本發(fā)明涉及發(fā)動機(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)動機(jī)余熱回收驅(qū)動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)動機(jī)或者獨立電機(jī)驅(qū)動。
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。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)動機(jī)排放的廢氣的溫度高達(dá)600-700℃，發(fā)動機(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。所以說，對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發(fā)生泄漏和定期更換，對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，加速溫室效應(yīng)。隨著社會和科技的發(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)因為其環(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)是因為CO2有著如下諸多優(yōu)點。1）、自然工質(zhì)，對環(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循環(huán)的能效。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種發(fā)動機(jī)余熱回收驅(qū)動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，提高整個系統(tǒng)的能效。
為了滿足以上的需求，本發(fā)明所采取的技術(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，就會產(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，，此時發(fā)電模塊產(chǎn)生直流電，并儲存在蓄電池中，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)完成整個循環(huán)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：
（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)電模塊對發(fā)動機(jī)排放尾氣余熱進(jìn)行有效利用?；谌惪诵?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。同時輔助循環(huán)壓縮機(jī)實現(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，提高了整個系統(tǒng)的能效。是一種節(jié)能環(huán)保的發(fā)明制冷系統(tǒng)。
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；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。
具體實施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：
圖1為一種發(fā)動機(jī)余熱回收驅(qū)動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。
本實施例的基于發(fā)動機(jī)余熱回收利用驅(qū)動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CO2溫度稍高于環(huán)境溫度。
第三階段：蓄電池5驅(qū)動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CO2實現(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)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實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)。