[发明专利]一种基于余热过冷的CO2汽车空调系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制冷技术和CO₂制冷循环领域，尤其涉及一种基于余热过冷的CO₂汽车空调系统。

背景技术

随着当代社会的发展和人民生活水平的提高，家用汽车的数量与日俱增。汽车尾气的排放也越来越多。汽车尾气中的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等对环境造成很大破坏，产生温室效应，破坏臭氧层。此外，汽车发动机排放的废气的温度高达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。所以说，对汽车尾气余热的回收利用，在很大程度上提高了能量的利用。

现阶段汽车空调的制冷系统采用蒸汽压缩制冷循环，充注的制冷剂大多数为R134a，R134a虽然ODP为0，但是GWP却高达1430，汽车空调系统制冷剂不可避免的会发生泄漏和定期更换，加剧温室效应，现全球各国都在加速推进环保制冷剂替代高GWP制冷剂的进程。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，现《京都议定书》将HFCs列入温室气体名单。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关注。

1)、CO₂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)、二氧化碳粘度低，其流动损失小、传热效果好，与润滑油具有很好的相容性。4)安全系数高，无毒不可燃，化学性质稳定。5)廉价易获取。

但是，CO₂作为新型制冷剂仍存在一些问题。CO₂的临界温度为31.1℃，临界压力高达7.38MPa，系统的工作压力很高。由于室外温度条件的限制，气体冷却器出口温度比较高，略高于环境温度，节流损失比较大，导致整个系统的效率不高。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种基于余热过冷的CO₂汽车空调系统。

本发明一种基于余热过冷的CO₂汽车空调系统，CO₂汽车空调系统包括压缩机、蒸发器、气体冷却器、节流阀、温差发电机、热电过冷器、温差发电机和发动机；蒸发器出口连接压缩机入口，压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接热电过冷器入口，热电过冷器出口连接节流阀入口，节流阀出口连接蒸发器入口；发动机气管出口连接温差发电机，电源管理器分别连接热电过冷器和温差发电机。

在CO₂制冷系统中，气液两相的CO₂流体从蒸发器吸收热量，进入压缩机压缩为高温高压超临界流体，进入气体冷却器向周围环境放热，此时CO₂流体的放热温度高于环境温度，然后CO₂流体进入热电过冷器进一步过冷，经节流后变为低温低压的气液两相流体，进入蒸发器完成整个制冷循环。

由发动机排气气管出来的高温尾气进入温差发电机，温差发电机是基于Seebeck原理的发电装置，利用尾气与周围环境的温差对外输出电能，用于驱动热电过冷器实现CO₂过冷，多余的电能储存于电源管理器供给其他用电设备使用。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)、此套系统所使用工质为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，不占用车内空间。更重要的是它的ODP＝0，GWP＝1，减缓温室效应进程，是一种节能环保的工质。

2)、通过热电过冷器降低气冷器出口的CO₂流体的温度，甚至可以低于环境温度，减少节流损失，提高制冷量。

3)、通过温差发电机对发动机排放的尾气余热进行有效利用。利用高温尾气与环境空气的温差输出电能，用来驱动热电过冷器，提高了能量的利用率。

通过以上两个过程的相互协作，可以有效的提高能量的利用和整个CO₂跨临界制冷系统的能效。

附图说明

图1是本发明系统原理框图。

图中：1、压缩机；2、气体冷却器；3、蒸发器；4、节流阀；5、热电过冷器；6、温差发电机；7、发动机；8、电源管理器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及作用，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：