程。

主要观点六:未来研究方向与技术趋势

未来的研究重点包括提高吸附系统的冷却能力密度、减少系统体积和重量、优化吸附剂材料以及开发混合空调系统。混合系统结合了吸附和压缩技术的优势,能够在不同工况下实现高效冷却。此外,新型吸附剂材料(如金属有机框架材料MOFs)的研究也为提高吸附系统的性能提供了新的可能性。

论文的意义与价值

本文通过对吸附空调技术在汽车应用中的全面综述,为研究人员和工程师提供了宝贵的技术见解和未来研究方向。吸附系统在提高车辆能源效率和减少环境影响方面具有巨大潜力,但其商业化应用仍需克服技术、经济和集成方面的挑战。本文的研究为推动汽车空调技术的可持续发展提供了重要参考,特别是在全球向低碳交通转型的背景下,吸附空调技术有望成为未来汽车空调系统的重要组成部分。

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