CN206449934U - 一种基于发动机余热回收的冷藏车节能环保制冷系统 - Google Patents

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代宝民
王海丹
王秀磊
刘坤
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李正
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Abstract

本实用新型公开了一种基于发动机余热回收利用的冷藏车制冷系统。本实用新型由发动机余热温差发电系统和CO2制冷系统组成；发动机余热发电系统包括依次连接的内燃机、排气管、温差发电模块、蓄电池组、蓄电池管理控制系统；CO2制冷系统由依次连接的压缩机、气体冷却器、温差制冷模块、节流阀和蒸发器组成；压缩机出气口连接气体冷却器进气口，蒸发器出气口连接压缩机进气口；所述蓄电池组连接温差制冷模块。本实用新型通过温差发电模块回收内燃机尾气的余热，将余热转换为电能。温差制冷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。

Description

一种基于发动机余热回收的冷藏车节能环保制冷系统
技术领域
本实用新型涉及发动机余热回收及利用技术，环保制冷剂技术，制冷空调领域，尤其涉及一种基于发动机余热利用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保证货物较低的温度，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。发动机排放至排气歧管的温度高达800℃左右，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。如果将尾气的余热进行有效的回收利用，可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的制冷剂保证制冷系统的环境友好。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于发动机余热回收利用的节能环保冷藏车制冷系统，通过回收冷藏车内燃机排放废气的余热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，本实用新型所采取的技术方案是：提出一种基于发动机余热回收利用的冷藏车制冷系统，由发动机余热温差发电系统和CO2制冷系统组成；发动机余热发电系统包括依次连接的内燃机、排气管、温差发电模块、蓄电池组、蓄电池管理控制系统；CO2制冷系统由依次连接的压缩机、气体冷却器、温差制冷模块、节流阀和蒸发器组成；压缩机出气口连接气体冷却器进气口，蒸发器出气口连接压缩机进气口；所述蓄电池组连接温差制冷模块。
其中，温差发电模块，温差制冷模块都是可以直接购买的部件。
发动机余热发电系统中内燃机排放的具有较高温度的尾气进入温差发电模块，发电模块产生直流电，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。
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，然后流体进入温差制冷模块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。
本实用新型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）温差发电系统及温差制冷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，相对于有机郎肯循环（ORC）余热回收系统，大大缩减了余热回收装置的重量、体积及可靠性。无论汽车处于何种工况，温差发电模块都可以实现对蓄电池组稳定供电。不需要充注制冷工质，余热利用系统高效环保。
（4）通过温差发电模块回收内燃机尾气的余热，将余热转换为电能。温差制冷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为本实用新型的系统示意图。
图中：1、内燃机；2、排气管；3、旁通管；4、温差发电模块；5、蓄电池组、6、蓄电池管理控制系统；7、压缩机；8、气体冷却器；9、温差制冷模块；10、节流阀；11、蒸发器。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、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，为一种基于发动机余热回收利用的节能环保冷藏车制冷系统，其核心是温差发电模块和温差制冷模块装置。基于发动机余热回收系统主要由内燃机1、排气管2、旁通管3温差发电模块4、蓄电池组5、蓄电池管理控制系统6组成。CO2制冷系统由压缩机7、气体冷却器8、温差制冷模块9、节流阀10和蒸发器11组成。发动机余热发电系统包括依次连接的内燃机、排气管、温差发电模块、蓄电池组、蓄电池管理控制系统；CO2制冷系统由依次连接的压缩机、气体冷却器、温差制冷模块、节流阀和蒸发器组成；压缩机出气口连接气体冷却器进气口，蒸发器出气口连接压缩机进气口；所述蓄电池组连接温差制冷模块。
本实施例的基于发动机余热回收利用的节能环保冷藏车制冷系统的工作原理是：
第一步：内燃机1的排放的尾气流经排气管2进入温差发电模块4。如果温差发电模块4的表面温度过高，则开启旁通管3，减少进入温差发电模块4的尾气流量，避免发电模块热端温度过高造成永久损坏。温差发电模块4发出的直流电被蓄电池组5储存。
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7吸气口，由压缩机7压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器8与环境空气进行换热，由于气体冷却器8存在换热温差，此时CO2温度稍高于环境温度。
第三部：超临界CO2流体进入温差制冷模块9进一步冷却为低温高压超临界流体，所需的电量由蓄电池管理控制系统6进行调控。
第四步：低温高压超临界CO2流体经过节流阀10膨胀节流后为低温低压的气液两相流体状态，进入蒸发器11吸收车厢内的热量，而后进入压缩机7，完成制冷循环。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型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，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于发动机余热回收利用的冷藏车制冷系统，其特征是，由发动机余热温差发电系统和CO2制冷系统组成；发动机余热发电系统包括依次连接的内燃机、排气管、温差发电模块、蓄电池组、蓄电池管理控制系统；CO2制冷系统由依次连接的压缩机、气体冷却器、温差制冷模块、节流阀和蒸发器组成；压缩机出气口连接气体冷却器进气口，蒸发器出气口连接压缩机进气口；所述蓄电池组连接温差制冷模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106766361A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 天津商业大学 一种基于发动机余热回收的冷藏车节能环保制冷系统
CN109910723A (zh) * 2019-04-09 2019-06-21 天津商业大学 一种具有温差发电装置的液氮冷藏车

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