[發(fā)明專利]基于太陽能驅(qū)動(dòng)輔助過冷的二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710052318.8
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106839485A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉圣春;代寶民;齊海峰;李正;劉坤;王海丹;王潔冰;王秀磊
• 申請（專利權(quán)）人: 天津商業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B40/02;F25B41/06;F25B49/02
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司12107
• 代理人: 仝林葉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能的轉(zhuǎn)化及利用技術(shù)，環(huán)保制冷劑技術(shù)，制冷空調(diào)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于太陽能驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮的輔助過冷的節(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，以保證貨物存于較低的溫度，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。如果我們能夠把太陽能利用到制冷系統(tǒng)中，就可以明顯的降低能耗，提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。

對于目前市場上應(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（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)易獲取；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的制冷劑來保證制冷系統(tǒng)的環(huán)境友好性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于太陽能驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO₂跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)，通過對太陽能的轉(zhuǎn)化進(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：提出一種基于太陽能驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助過冷的CO₂跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)，由太陽能發(fā)電系統(tǒng)和CO₂主循環(huán)制冷系統(tǒng)組成；太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的太陽能電池板、太陽能控制器和蓄電池組，蓄電池組分別連接蓄電池管理控制系統(tǒng)和輔助循環(huán)壓縮機(jī)；CO₂主循環(huán)制冷系統(tǒng)由依次連接的主循環(huán)壓縮機(jī)、氣體冷卻器、過冷器、主循環(huán)節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成；輔助循環(huán)制冷系統(tǒng)由依次連接的輔助循環(huán)壓縮機(jī)、冷凝器、輔助循環(huán)節(jié)流閥和過冷器組成。

主循環(huán)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)入過冷器進(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)。過冷器連接起主輔循環(huán)系統(tǒng)，利用太陽能驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮輔助制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)進(jìn)行制冷循環(huán)，從而對主循環(huán)中從氣體冷卻器出來的工質(zhì)進(jìn)一步的冷卻，以此來增加主循環(huán)的制冷量，提高了制冷系數(shù)。太陽能電池板產(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)對蓄電池的充放電進(jìn)行控制。

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)勢明顯。

（2）CO₂相對于現(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。