环境污染和能源消耗日益加剧，我国高度重视节能减排情况，开发和利用周围的低品位热源、降低能源消耗和减少碳排放成为人们的关注点。目前，我国的汽车保有量巨大，提高汽车能源利用率能够大幅度减少整个汽车行业的总能耗。轻质石油系列产品（柴油、汽油等化石能源）是驱动汽车的主流燃料。传统的汽车制冷空调采用压缩式制冷，压缩机制冷效果较好，但压缩式制冷增大了汽车能耗，不利于节能减排[1]。与压缩式制冷相比，吸收式制冷技术利用低品位热能驱动的制冷方式，能够明显降低能源消耗，且汽车运行过程中产生的超过50%的余热以废热的形式被排至大气中，给吸收式制冷提供了有利条件。大量专家学者针对汽车余热的利用开展了大量研究，周东一[2]等、杨培志[3]等提出，改造汽车排气管和发动机冷却水箱结构作为发生器，用于吸收式制冷空调系统。李小华[4]等利用排气管的尾气作为余热，采用溴化锂吸收式制冷剂设计汽车制冷空调系统。肖尤明[5]等将溴化锂制冷工质注入发动机空腔，实现单效吸收式制冷循环。汽车余热制冷空调系统设计采用溴化锂制冷工质，但溴化锂/水制冷工质对会腐蚀管道，减少使用寿命[6-9]。因此，本文结合发动机余热利用的研究现状，设计连接汽车发动机的散热器上、下水室与吸收式制冷循环发生器，利用散热器的余热驱动吸收式制冷循环系统，采用含离子液体制冷工质对设计本空调制冷系统，旨在减少汽车空调制冷造成的能耗，利用发动机余热驱动制冷，从而减少废气、废热的排放量，降低对汽车动力性能的影响，帮助汽车发动机散热。1汽车制冷空调设计传统的汽车制冷空调采用压缩式制冷方式，需要消耗燃油转化的电能驱动，增加了燃料的消耗量，燃油的消耗产生尾气排放，不利于节能减排。汽车高速行驶时产生大量热能，需要依靠散热器进行散热，造成了热量浪费，产生了额外的能耗。因此，本研究的汽车空调制冷方式采用吸收式制冷，不需要压缩机参与，利用发动机的余热进行驱动，结合汽车散热器与吸收式制冷系统，提出由汽车发动机余热驱动的制冷空调系统。本研究的设计能够减少发动机的热能浪费，提高燃油的利用效率，达到节能减排的目的。设计将汽车散热器的上、下水室分离为两个舱室，作为高温发生器与低温发生器，工质对首先在低温发生器进行解吸作用，剩余未完全解吸的工质对溶液被高温发生器解吸，提高了吸收式制冷的性能。2吸收式制冷空调设计2.1吸收式制冷原理吸收式制冷循环为单效吸收式制冷循环，结构包括发生器、吸收器、蒸发器和冷凝器四个主要部件。吸收式制冷空调中，蒸发器中的制冷剂蒸汽在吸收器中被离子液体吸收，成为稀溶液，经过溶液泵加压被溶液换热器输送至发生器，吸收发动机的高温余热，稀溶液在发生器（吸收发动机的余热）中析出制冷剂，吸收剂成为浓溶液，同时释放高温、高压的制冷剂蒸汽。吸收剂依次经过放热、减压，回到吸收器。高温、高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器被冷却，流经节流阀，进入蒸发器制冷，制冷剂蒸汽重新进入吸收器被浓溶液吸收，完成整个制冷循环。吸收式制冷循环原理如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.008.F001图1吸收式制冷循环原理2.2余热利用的空调系统原理本项目采用制冷剂与离子液体组成制冷工质对，制冷剂与离子液体在吸收器内被混合，经低温发生器进行一次解析，形成气液混合的多相流体，由高温发生器进行二次解析，解析完成的制冷剂蒸汽被送至冷凝器冷凝为液体，冷凝后的液体经节流装置节流，到达蒸发器进行制冷，最终返回吸收器与离子液体混合，完成制冷剂循环过程；吸收剂在吸收器内吸收制冷剂，在溶液泵的帮助下依次到达低温发生器、高温发生器，完成解吸，在水泵的帮助下返回吸收器，完成吸收剂循环过程；重冷却水由发动机水套流入散热器的上水室，上水室与高温发生器相连，下水室与低温发生器相连，水室与发生器进行热量交换，热交换完成时，下水室内的冷却水温度降至一定程度，返回发动机水套冷却发动机并带走多余热量，完成整个冷却水循环过程。余热利用的制冷空调系统如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.008.F002图2余热利用的制冷空调系统利用发动机余热驱动的制冷空调系统将制冷循环中的发生器分为高温、低温两部分，与汽车散热器进行耦合，利用散热器余热驱动高低温发生器中的制冷工质对，达到制冷循环的目的。高低温发生器分别与散热器的上、下水室相连，实现制冷剂从吸收剂中的二级释放，提高了制冷循环效率。散热器和高低温发生器分布如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.008.F003图3散热器和高低温发生器分布2.3替代制冷工质对目前，工业应用最广泛的吸收式制冷工质主要为H2O/LiBr和NH3/H2O工质对，LiBr工质对长时间使用易造成管道腐蚀；NH3具有毒性，制冷循环过程需要安装精馏装置，增大了结构的复杂性[10-12]。离子液体具有无饱和蒸气压、沸点高、热稳定性好等优良的热物理性质，与制冷剂的组合是具有潜力的吸收式制冷工质对。与其他离子液体相比，离子液体[Hmim][Tf2N]具有较高的溶解度[13]，在低温情况下易解析出更多的制冷剂。因此，设计选用制冷剂/离子液体工质对替代制冷工质，选用R134a与[Hmim][Tf2N]作为工质对，计算循环性能。3制冷性能分析为了计算离子液体工质对的制冷性能，对其进行理论计算。发动机余热选取60~100 ℃（发动机余热驱动温度范围），吸收器温度设定35 ℃，蒸发温度为25 ℃，冷凝温度50 ℃，计算制冷循环倍率和系统性能COP。循环倍率直接反应制冷工质对在制冷循环中的性能表现以及随着发动机余热温度变化的情况。循环倍率[14-15]为：f=msmr=1-xwxs-xw (1)式中：ms——浓溶液的质量流量；xw——稀溶液的质量分数；xs——浓溶液的质量分数。吸收式制冷系统的性能系数为：CCOP=QeQg (2)式中：Qe、Qg——蒸发器和发生器的热量值。工质对在制冷系统中的循环倍率曲线如图4所示。工质对系统性能COP曲线如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.008.F004图4工质对在制冷系统中的循环倍率曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.008.F005图5工质对系统性能COP曲线由图4可知，蒸发循环倍率随着发动机余热温度的增高明显减小，有利于制冷循环进行。因此，本设计选用高低温发生器与上、下水室的温度差实现两级解吸，有助于制冷系统性能提升。循环倍率反映产生相同质量的制冷剂蒸气在制冷循环中需要的稀溶液的质量流量。随着余热温度升高，循环倍率呈现逐渐下降的趋势，产生单位质量制冷剂需要的稀溶液质量流量逐渐减小，最终趋于平稳。由图5可知，随着余热温度升高，系统性能呈现先增大后趋于平稳并缓慢减小的趋势，余热温度（发生温度）为80 ℃时，系统性能达到最大值，为0.29。4结语本文提出一种利用发动机余热驱动的汽车制冷空调系统，将制冷发生器分为高低温两级设置并分别与上、下水室相结合，旨在通过散热器上、下水室的不同温差实现制冷剂从离子液体中的两次解吸，提高了制冷循环效率；通过计算R134a/[Hmin][Tf2N]作为制冷工质对的循环倍率和系统性能COP发现，随着余热温度降低，循环倍率逐渐下降，发动机余热温度80 ℃时，制冷性能达到最优，为0.29。