CN106839485A - 基于太阳能驱动辅助过冷的二氧化碳跨临界制冷循环系统 - Google Patents

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齐海峰
李正
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王洁冰
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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能驱动蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环系统.本发明由太阳能发电系统和CO2主循环制冷系统组成；太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池组，蓄电池组分别连接蓄电池管理控制系统和辅助循环压缩机；CO2主循环制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、主循环节流阀和蒸发器组成；辅助循环制冷系统由依次连接的辅助循环压缩机、冷凝器、辅助循环节流阀和过冷器组成。本发明通过太阳能发电系统充分利用太阳能，将太阳能转换为电能。蓄电池组模块利用这部分电能对气体冷却器出口的制冷剂进一步冷却，制冷量得到提高，提升了制冷系统的性能，减少了驱动压缩机的油耗，提升了冷藏车的整体能效，减少了碳排放。

Description

基于太阳能驱动辅助过冷的二氧化碳跨临界制冷循环系统
技术领域
本发明涉及太阳能的转化及利用技术，环保制冷剂技术，制冷空调领域，尤其涉及一种基于太阳能驱动蒸汽压缩的辅助过冷的节能环保冷藏车制冷系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国公路冷藏运输量迅速增长，冷藏车的需求量也逐年增加。公路冷藏车主要以机械冷藏车为主，一般均采用蒸汽压缩式制冷机组，由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，通过汽车主发动机或独立的动力装置（内燃机或电动机）驱动。
现如今能源与环境问题成为限制我国经济和社会发展的重要因素。机械冷藏车既要实现运输又要进行制冷，以保证货物存于较低的温度，其高耗能引起人们的普遍关注，成为限制冷藏车发展的制约因素。如果我们能够把太阳能利用到制冷系统中，就可以明显的降低能耗，提高车辆的燃油经济性。
对于目前市场上应用的绝大多数机械冷藏车，充注的制冷剂均为R404A，其全球暖化潜势（GWP）高达3700，属于“高GWP”的范畴，是《京都议定书》所列明的应实施减排的温室气体之一。冷藏车在运输过程中的震动不可避免会导致制冷系统中制冷剂的泄漏，加剧了温室效应。2014年4月欧盟推出了更严格的F-gas条例限制高GWP制冷剂在制冷空调设备的使用，减少温室气体排放、减缓全球变暖已成为现阶段全球环境保护工作面临的首要问题，全球各国也加速推进环保制冷剂替代高GWP的HFC类制冷剂的进程。其中，CO2由于其环境友好的特性被再次受到了人们的普遍关注。挪威科技大学的Lorentzen教授认为CO2是最具潜力的自然工质。CO2有诸多优点：1）环境友好，ODP = 0、GWP = 1；2）安全无毒不可燃，化学性质稳定；3）廉价易获取；4）与润滑油的相容性；5）粘度低、导热系数高，具有良好的热物性以及流动和传热特性；6）单位容积制冷/热量较高，与普通工质相比，CO2设备体积更加小巧紧凑。但CO2制冷循环高低压差较高，节流损失大，导致其能效（COP）相对于常规制冷系统较低。
因此，迫切需要新的技术来降低机械冷藏车的能耗，充注零臭氧消耗潜值（ODP）、低GWP的制冷剂来保证制冷系统的环境友好性。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于太阳能驱动蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环系统，通过对太阳能的转化进行发电并加以利用，提高制冷系统的性能和整车的能效；使用自然工质CO2，保证制冷系统的环境友好。
为了解决以上问题，本发明所采取的技术方案是：提出一种基于太阳能驱动蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环系统，由太阳能发电系统和CO2主循环制冷系统组成；太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池组，蓄电池组分别连接蓄电池管理控制系统和辅助循环压缩机；CO2主循环制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、主循环节流阀和蒸发器组成；辅助循环制冷系统由依次连接的辅助循环压缩机、冷凝器、辅助循环节流阀和过冷器组成。
主循环制冷系统内充注的工质为CO2，低温低压的CO2蒸汽进入压缩机吸气口，由压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器与环境空气进行换热，此时的制冷剂温度稍高于环境温度，然后流体进入过冷器进一步冷却为低温高压流体，经过节流阀膨胀节流后变为低温低压的气液两相流体，进入蒸发器吸收车厢内的热量，而后进入压缩机，完成制冷循环。过冷器连接起主辅循环系统，利用太阳能驱动蒸汽压缩辅助制冷系统中的压缩机进行制冷循环，从而对主循环中从气体冷却器出来的工质进一步的冷却，以此来增加主循环的制冷量，提高了制冷系数。太阳能电池板产生直流电，并储存在蓄电池中，通过蓄电池管理控制系统对蓄电池的充放电进行控制。
本发明具有的优点和积极效果是：
（1）制冷系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，是环境友好的制冷剂，与现有冷藏车使用的制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。
（2）CO2相对于现在使用的制冷剂，更适用于较低温度的制冷工况，具有较高的单位容积制冷量，压缩机的体积和制冷剂的充注量减小，降低了制冷系统的重量以及整车的车重，从而降低了冷藏车的油耗。
（3）太阳能发电系统及蓄电池组模块所使用的热电模块具有质量轻、体积小，无运动部件、寿命长、移动方便、可靠性高以及无污染等诸多优点。无论汽车处于何种工况，太阳能系统都可以实现对蓄电池组稳定供电。不需要充注制冷工质，太阳能发电利用系统高效环保。
（4）通过太阳能发电系统充分利用太阳能，将太阳能转换为电能。蓄电池组模块利用这部分电能对气体冷却器出口的制冷剂进一步冷却，制冷量得到提高，提升了制冷系统的性能，减少了驱动压缩机的油耗，提升了冷藏车的整体能效，减少了碳排放。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图中：1、主循环压缩机；2、气体冷却器；3、过冷器；4、主循环节流阀；5、蒸发器；6、辅助循环压缩机；7、冷凝器；8、辅助循环节流阀；9、蓄电池组控制系统；10、蓄电池组；11、太阳能控制器；12、太阳能电池板。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，本发明核心太阳能发电驱动辅助循环，对气冷器出口的CO2过冷，提升CO2制冷循环能效。本发明由太阳能发电系统和CO2主循环制冷系统组成；太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池板12、太阳能控制器11和蓄电池组10，蓄电池组分别连接蓄电池管理控制系统9和辅助循环压缩机6；CO2主循环制冷系统由依次连接的主循环压缩机1、气体冷却器2、过冷器3、主循环节流阀4和蒸发器5组成；辅助循环制冷系统由依次连接的辅助循环压缩机6、冷凝器7、辅助循环节流阀8和过冷器3组成。
本实施例的基于太阳能驱动蒸汽压缩的辅助过冷的节能环保冷藏车制冷系统的工作原理是：
第一步：太阳能电池板吸收来自太阳的辐射能，通过太阳能控制器11，把太阳能转换成电能储存在蓄电池组模块10中。
第二步：制冷系统内充注的工质为CO2，低温低压的CO2蒸汽进入压缩机1吸气口，由压缩机1压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器2与环境空气进行换热，由于气冷器存在换热温差，此时CO2温度稍高于环境温度。
第三步：超临界CO2流体进入过冷器3进一步冷却为低温高压超临界流体，所需要的能量由辅助循环制冷系统提供， 而辅助循环中压缩机的驱动由太阳能系统完成电量的供给。
第四步：低温高压超临界CO2流体经过节流阀4膨胀节流后为低温低压的气液两相流体状态，进入蒸发器5吸收车厢内的热量，而后进入压缩机1，完成制冷循环。

Claims (1)

1.一种基于太阳能驱动辅助过冷的二氧化碳跨临界制冷循环系统，其特征是，由太阳能发电系统和CO2主循环制冷系统组成；太阳能发电系统包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池组，蓄电池组分别连接蓄电池管理控制系统和辅助循环压缩机；CO2主循环制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、主循环节流阀和蒸发器组成；辅助循环制冷系统由依次连接的辅助循环压缩机、冷凝器、辅助循环节流阀和过冷器组成。
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