基于吸附式制冷技術(shù)的長(zhǎng)途冷藏車應(yīng)用探討

陳領(lǐng)民 葉成彬 吳海欣 李忠海 童俊杰 吳淑樺

基于吸附式制冷技術(shù)的長(zhǎng)途冷藏車應(yīng)用探討

陳領(lǐng)民 葉成彬 吳海欣 李忠海 童俊杰 吳淑樺

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電氣工程學(xué)院 廣州 510800）

為了降低我國(guó)長(zhǎng)途冷藏車制冷設(shè)備的油耗，設(shè)計(jì)一種基于吸附式制冷技術(shù)用于輔助制冷從而降低油耗。利用長(zhǎng)途冷藏車高溫而穩(wěn)定的尾氣，給采用制冷工質(zhì)對(duì)氯化鍶—氨的吸附式制冷系統(tǒng)提供熱能。通過(guò)實(shí)現(xiàn)輔助制冷，從而降低原來(lái)制冷機(jī)組的油耗。通過(guò)理論分析和模型制作，該設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用到長(zhǎng)途冷藏車上。

吸附式制冷；氯化鍶—氨；長(zhǎng)途冷藏車；高溫尾氣

0 引言

隨著生活品質(zhì)的提高，各類冷凍生鮮產(chǎn)品的市場(chǎng)迅速發(fā)展起來(lái)，同時(shí)也帶動(dòng)了冷鏈物流市場(chǎng)，但我國(guó)長(zhǎng)途冷藏車用于制冷的油耗成本極大，為了節(jié)省成本，我國(guó)80%～90%的水果、蔬菜、禽肉、水產(chǎn)品都采用常溫或保溫車輛來(lái)代替從事冷鏈物流，因此每年的蔬菜、瓜果類的食品損失能達(dá)到數(shù)千億元。

就我國(guó)當(dāng)前的冷鏈物流現(xiàn)狀，中央和地方都在大力支持并提倡發(fā)展冷鏈物流，進(jìn)一步加強(qiáng)了有關(guān)冷鏈規(guī)則的執(zhí)行力，保證冷鏈物流市場(chǎng)的有序運(yùn)作，使食物在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中得到安全保證。但正規(guī)的冷鏈物流為了確保生鮮果蔬等在流通環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的低溫條件下，就必須使用冷藏車。與此同時(shí)，冷藏車由于制冷使得油耗巨大，排放大量尾氣。面對(duì)成本問(wèn)題以及響應(yīng)國(guó)家的綠色節(jié)能減排、綠色環(huán)保的倡導(dǎo)，降低長(zhǎng)途冷藏車的制冷油耗就尤為關(guān)鍵[1-7]。

吸附式制冷是一種綠色環(huán)保的技術(shù)，包括熱解吸及冷卻吸附兩個(gè)工作過(guò)程，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)噪音及節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、基本不含動(dòng)力部件并且能有效利用低品味熱源、沒有結(jié)晶和分餾問(wèn)題，適用于振動(dòng)、傾顛或者旋轉(zhuǎn)等場(chǎng)地。目前將此應(yīng)用到冷藏車上的研究較少。

以從事干線運(yùn)輸為主的冷藏車，使用率達(dá)90%，這類車產(chǎn)生的尾氣是高溫且穩(wěn)定的，尾氣溫度可達(dá)1300℃。我們對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)以應(yīng)用到長(zhǎng)途冷藏車上，選用高效的制冷工質(zhì)對(duì)氯化鍶—氨，以長(zhǎng)途冷藏車高溫且穩(wěn)定的尾氣作為吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源，設(shè)計(jì)方向定為輔助制冷，以降低長(zhǎng)途冷藏車原有制冷機(jī)組的油耗[8-17]。

1 本吸附式制冷系統(tǒng)的原理

本吸附式制冷系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)工作的系統(tǒng)，對(duì)存放制冷工質(zhì)對(duì)的受熱管加熱，使制冷工質(zhì)對(duì)中的制冷劑從制冷質(zhì)解吸氣化，經(jīng)過(guò)冷凝管液化，流入制冷器中，然后停止對(duì)受熱管的加熱，受熱管溫度下降，氣壓降低，制冷器中的液態(tài)制冷劑因壓強(qiáng)減小而氣化吸熱，氣化后的制冷劑進(jìn)入受熱管被制冷質(zhì)吸附，直至吸附量達(dá)到飽和，實(shí)現(xiàn)制冷。

圖1 原理圖

2 制冷工質(zhì)對(duì)選用氯化鍶-氨

制冷量是體現(xiàn)系統(tǒng)性能的直接指標(biāo)，圖2是氯化鍶—氨工質(zhì)對(duì)在不同熱源溫度下的制冷量。從圖中可以看出，當(dāng)熱源溫度T在85℃以下時(shí)，制冷量幾乎為零。在T為85℃處出現(xiàn)一個(gè)明顯的拐點(diǎn)，之后，隨著T的增大，制冷量迅速增加。由圖2可知，熱源溫度是啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行和提高制冷量的重要因素。

圖2 不同熱源溫度的制冷量

實(shí)驗(yàn)表明，氯化鍶—氨工質(zhì)對(duì)優(yōu)良，數(shù)據(jù)如表1。工質(zhì)對(duì)的性能對(duì)系統(tǒng)性能系數(shù)、溫升幅度、設(shè)備材料及系統(tǒng)一次性投資應(yīng)用場(chǎng)合等影響很大，從根本上決定系統(tǒng)的性能和結(jié)構(gòu)，選用合適的工質(zhì)對(duì)不僅能大大提高制冷效率，還能節(jié)約成本，增強(qiáng)機(jī)制的安全性和可靠性，通過(guò)比較，我們選用氯化鍶—氨為制冷工質(zhì)對(duì)[15]。

表1 各類工質(zhì)對(duì)制冷量比較（kJ/kg吸附劑）

3 輔助制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

我們自主設(shè)計(jì)了吸附式制冷系統(tǒng)，如圖3，該吸附式制冷系統(tǒng)包含5個(gè)閥門，其中閥門5用于吸附式制冷系統(tǒng)的抽空和補(bǔ)給液氨，處于關(guān)閉狀態(tài)。本吸附式制冷系統(tǒng)的閥門初始狀態(tài)為關(guān)閉，工作過(guò)程分為受熱解吸和氣化制冷兩個(gè)過(guò)程。

受熱解吸過(guò)程：閥門6關(guān)閉，閥門2、閥門11、閥門7打開，內(nèi)燃機(jī)1的部分尾氣進(jìn)入受熱器3，加熱里面存放了氯化鍶—氨工質(zhì)對(duì)的受熱管4，氨從氯化鍶里解吸氣化，氨氣進(jìn)入冷凝管10冷凝，液化后經(jīng)過(guò)儲(chǔ)液箱8流入制冷器9，待制冷器9裝滿液氨后，多余的液氨留在儲(chǔ)液箱8，此時(shí)關(guān)閉閥門7。當(dāng)受熱管4內(nèi)的氣壓達(dá)到一定高壓值時(shí)，氨的解吸量達(dá)到最大值，閥門11關(guān)閉，然后閥門2關(guān)閉，受熱器3停止通入尾氣，受熱器3展開，使受熱管風(fēng)冷，快速冷卻，受熱管內(nèi)的氣壓快速降低。

氣化制冷過(guò)程：閥門6打開，制冷器9內(nèi)的液氨氣化制冷，氨氣進(jìn)入受熱管4被氯化鍶吸附，當(dāng)受熱管4內(nèi)的氣壓達(dá)到一定低壓值時(shí)，氯化鍶的吸附量達(dá)到飽和，制冷器9不再制冷，然后受熱器3閉合，吸附式制冷系統(tǒng)的閥門全部回到初始狀態(tài)。

繼續(xù)制冷則重復(fù)上述兩個(gè)過(guò)程。

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)還沒發(fā)動(dòng)時(shí)，可使用儲(chǔ)液箱中的液氨制冷。閥門7打開，使液氨流進(jìn)制冷器9，閥門7關(guān)閉，閥門6打開，制冷器9內(nèi)的液氨氣化制冷。內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)后進(jìn)行上述兩個(gè)過(guò)程即可。模型設(shè)計(jì)圖如圖4，3D效果圖如圖5，模型實(shí)物圖如圖6。

圖3 氯化鍶-氨吸附式制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

圖4 模型設(shè)計(jì)圖

圖5 3D效果圖

圖6 模型實(shí)物圖

4 應(yīng)用效果

（1）降低燃油消耗。本制冷系統(tǒng)采用吸附式制冷原理，利用的熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫廢氣，應(yīng)用在長(zhǎng)途冷藏車上輔助制冷，分擔(dān)制冷量，降低原有制冷機(jī)組的運(yùn)行功率，從而減少油耗。

（2）制冷效果明顯。制冷工質(zhì)對(duì)是高效制冷的氯化鍶—氨，熱源溫度越高，制冷量則越大，長(zhǎng)途冷藏車發(fā)動(dòng)機(jī)具有平穩(wěn)的輸出功率，廢氣溫度可達(dá)1300℃，另外受熱器能夠打開散熱，因而吸附式制冷系統(tǒng)工作周期較短。

（3）系統(tǒng)故障率低。在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)的部件只有閥門和受熱器，發(fā)生故障的概率較低。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了將基于氯化鍶—氨工質(zhì)對(duì)的吸附式制冷技術(shù)應(yīng)用到長(zhǎng)途冷藏車上，并對(duì)該應(yīng)用進(jìn)行了理論分析、設(shè)計(jì)和模型制作，設(shè)計(jì)方向定為輔助制冷，以降低長(zhǎng)途冷藏車原有制冷機(jī)組的油耗。

本吸附式制冷屬化學(xué)吸附，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，涉及氣相吸附質(zhì)在固體吸附劑顆粒間的流動(dòng)、微孔內(nèi)擴(kuò)散、物理及化學(xué)吸附等動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，影響因素多且難確定。到目前為止，尚無(wú)完整的理論可供指導(dǎo)吸附式制冷工質(zhì)對(duì)的篩選、制冷過(guò)程模擬和裝置的設(shè)計(jì)，甚至經(jīng)驗(yàn)方程亦極為鮮見。吸附式制冷研究工作處于以實(shí)驗(yàn)研究為主、利用現(xiàn)有理論對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和在此基礎(chǔ)上總結(jié)提高的狀況[15]。

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Discussion on the Application of Long-distance Refrigerated Truck Based on Adsorption Refrigeration Technology

Chen Lingmin Ye Chengbin Wu Haixin Li Zhonghai Tong Junjie Wu Shuhua

( School of Electrical Engineering, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou, 510800 )

In order to reduce the fuel consumption of refrigeration equipment for long-distance refrigeration trucks in China, an adsorption refrigeration technology is designed for auxiliary refrigeration to reduce fuel consumption. The high temperature and stable exhaust gas of long distance refrigeration truck is used to provide heat energy for the adsorption refrigeration system of strontium chloride-ammonia using refrigerant. By realizing auxiliary refrigeration, the oil consumption of the original refrigeration unit can be reduced. Through theoretical analysis and model making, the design can be applied to long-distance refrigerated vehicles.

adsorption refrigeration; strontium chloride-ammonia; long-distance refrigeration truck; high temperature exhaust gas

TB69

A

1671-6612（2020）03-357-03

陳領(lǐng)民（1997-），男，在讀本科生，E-mail：2509022184@qq.com

葉成彬（1990-），男，本科，實(shí)驗(yàn)師，E-mail：395895709@qq.com

2019-08-09