本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收及利用技術(shù)、第一熱電效應(yīng),CO2制冷技術(shù),制冷空調(diào)領(lǐng)域,尤其涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO2跨
臨界制冷循環(huán)的汽車空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,家用汽車的數(shù)量與日俱增?,F(xiàn)在汽車空調(diào)的制冷大多數(shù)采用的是蒸汽壓縮制冷循環(huán),包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥。由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或者獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
現(xiàn)如今能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)問題已然成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著汽車數(shù)量的增加,汽車尾氣的排放也越來越多。汽車尾氣中的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等對(duì)環(huán)境造成很大破壞,產(chǎn)生溫室效應(yīng),破壞臭氧層。此外,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣的溫度高達(dá)600-700℃,發(fā)動(dòng)機(jī)燃料中30%-45%的能量隨著尾氣排放到大氣中,造成了能量的浪費(fèi)。所以說,對(duì)汽車尾氣余熱的回收利用,在很大程度上提高了能量的利用。
目前市場的汽車使用的制冷劑絕大多數(shù)為R134a,R134a這種制冷劑雖然ODP為0,但是GWP高達(dá)1300,汽車空調(diào)系統(tǒng)里的制冷劑不可避免的會(huì)發(fā)生泄漏和定期更換,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響,加速溫室效應(yīng)。隨著社會(huì)和科技的發(fā)展,減緩溫室效應(yīng)和臭氧層破壞成為全球面臨的首要問題。必須盡早采用對(duì)環(huán)境無危害的制冷劑,全球各國也在加速推進(jìn)環(huán)保制冷劑替代高GWP制冷劑的進(jìn)程,其中,自然工質(zhì)因?yàn)槠洵h(huán)境友好的特性再次受到了人們的關(guān)注。CO2作為最具有潛力的自然工質(zhì)是因?yàn)镃O2有著如下諸多優(yōu)點(diǎn)。1)、自然工質(zhì),對(duì)環(huán)境無破壞作用,ODP=0、GWP=1。2)、單位體積制冷量大,與普通工質(zhì)相比,CO2設(shè)備體積小。3)、安全系數(shù)高,無毒不可燃,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。4)、粘度低,具有優(yōu)良的流動(dòng)性及傳熱性,其液體密度小氟利昂40%,與潤滑油類似,具有良好的相容性。5)廉價(jià)容易獲取。但是CO2制冷循環(huán)冷凝器出口與蒸發(fā)器入口的壓差大,使得節(jié)流損失很大,導(dǎo)致整個(gè)循環(huán)的能效低。
因此,所要做的不僅要采用環(huán)境友好型(ODP為0,GWP很小)制冷劑,還要大幅度提高整個(gè)循環(huán)的能效。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO2跨臨界制冷循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng),通過利用發(fā)動(dòng)機(jī)排放的高溫尾氣進(jìn)行發(fā)電,并且加以利用,提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。
為了滿足以上的需求,本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:提出一種二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng),由發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)、輔助蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)和CO2跨臨界制冷系統(tǒng)組成;所述發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱回收系統(tǒng)包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)、排氣管、溫差發(fā)電模塊和蓄電池組;所述輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)是由依次連接的輔助制冷壓縮機(jī)、過冷器、冷凝器和第一節(jié)流閥組成,過冷器出口連接輔助制冷壓縮機(jī)入口,蓄電池組連接輔助制冷壓縮機(jī);CO2跨臨界制冷循環(huán)是由依次連接的跨臨界制冷壓縮機(jī)、氣體冷卻器、第二節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成,跨臨界制冷壓縮機(jī)出口連接氣體冷卻器進(jìn)口,蒸發(fā)器出口連接跨臨界制冷壓縮機(jī)進(jìn)口;過冷器出口管路與氣體冷卻器出口管路聯(lián)通。
所述排氣管連接旁通管。
溫差發(fā)電模塊是基于Seeback效應(yīng)的一種裝置,由半導(dǎo)體材料制成的熱電模塊兩側(cè)有溫差時(shí),就會(huì)產(chǎn)生電勢差。汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)將內(nèi)燃機(jī)排放的具有較高溫度的尾氣進(jìn)入溫差發(fā)電模塊,此時(shí)發(fā)電模塊產(chǎn)生直流電,并儲(chǔ)存在蓄電池中,通過蓄電池管理控制系統(tǒng)來控制蓄電池的充放電,用來驅(qū)動(dòng)輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)。
輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)所使用的制冷劑為R290,CO2跨臨界制冷循環(huán)所用的制冷劑是自然工質(zhì)CO2。CO2跨臨界制冷循環(huán)為:低溫低壓的CO2工質(zhì)從車內(nèi)環(huán)境吸收熱量,進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)壓縮為高溫高壓的超臨界流體,然后進(jìn)入到氣體冷卻器向環(huán)境放熱,此時(shí)CO2超臨界流體的溫度略高于環(huán)境溫度。然后輔助蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器從氣冷器出口的CO2流體中吸收熱量, CO2流體的溫度降低,過冷度變大。最后進(jìn)入節(jié)流閥節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗔黧w進(jìn)入到蒸發(fā)器吸收車內(nèi)熱量,完成整個(gè)循環(huán)。另一方面蒸汽壓縮制冷循環(huán)中的低溫低壓的R290蒸汽吸收氣冷器出口CO2中的熱量后,再進(jìn)入到壓縮機(jī)壓縮為高溫高壓的蒸汽,進(jìn)入到冷凝器對(duì)環(huán)境放熱,再進(jìn)入節(jié)流閥中節(jié)流膨脹為低溫低壓濕蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器吸收CO2流體的熱量,降低CO2溫度,而后進(jìn)入壓縮機(jī)完成整個(gè)循環(huán)。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
(1)、制冷系統(tǒng)所使用工質(zhì)為CO2,無毒無害不可燃,安全系數(shù)高,廉價(jià)易獲取,單位容積制冷量大,使得CO2設(shè)備體積小。更重要的是它的ODP=0,GWP=1,可以大幅度減緩溫室效應(yīng)進(jìn)程,是一種節(jié)能環(huán)保的工質(zhì)。
(2)、引入一個(gè)新的輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)。由于CO2超臨界制冷循環(huán)冷凝器出口與蒸發(fā)器入口壓差大,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的效率不高,所以利用輔助壓縮制冷循環(huán)來降低氣冷器出口超臨界流體的溫度,降低壓差,從而大幅度降低節(jié)流損失,進(jìn)而提高系統(tǒng)的效率。
(3)、通過溫差發(fā)電模塊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣余熱進(jìn)行有效利用。基于塞貝克效應(yīng),利用高溫尾氣與環(huán)境空氣的溫差產(chǎn)生電能,用來驅(qū)動(dòng)輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán),從而降氣冷器出口制冷劑(CO2)的溫度。節(jié)流損失減少,制冷量提高,系統(tǒng)性能得到提高。同時(shí)輔助循環(huán)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)了無能耗,節(jié)約環(huán)保。
(4)、通過引入用溫差發(fā)電驅(qū)動(dòng)的輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán),有效降低了氣冷器出口超臨界CO2流體的溫度,提高了整個(gè)系統(tǒng)的能效。是一種節(jié)能環(huán)保的實(shí)用新型制冷系統(tǒng)。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖;
圖中:1、內(nèi)燃機(jī);2、排氣管;3、旁通管;4、溫差發(fā)電模塊;5、蓄電池;6、小型壓縮機(jī);7、冷凝器;8、過冷器;9、氣體冷卻器;10、壓縮機(jī);11、蒸發(fā)器;12、第一節(jié)流閥;13、第二節(jié)流閥。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
、特點(diǎn)及功效,茲例舉以下實(shí)施例,并配合附圖詳細(xì)說明如下:
圖1為一種發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO2跨臨界制冷循環(huán)汽車空調(diào)系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)、輔助蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)和CO2跨臨界制冷系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱回收系統(tǒng)由依次連接的內(nèi)燃機(jī)1、排氣管2、溫差發(fā)電模塊4和蓄電池組5;輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)是由依次連接的輔助制冷壓縮機(jī)6、過冷器8、冷凝器7和第一節(jié)流閥12組成,過冷器出口連接輔助制冷壓縮機(jī)入口,蓄電池組連接輔助制冷壓縮機(jī);CO2跨臨界制冷循環(huán)是由依次連接的跨臨界制冷壓縮機(jī)10、氣體冷卻器9、第二節(jié)流閥13和蒸發(fā)器11組成,跨臨界制冷壓縮機(jī)出口連接氣體冷卻器進(jìn)口,蒸發(fā)器出口連接跨臨界制冷壓縮機(jī)進(jìn)口;過冷器出口管路與氣體冷卻器出口管路聯(lián)通。
本實(shí)施例的基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO2跨臨界制冷系統(tǒng)的工作原理是:
第一階段:內(nèi)燃機(jī)1排放的高溫尾氣流經(jīng)排氣管2進(jìn)入溫差發(fā)電模塊4。如果溫差發(fā)電模塊4的表面溫度過高,則開啟旁通管3,減少進(jìn)入發(fā)電模塊4的尾氣流量,避免發(fā)電模塊端溫度過高造成損壞。發(fā)電模塊4利用高溫尾氣和周圍環(huán)境的溫差產(chǎn)生的直流電儲(chǔ)存在蓄電池5中。
第二階段:制冷系統(tǒng)內(nèi)充注的工質(zhì)為CO2,低溫低壓的CO2蒸汽進(jìn)入跨臨界制冷壓縮機(jī)10吸氣口,由跨臨界制冷壓縮機(jī)10壓縮至高溫高壓的超臨界流體,進(jìn)入氣體冷卻器9與環(huán)境空氣進(jìn)行換熱,由于氣冷器存在換熱溫差,此時(shí)CO2溫度稍高于環(huán)境溫度。
第三階段:蓄電池5驅(qū)動(dòng)輔助蒸汽壓縮制冷循環(huán)。輔助循環(huán)充注的制冷劑為R20。低溫低壓的R20蒸汽對(duì)氣體冷卻器9出口的CO2進(jìn)行過冷,CO2進(jìn)一步冷卻為低溫、較高壓超臨界流體。
第四階段:低溫高壓超臨界CO2流體經(jīng)過第二節(jié)流閥13膨脹節(jié)流后為低溫低壓的氣液兩相流體狀態(tài),進(jìn)入蒸發(fā)器11吸收車廂內(nèi)的熱量,而后進(jìn)入壓縮機(jī)10,完成制冷循環(huán)。
第五階段,對(duì)CO2實(shí)現(xiàn)過冷后的低溫低壓的R290蒸汽進(jìn)入到壓縮機(jī)6中壓縮為高溫高壓氣體,再進(jìn)入冷凝器7向周圍環(huán)境放熱,經(jīng)第一節(jié)流閥12節(jié)流膨脹,變?yōu)榈蜏氐蛪旱臐裾羝?,完成輔助循環(huán)。
盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述,但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式,上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的,并不是限制性的,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下,在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下,還可以做出很多形式,這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。