本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收及利用技術(shù)，環(huán)保制冷劑技術(shù)，制冷空調(diào)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用的節(jié)能環(huán)保冷藏車制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國公路冷藏運(yùn)輸量迅速增長，冷藏車的需求量也逐年增加。公路冷藏車主要以機(jī)械冷藏車為主，一般均采用蒸汽壓縮式制冷機(jī)組，由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成，通過汽車主發(fā)動(dòng)機(jī)或獨(dú)立的動(dòng)力裝置（內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)。
現(xiàn)如今能源與環(huán)境問題成為限制我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。機(jī)械冷藏車既要實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸又要進(jìn)行制冷保證貨物較低的溫度，其高耗能引起人們的普遍關(guān)注，成為限制冷藏車發(fā)展的制約因素。發(fā)動(dòng)機(jī)排放至排氣歧管的溫度高達(dá)800℃左右，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)。如果將尾氣的余熱進(jìn)行有效的回收利用，可提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。
對(duì)于目前市場(chǎng)上應(yīng)用的絕大多數(shù)機(jī)械冷藏車，充注的制冷劑均為R404A，其全球暖化潛勢(shì)（GWP）高達(dá)3700，屬于“高GWP”的范疇，是《京都議定書》所列明的應(yīng)實(shí)施減排的溫室氣體之一。冷藏車在運(yùn)輸過程中的震動(dòng)不可避免會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng)中制冷劑的泄漏，加劇了溫室效應(yīng)。2014年4月歐盟推出了更嚴(yán)格的F-gas條例限制高GWP制冷劑在制冷空調(diào)設(shè)備的使用，減少溫室氣體排放、減緩全球變暖已成為現(xiàn)階段全球環(huán)境保護(hù)工作面臨的首要問題，全球各國也加速推進(jìn)環(huán)保制冷劑替代高GWP的HFC類制冷劑的進(jìn)程。其中，CO2由于其環(huán)境友好的特性被再次受到了人們的普遍關(guān)注。挪威科技大學(xué)的Lorentzen教授認(rèn)為CO2是最具潛力的自然工質(zhì)。CO2有諸多優(yōu)點(diǎn)：1）環(huán)境友好，ODP = 0、GWP = 1；2）安全無毒不可燃，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；3）廉價(jià)易獲??；4）與潤滑油的相容性；5）粘度低、導(dǎo)熱系數(shù)高，具有良好的熱物性以及流動(dòng)和傳熱特性；6）單位容積制冷/熱量較高，與普通工質(zhì)相比，CO2設(shè)備體積更加小巧緊湊。但CO2制冷循環(huán)高低壓差較高，節(jié)流損失大，導(dǎo)致其能效（COP）相對(duì)于常規(guī)制冷系統(tǒng)較低。
因此，迫切需要新的技術(shù)來降低機(jī)械冷藏車的能耗，充注零臭氧消耗潛值（ODP）、低GWP的制冷劑保證制冷系統(tǒng)的環(huán)境友好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用的節(jié)能環(huán)保冷藏車制冷系統(tǒng)，通過回收冷藏車內(nèi)燃機(jī)排放廢氣的余熱進(jìn)行發(fā)電并加以利用，提高制冷系統(tǒng)的性能和整車的能效；使用自然工質(zhì)CO2，保證制冷系統(tǒng)的環(huán)境友好。
為了解決以上問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：提出一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用的冷藏車制冷系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)余熱溫差發(fā)電系統(tǒng)和CO2制冷系統(tǒng)組成；發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)、排氣管、溫差發(fā)電模塊、蓄電池組、蓄電池管理控制系統(tǒng)；CO2制冷系統(tǒng)由依次連接的壓縮機(jī)、氣體冷卻器、溫差制冷模塊、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成；壓縮機(jī)出氣口連接氣體冷卻器進(jìn)氣口，蒸發(fā)器出氣口連接壓縮機(jī)進(jìn)氣口；所述蓄電池組連接溫差制冷模塊。
其中，溫差發(fā)電模塊，溫差制冷模塊都是可以直接購買的部件。
發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)中內(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，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)對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制。
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)入壓縮機(jī)吸氣口，由壓縮機(jī)壓縮至高溫高壓超臨界流體，進(jìn)入氣體冷卻器與環(huán)境空氣進(jìn)行換熱，此時(shí)的制冷劑溫度稍高于環(huán)境溫度，然后流體進(jìn)入溫差制冷模塊進(jìn)一步冷卻為低溫高壓流體，經(jīng)過節(jié)流閥膨脹節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗔黧w，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收車廂內(nèi)的熱量，而后進(jìn)入壓縮機(jī)，完成制冷循環(huán)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
（1）制冷系統(tǒng)的制冷劑為自然工質(zhì)CO2。CO2的GWP為1，ODP為0，安全無毒不可燃、廉價(jià)易獲取，是環(huán)境友好的制冷劑，與現(xiàn)有冷藏車使用的制冷劑相比，大大緩解了溫室效應(yīng)，環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯。
（2）CO2相對(duì)于現(xiàn)在使用的制冷劑，更適用于較低溫度的制冷工況，具有較高的單位容積制冷量，壓縮機(jī)的體積和制冷劑的充注量減小，降低了制冷系統(tǒng)的重量以及整車的車重，從而降低了冷藏車的油耗。
（3）溫差發(fā)電系統(tǒng)及溫差制冷模塊所使用的熱電模塊具有質(zhì)量輕、體積小，無運(yùn)動(dòng)部件、壽命長、移動(dòng)方便、可靠性高以及無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于有機(jī)郎肯循環(huán)（ORC）余熱回收系統(tǒng)，大大縮減了余熱回收裝置的重量、體積及可靠性。無論汽車處于何種工況，溫差發(fā)電模塊都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組穩(wěn)定供電。不需要充注制冷工質(zhì)，余熱利用系統(tǒng)高效環(huán)保。
（4）通過溫差發(fā)電模塊回收內(nèi)燃機(jī)尾氣的余熱，將余熱轉(zhuǎn)換為電能。溫差制冷模塊利用這部分電能對(duì)氣體冷卻器出口的制冷劑進(jìn)一步冷卻，制冷量得到提高，提升了制冷系統(tǒng)的性能，減少了驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的油耗，提升了冷藏車的整體能效，減少了碳排放。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的系統(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、蓄電池組、6、蓄電池管理控制系統(tǒng)；7、壓縮機(jī)；8、氣體冷卻器；9、溫差制冷模塊；10、節(jié)流閥；11、蒸發(fā)器。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、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：
請(qǐng)參閱圖1，為一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用的節(jié)能環(huán)保冷藏車制冷系統(tǒng)，其核心是溫差發(fā)電模塊和溫差制冷模塊裝置。基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)主要由內(nèi)燃機(jī)1、排氣管2、旁通管3溫差發(fā)電模塊4、蓄電池組5、蓄電池管理控制系統(tǒng)6組成。CO2制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)7、氣體冷卻器8、溫差制冷模塊9、節(jié)流閥10和蒸發(fā)器11組成。發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的內(nèi)燃機(jī)、排氣管、溫差發(fā)電模塊、蓄電池組、蓄電池管理控制系統(tǒng)；CO2制冷系統(tǒng)由依次連接的壓縮機(jī)、氣體冷卻器、溫差制冷模塊、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成；壓縮機(jī)出氣口連接氣體冷卻器進(jìn)氣口，蒸發(fā)器出氣口連接壓縮機(jī)進(jìn)氣口；所述蓄電池組連接溫差制冷模塊。
本實(shí)施例的基于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用的節(jié)能環(huán)保冷藏車制冷系統(tǒng)的工作原理是：
第一步：內(nèi)燃機(jī)1的排放的尾氣流經(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)入溫差發(fā)電模塊4的尾氣流量，避免發(fā)電模塊熱端溫度過高造成永久損壞。溫差發(fā)電模塊4發(fā)出的直流電被蓄電池組5儲(chǔ)存。
第二步：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)入壓縮機(jī)7吸氣口，由壓縮機(jī)7壓縮至高溫高壓超臨界流體，進(jìn)入氣體冷卻器8與環(huán)境空氣進(jìn)行換熱，由于氣體冷卻器8存在換熱溫差，此時(shí)CO2溫度稍高于環(huán)境溫度。
第三部：超臨界CO2流體進(jìn)入溫差制冷模塊9進(jìn)一步冷卻為低溫高壓超臨界流體，所需的電量由蓄電池管理控制系統(tǒng)6進(jìn)行調(diào)控。
第四步：低溫高壓超臨界CO2流體經(jīng)過節(jié)流閥10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)7，完成制冷循環(huán)。
盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明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)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。