CN107323217B - 一种余热驱动吸收式制冷辅助过冷的co2汽车空调 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2汽车空调。本发明内燃机的高温尾气排气管连接发生器，发生器的制冷剂蒸汽出口、冷凝器、节流阀一、蒸发器一的制冷剂入口依次连接，蒸发器一的制冷剂出口、吸收器、溶液泵、热交换器溶液入口依次连接，热交换器溶液出口连接发生器；发生器的制冷剂出口与热交换器制冷剂入口连接，热交换器制冷剂出口通过节流阀二与吸收器连接；压缩机出气口通过气体冷却器连接蒸发器一的CO2入口，蒸发器一的CO2出口通过节流阀三连接压缩机进气口。本发明为冷却气体冷却器出口的CO2，其蒸发温度较高，高于CO2系统的蒸发温度，两个系统相互协调匹配，共同提高循环整体效率。

Description

一种余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2汽车空调
技术领域
本发明涉及发动机余热利用技术和CO2制冷技术领域，尤其涉及一种发动机余热回收驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2跨临界制冷循环的汽车空调系统。
背景技术
我国已经成为当今世界上汽车年产销量最多的国家，这导致石化燃料大量消耗与环境污染的矛盾日益凸显。汽车发动机排放至歧管的废气温度高达600-700℃，发动机燃料中30％～45％的能量随着尾气排放到大气中，造成了能量的浪费。所以，对尾气的余热进行有效的回收利用，在很大程度上能提高了能量的利用率。
现阶段汽车空调制冷剂绝大多数为R134a，R134a这种制冷剂虽然ODP为0，但是GWP高达1430，汽车空调系统里的制冷剂不可避免的会发生泄漏和定期更换，对环境产生不利影响，加速温室效应。基于对环境的日益重视和可持续发展的考虑，CO2作为一种环境友好型工质，以其诸多优点再次受到了人们的关注。(1)、自然工质，对环境无破坏作用，ODP＝0、GWP＝1。(2)、单位体积制冷量大，与普通工质相比，CO2设备体积小。(3)、安全系数高，无毒不可燃，化学性质稳定。(4)、粘度低，具有优良的流动性及传热性，与润滑油具有良好的相容性。(5)、廉价容易获取。
发明内容
本发明目的在于提供一种发动机余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调系统。
为了满足以上的需求，本发明所采取的技术方案是：提出一种基于发动机尾气余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调，包括辅助吸收式制冷系统和CO2跨临界制冷系统；
所述辅助吸收式制冷循环系统是包括发生器、冷凝器、节流阀一、蒸发器一、吸收器、溶液泵、节流阀二、热交换器；内燃机的高温尾气排气管连接发生器，发生器内放置制冷剂，发生器的制冷剂蒸汽出口、冷凝器、节流阀一、蒸发器一的制冷剂入口依次连接，蒸发器一的制冷剂出口、吸收器、溶液泵、热交换器溶液入口依次连接，热交换器溶液出口连接发生器；发生器的制冷剂出口与热交换器制冷剂入口连接，热交换器制冷剂出口通过节流阀二与吸收器连接；
所述CO2跨临界制冷循环是由压缩机、蒸发器二、气体冷却器和节流阀三组成；压缩机出气口通过气体冷却器连接蒸发器一的CO2入口，蒸发器一的CO2出口通过节流阀三连接压缩机进气口。
辅助吸收式制冷循环所使用的制冷剂为水，吸收剂为溴化锂。CO2跨临界制冷循环所用的制冷剂是自然工质CO2。CO2跨临界制冷循环为：低温低压的CO2工质从车内环境吸收热量，进入到压缩机内压缩为高温高压的超临界流体，然后进入到气体冷却器向环境放热，此时CO2超临界流体的温度略高于环境温度。随后吸收式制冷系统的蒸发器从气冷器出口的CO2流体中吸收热量，CO2流体的温度降低，过冷度变大。最后进入节流阀节流变为低温低压的气液两相流体进入到蒸发器吸收车内热量，完成整个循环。另一方面吸收式制冷循环中的低温低压的水蒸汽吸收气冷器出口CO2中的热量后，再进入到发生器被吸收剂吸收，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过汽车发动机余热加热使溶液中的制冷剂重新蒸发出来送入冷凝器。与此同时，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器吸收来自蒸发器的低压制冷剂水蒸汽，从而完成整个循环。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)、汽车空调制冷系统所使用工质为CO2，无毒无害不可燃，安全系数高，廉价易获取，单位容积制冷量大，使得CO2设备体积小。更重要的是它的ODP＝0，GWP＝1，可以大幅度减缓温室效应进程，是一种节能环保的工质。
(2)、引入一个新的吸收式制冷循环。由于CO2超临界制冷循环气体冷却器出口与蒸发器入口压差大，导致整个系统的效率不高，所以利用吸收式制冷循环来降低气冷器出口超临界流体的温度，可大幅度降低节流损失，增加循环制冷量，进而提高系统的效率。
(3)、充分利用汽车发动机的尾气余热。通过将发动机排放的高温尾气做为吸收式制冷的热源，吸收式系统的冷量对CO2进行过冷处理，从而提高整个系统的能效。可以做到低碳环保，节能高效。
(4)、吸收式制冷系统的目的为冷却气体冷却器出口的CO2，其蒸发温度较高，高于CO2系统的蒸发温度，两个系统相互协调匹配，共同提高循环整体效率。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图中：1、内燃机；2、排气管；3、发生器；4、冷凝器；5、节流阀一；6、蒸发器一；7、吸收器；8、溶液泵；9、节流阀二；10、热交换器；11、气体冷却器；12、压缩机；13、蒸发器二；14、节流阀三。
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：
图1为一种发动机余热回收驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调系统。
如图1所示，汽车发动机尾气余热做为吸收式制冷系统的热源，其中辅助吸收式制冷循环系统是由发生器3、冷凝器4、节流阀一5、蒸发器一6、吸收器7、溶液泵8、节流阀二9、热交换器10组成；内燃机1的高温尾气排气管2连接发生器3，发生器3内放置制冷剂，发生器的制冷剂蒸汽出口、冷凝器4、节流阀一5、蒸发器一6的制冷剂入口依次连接，蒸发器一6的制冷剂出口、吸收器7、溶液泵8、热交换器10溶液入口依次连接，热交换器10溶液出口连接发生器3；发生器的制冷剂出口与热交换器10制冷剂入口连接，热交换器10制冷剂出口通过节流阀二9与吸收器7连接，
CO2跨临界制冷循环是由压缩机12、蒸发器二13、气体冷却器11和节流阀三14组成；压缩机12出气口通过气体冷却器11连接蒸发器一6的CO2入口，蒸发器一6的CO2出口通过节流阀三14连接压缩机12进气口。
本实施例的基于发动机余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2跨临界制冷系统的工作原理是：
第一阶段：内燃机1的高温尾气排气管2通过吸收式制冷系统的发生器3，经过高温尾气加热使溶液中的制冷剂重新蒸发出来送入冷凝器4，高压制冷剂水蒸气在冷凝器4中冷凝成液体经节流阀一5节流降压后到蒸发器一6。另一方面发生后的溴化锂溶液重新恢复到原来的成分经热交换器10冷却、节流阀二9节流后成为具有吸收能力的吸收液进入吸收器7吸收来自蒸发器一6的低压制冷剂水蒸汽。
第二阶段：蒸气压缩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12吸气口，由压缩机压缩至高温高压的超临界流体，进入气体冷却器11与环境空气进行换热，由于气冷器11存在换热温差，此时CO2温度稍高于环境温度。
第三阶段：蒸发器一6内的低温低压水蒸气吸收来自气冷器11出口CO2的热量，对气冷器11出口的CO2进行过冷，CO2进一步冷却为低温、较高压超临界流体。
第四阶段：低温高压超临界CO2流体经过节流阀膨胀节流后为低温低压的气液两相流体状态，进入蒸发器二13吸收车厢内的热量，而后进入压缩机12，完成制冷循环。
第五阶段，对CO2实现过冷后的低温低压的水蒸汽，进入到吸收器7被吸收剂吸收，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用溶液泵8送到发生器3，经过汽车发动机余热加热使溶液中的制冷剂重新蒸发经冷凝器4冷却、节流阀一5节流降压后，再次进入蒸发器对CO2实现过冷完成辅助循环。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种余热驱动吸收式制冷辅助过冷的CO2汽车空调，其特征是，由辅助吸收式制冷系统和CO2跨临界制冷系统组成；
所述辅助吸收式制冷循环系统是包括发生器、冷凝器、节流阀一、蒸发器一、吸收器、溶液泵、节流阀二、热交换器；内燃机的高温尾气排气管连接发生器，发生器内放置制冷剂，发生器的制冷剂蒸汽出口、冷凝器、节流阀一、蒸发器一的制冷剂入口依次连接，蒸发器一的制冷剂出口、吸收器、溶液泵、热交换器溶液入口依次连接，热交换器溶液出口连接发生器；发生器的制冷剂出口与热交换器制冷剂入口连接，热交换器制冷剂出口通过节流阀二与吸收器连接；
所述CO2跨临界制冷循环是由压缩机、蒸发器二、气体冷却器和节流阀三组成；压缩机出气口通过气体冷却器连接蒸发器一的CO2入口，蒸发器一的CO2出口通过节流阀三连接压缩机进气口；
辅助吸收式制冷循环所使用的制冷剂为水，吸收剂为溴化锂；CO2跨临界制冷循环所用的制冷剂是自然工质CO2；CO2跨临界制冷循环为：低温低压的CO2工质从车内环境吸收热量，进入到压缩机内压缩为高温高压的超临界流体，然后进入到气体冷却器向环境放热，此时CO2超临界流体的温度略高于环境温度，随后吸收式制冷系统的蒸发器从气冷器出口的CO2流体中吸收热量，CO2流体的温度降低，过冷度变大，最后进入节流阀节流变为低温低压的气液两相流体进入到蒸发器吸收车内热量，完成整个循环；吸收式制冷循环中的低温低压的水蒸汽吸收气冷器出口CO2中的热量后，再进入到发生器被吸收剂吸收，形成含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过汽车发动机余热加热使溶液中的制冷剂重新蒸发出来送入冷凝器，与此同时，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器吸收来自蒸发器的低压制冷剂水蒸汽，从而完成整个循环。
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