CN106052187A - 一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的制冷系统，还包括有机朗肯循环系统，有机朗肯循环系统包括膨胀机、工质泵、发动机冷却散热器及第一冷凝器，所述制冷系统包括压缩机、第二冷凝器、蒸发器和节流阀，蒸发器对应所述风道设置，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，膨胀机与压缩机传动连接。本发明可以节约冷藏车运营成本，降低碳排放，具有很高的节能效益、环保效益、经济效益。

Description

一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统

技术领域

本发明涉及一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,属制冷冷藏技术领域。

背景技术

随着人们生活质量的提高，对新鲜果蔬、药品质量的要求越来越高，极大地促进了冷藏物流的发展，但与消费需求的快速增长不相适宜的是冷藏配送的体量和能力，冷藏车燃油成本非常高。

在运输需要保鲜的货物时，需要使用冷藏车。当前我国冷藏车有机械冷藏车、冷板冷藏车、液氮冷藏车和干冰冷藏车等，其中以机械冷藏车为主，其制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，工作原理为蒸汽压缩制冷，压缩机传动机构由汽车发动机驱动。机械冷藏车一般包括运载的载体车，在载体车的底盘上部固定设置有冷藏厢体，在冷藏厢体上设置有制冷机组，制冷机组产生的冷量用来保证冷藏厢体内保持较低的温度。

传统冷藏车制冷系统是通过发动机消耗燃油为制冷机组提供能量，驱动制冷机组工作进行的，制冷过程消耗了大量石油的化学能，燃油成本高造成运输成本也高，属于不可再生的化石能源，同时增大了汽车尾气的排放，加剧了环境污染，因此在节能减排环保的大趋势下，需对目前的冷藏车制冷方式进行改进。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以节约冷藏车运营成本，降低碳排放，具有很高的节能效益、环保效益、经济效益的适用于冷藏车的余热驱动制冷系统。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的制冷系统，还包括有机朗肯循环系统，有机朗肯循环系统包括膨胀机、工质泵、发动机冷却散热器及第一冷凝器，所述制冷系统包括压缩机、第二冷凝器、蒸发器和节流阀，蒸发器对应所述风道设置，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，膨胀机与压缩机传动连接。

作为本发明的一种优选方式，所述第一冷凝器为冷凝器的第一散热部，所述第二冷凝器为冷凝器的第二散热部。

作为本发明的一种优选方式，所述膨胀机与所述压缩机通过联轴器同轴连接，所述膨胀机与所述压缩机构成膨胀压缩一体机。

作为本发明的一种优选方式，所述第二散热部、所述节流阀、所述蒸发器以及所述压缩机通过管道依次连接。

作为本发明的一种优选方式，所述冷凝器安装在所述冷藏车车体的发动机前舱内且与所述发动机冷却散热器固定连接。

作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器设置在所述风道内，在所述风道内设有风机，所述风道具有与所述冷藏厢连通的送风口和回风槽。

作为本发明的一种优选方式，所述风道设有储冷剂箱，储冷剂箱的进风口对应所述蒸发器设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关，所述风道与所述冷藏厢之间设有气流通道。

作为本发明的一种优选方式，还包括控制器和设置在所述冷藏厢内的温度传感器，所述控制开关、所述风机以及温度传感器均连接至控制器。

作为本发明的一种优选方式，所述冷藏厢由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层、玻璃钢板外层以及设置在玻璃钢板内层与玻璃钢板外层之间的聚氨酯泡沫层，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板。

采用本发明的技术方案后，利用冷藏车车体的冷却水系统对对发动机尾气进行热回收，回收散热系统废热和烟气的余热，为有机朗肯循环系统提供动力。由于制冷系统的动力来自发动机的余热回收，相比传统的机械制冷系统，耗油量减少，(发动机排气温度降低，燃烧效率提高，排气中的NO_x减少)燃油成本降低，提高经济性和环保性，节能的同时减少了一次能源的使用。本发明将发动机的散热系统与冷藏车车体的制冷系统结合，冷却水为发动机降温，吸收烟气余热，降低烟气的出口温度，提高发动机效率，一方面利用发动机的冷却水为有机朗肯循环蒸发器内的有机工质(即发动机冷却散热器)加温，满足发动机的工作需求；另一方面冷却水经过有机朗肯循环系统换热后，继续为发动机降温，循环利用，节能减排。如此，与现有技术相比，本发明具有节能环保、实用可靠、能够降低运营成本的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理图；

图3为本发明的控制原理图；

图4为本发明储冷剂箱配合风道的第一种使用状态图；

图5为本发明储冷剂箱配合风道的第二种使用状态图；

图中：

1-膨胀压缩一体机 110-膨胀机

111-压缩机 2-发动机冷却散热器

3-工质泵 4-冷凝器

410-第一冷凝器 411-第二冷凝器

5-节流阀 6-蒸发器

7-风机 8-储冷剂箱

9-水泵 10-发动机

11-百叶窗 12-回风槽

13-冷藏厢 14-车体底盘

15-驾驶室 16-聚氨酯泡沫层

17-玻璃钢板外层 18-风道

19-送风口 20-玻璃钢板内层

21-控制器 22-温度传感器

23-控制开关 24-气流通道

25-叶片 26-隔板

27-导流口

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，说明书附图中箭头符号“→”是指管路中介质的流向，该箭头符号的出现并不限定本发明的保护范围。

参照图1至图5，一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢13、与冷藏厢13连通的风道18以及用以对冷藏厢13进行制冷的制冷系统，还包括有机朗肯循环系统，有机朗肯循环系统包括膨胀机110、工质泵3、发动机冷却散热器2及第一冷凝器410。本发明中所述制冷系统包括压缩机111、第二冷凝器411、蒸发器6和节流阀5，蒸发器6对应所述风道18设置，发动机冷却散热器2对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，膨胀机110与压缩机111传动连接。

有机朗肯循环(ORC)是有机工质经过工质泵的加压，被输送到蒸发器中，吸收高温热源的能量蒸发变成高焓的饱和气体，随后在膨胀机中膨胀输出有用功，变成低压的过热蒸气，最后在冷凝器中冷凝成饱和液体并重新开始下一个循环。使用低沸点的有机物作为工质吸收余热能，蒸发气化后进入膨胀机做工，利用有机朗肯循环的余热回收技术是当前效率最高的，也是最有可能实现产业化的技术手段。本发明将有机朗肯循环用于冷藏车回收利用低品位的余热能进行制冷，利用汽车产生的废热实现冷藏车的制冷是非常有前途的节能减排方式，最大限度地减少一次不可再生能源的消耗，节省运行费用，实现“低成本、高效率”的物流配送效果。

本发明中有机朗肯循环使用低沸点的有机工质(如氯乙烷、正戊烷、异戊烷、五氟丙烷等)经过工质泵3的加压，被输送到发动机冷却散热器2(即有机朗肯循环中的蒸发器)中，吸收冷却水的能量蒸发变成高焓的饱和气体，随后在膨胀机110中膨胀输出有用功，变成低压的过热蒸气，最后在冷凝器410中冷凝成饱和液体并重新开始下一个循环。主要优点有：1、低沸点的工质和高蒸气压力使有机朗肯循环对低温度的余热能利用有更高的效率；2、有机工质的密度一般比水的密度要大，系统的膨胀机、换热器和管道的体积都要小很多；3、压力高于大气压力，有一定的正压，减少了空气进入系统的可能性；4、工质的熔点一般在-50度以下，冬天不用担心管道的冻堵问题。车用内燃机在工作时经常处于不同的工况，排气温度在200-900度(平均排气温度为400度左右)不断随工况变化，同时内燃机冷却液出口温度通常为96-100度之间，能将余热能充分转换为有用功。

在本发明中介绍到的冷却水系统为冷藏车中的常规结构，冷却水系统是将受热零件的部分热量及时带走，以保证发动机10在最适宜的温度状态下工作。通过水泵9使环绕在气缸水套中的冷却液加快流动，吸收大量热量的冷却液在发动机冷却散热器2中进行冷却，冷却后的冷却液再次引到水套中，周而复始实现发动机的冷却。其中，发动机冷却散热器2即为有机朗肯循环的蒸发器，冷却水进行放热过程，有机工质进行吸热过程，回收冷却水中的热量进行换热，回收利用废热，实现有机工质的蒸发提取低品位热能。

在本发明中，冷藏车车体主要包括驾驶室15、车体底盘14和设置在车体底盘14上的驱动机构，这些均为冷藏车中的常规结构，这里不再进行详细描述。

作为本发明的一种优选方式，所述第一冷凝器410为冷凝器4的第一散热部，所述第二冷凝器411为冷凝器4的第二散热部。如此，本发明有机朗肯循环的冷凝器和制冷系统的冷凝器一体化，减小设备的体积，冷凝器安装在冷藏车的发动机前舱内，与发动机冷却散热器2固定在一起，既可防止泥沙、除雪剂污染，又可利用汽车行驶过程中的高速气流为有机朗肯循环和制冷机组的冷凝器进行散热。

作为本发明的一种优选方式，所述膨胀机110与所述压缩机111通过联轴器同轴连接，所述膨胀机110与所述压缩机111构成膨胀压缩一体机1，膨胀机110即为膨胀压缩一体机的膨胀机部分，压缩机111即为膨胀压缩一体机的压缩机部分。膨胀机和压缩机一体化，不经过发电机，省去了膨胀机的机械能转换电能，电能再转换成机械能的功耗，减少因发电机的能量损耗，且设备系统紧凑，减少重量。

作为本发明的一种优选方式，所述第二散热部、所述节流阀5、所述蒸发器6以及所述压缩机111通过管道依次连接，形成密闭的系统，制冷剂在系统中不断的循环流动。液体制冷剂在蒸发器6中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽，被压缩机111吸入，压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器(第二冷凝器411)，在冷凝器中向空气放热，冷凝为高压液体，经节流阀5节流为低压低温的制冷剂，再次进入蒸发器6吸热汽化，达到循环制冷的目的。

作为本发明的一种优选方式，所述冷凝器4安装在所述冷藏车车体的发动机前舱内且与所述发动机冷却散热器2固定连接，该结构既可防止泥沙、除雪剂污染，又可利用汽车行驶过程中的高速气流为有机朗肯循环和制冷机组的冷凝器4进行散热。制冷剂在冷凝器4内盘旋的蛇形换热管内流动着，与来流的空气进行换热后温度降低。

作为本发明的一种优选方式，所述蒸发器6设置在所述风道18内，在所述风18道内设有风机7，所述风道18具有与所述冷藏厢13连通的送风口19和回风槽12。在风道18内安放风机7，主要有三方面的作用：1、为回风提供负压环境，为回风的进入提供动力。2、使得新冷风与蒸发器6进行强制对流换热，提高换热效率。3、将新冷风送入冷藏厢13内与冷藏物品进行热量交换，为冷风的循环流动提供动力。冷藏厢13内的低温空气在风机7的吸附作用下进入风道18，并在风机7的鼓风作用下与蒸发器6内的制冷剂交换热量，放热后的低温冷空气进入冷藏厢13内与车厢内的冷藏物品换热，维持冷藏厢13内的低温环境，保证物品的新鲜度。与物品换热后的空气在风机7的作用下回到风道18内进入下一个循环。风机7置于蒸发器6前，用于将冷能送入冷藏厢13内，同时促进冷气内循环，充分进行热交换。

作为本发明的一种优选方式，所述风道18设有储冷剂箱8，储冷剂箱8的进风口对应所述蒸发器6设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关，所述风道18与所述储冷剂箱8之间设有气流通道22。作为本发明的一种优选方式，还包括控制器21和设置在所述冷藏厢13内的温度传感器22，所述控制开关23、所述风机7以及温度传感器22均连接至控制器21。

参照图4和图5，作为本发明的一种优选方式，本发明中的控制门采用百叶窗11，百叶窗11具有能开合的叶片25，同时还可以控制叶片25的开启程度，其为现有技术中的已知结构，如在授权公告号CN1204329C的中国发明中专利中即介绍了一种电动百叶窗。本发明中，将百叶窗11安装在风道18内，为了更好的配合百叶窗11的叶片25，在风道18内设有与叶片25配合的隔板26，隔板26对应气流通道24设置，隔板26与百叶窗11之间形成导流口27，当百叶窗11的叶片25开启至一定程度，叶片25抵靠在隔板25上，从而将导流口27封闭，此时气流从百叶窗11的25叶片之间流过并进入储冷剂箱8。百叶窗11上设有控制叶片25活动的控制机构，该控制机构与控制器21连接。图4表示，百叶窗11的叶片25打开状态下气流的流动方向，图5表示百叶窗11的叶片关闭的状态下，气流的流动方向。本发明巧妙地将百叶窗11结构安装在风道18，通过控制百叶窗11的叶片25的开启程度，还可以实现导流口27气流的大小的调整，配合温度传感器22和控制器21，可以合理的调配冷藏厢13内冷气的输送量，从而合理地利用能量，起到节能环保的作用。

作为本发明的一种优选方式，所述冷藏厢13由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层20、玻璃钢板外层17以及设置在玻璃钢板内层20与玻璃钢板外层17之间的聚氨酯泡沫层16，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板，采用这种结构，在保证车厢的强度下，可以有效防止冷气散发出去，提高冷藏效果。在本发明中，风道18设置在前板位置并延伸至盖板。温度传感器22安装于冷藏厢13内，与控制器21的输入端相连，控制器21的输出端与风机7相连，通过控制风机7的转速，实现调节制冷温度。当冷藏厢13内的温度高于要求温度时，将百叶窗11合拢，冷气通过风道18直接进入冷藏厢13，进行制冷；当冷藏厢13内温度低于要求温度时，百叶窗11打开，冷气进入储冷剂箱8后再进入冷藏厢13，进行缓慢的制冷。当发动机停止运作时，冷藏厢13内的冷能由储冷剂箱8提供。储冷剂箱8内装有乙二醇水溶液。

采用本发明的技术方案后，冷藏车用来对冷冻食品或新鲜食品等进行陆运保存。当冷藏厢13内的温度较高时，百叶窗11会合拢，冷气通过风道18与蒸发器换热管换热后直接进入冷藏厢13；当冷藏厢13内的温度较低时，百叶窗11会打开，冷气会进入储冷剂箱8后再进入冷藏厢13，对车厢内进行缓慢的制冷。与物品换热后的空气在风机7的作用下经回风槽12回到风道18内。其中蒸发器6中的低温制冷剂通过制冷循环系统提供，而制冷系统通过冷凝器4的第二散热部将热量释放到空气中，制冷系统中压缩机111的运行依靠有机朗肯循环系统提高动力源。作为制冷系统的动力系统的是有机朗肯循环系统。有机朗肯循环系统利用冷藏车的冷却系统吸收各零部件的热量为热源和空气在冷凝器4的第一散热部中的冷却作用形成的温度势差驱动膨胀机110做功，并带动压缩机111做功。其中，制冷系统的压缩机111、冷凝器4的第二散热部、节流阀5和有机朗肯循环系统的工质泵3、发动机冷却散热器2、冷凝器4的第一散热部均位于驾驶室15下的车头内。

采用本发明的技术方案，至少可以达到下述的有益效果在于：

1、节能环保效益显著：利用冷却水系统对发动机尾气进行热回收，回收散热系统废热和烟气的余热，为有机朗肯循环系统提供动力。由于制冷系统的动力来自发动机的余热回收，相比传统的机械制冷系统，耗油量减少，(发动机排气温度降低，燃烧效率提高，排气中的NO_x减少)燃油成本降低，提高经济性和环保性能的同时减少了一次能源的使用。

2、膨胀机110和压缩机111一体化，不经过发电机，省去了膨胀机110的机械能转换电能，电能再转换成机械能的功耗，减少因发电机的能量损耗，且设备系统紧凑，减少重量。

3、将发动机的散热系统与冷藏厢的制冷系统结合。冷却水为发动机降温，吸收烟气余热，降低烟气的出口温度，提高发动机效率，吸收的热量作为制冷系统动力源有机朗肯循环的热源驱动压缩机做功，为制冷系统提供动力。一方面利用发动机的冷却水为有机朗肯循环蒸发器内的有机工质加温，满足发动机的工作需求；另一方面冷却水经过有机朗肯循环系统换热后，继续为发动机降温，循环利用，节能减排。

4、有机朗肯循环的冷凝器(即第一冷凝器410)和制冷系统的冷凝器(即第二冷凝器411)一体化，减小设备的体积。冷凝器4安装在冷藏车的发动机前舱内，与发动机冷却散热器2固定在一起，既可防止泥沙、除雪剂污染，又可利用汽车行驶过程中的高速气流为有机朗肯循环和制冷机组的冷凝器进行散热。

5、冷藏厢采用由高密度聚氨酯作保温层的夹芯厢板组成，厢板内、外采用玻璃钢板，包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板，使用高强度胶将玻璃钢板和聚氨酯泡沫层粘合在一起；有效防止冷气散发出去，提高冷藏效果。

6、余热回收利用技术和相变蓄冷技术有机结合，在冷藏厢风道18内设置储冷剂箱8(防止发动机因意外停止工作而导致的冷藏厢温度上升)可以达到持续制冷的目的以及更高的突发事件应变能力。

7、蒸发器6设置在冷藏厢的内部，直接与冷藏厢内的空气进行热交换，安装回风槽12，结构简单，冷能流失少，制冷效果好，提高制冷效率。

与现有的技术相比，本发明具有节能环保、实用可靠的特点。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,包括冷藏车车体、设置在冷藏车车体上的冷藏厢、与冷藏厢连通的风道以及用以对冷藏厢进行制冷的制冷系统，其特征在于：还包括有机朗肯循环系统，有机朗肯循环系统包括膨胀机、工质泵、发动机冷却散热器及第一冷凝器，所述制冷系统包括压缩机、第二冷凝器、蒸发器和节流阀，蒸发器对应所述风道设置，发动机冷却散热器对应所述冷藏车车体的冷却水系统设置，膨胀机与压缩机传动连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述第一冷凝器为冷凝器的第一散热部，所述第二冷凝器为冷凝器的第二散热部。

3.如权利要求2所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述膨胀机与所述压缩机通过联轴器同轴连接，所述膨胀机与所述压缩机构成膨胀压缩一体机。

4.如权利要求3所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述第二散热部、所述节流阀、所述蒸发器以及所述压缩机通过管道依次连接。

5.如权利要求4所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述冷凝器安装在所述冷藏车车体的发动机前舱内且与所述发动机冷却散热器固定连接。

6.如权利要求5所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述蒸发器设置在所述风道内，在所述风道内设有风机，所述风道具有与所述冷藏厢连通的送风口和回风槽。

7.如权利要求6所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述风道内设有储冷剂箱，储冷剂箱的进风口对应所述蒸发器设置，在进风口上设有可启闭的控制门和用以对控制门进行启闭的控制开关，所述风道与所述冷藏厢之间设有气流通道。

8.如权利要求7所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：还包括控制器和设置在所述冷藏厢内的温度传感器，所述控制开关、所述风机以及温度传感器均连接至控制器。

9.如权利要求8所述的一种适用于冷藏车的余热驱动制冷系统,其特征在于：所述冷藏厢由厢板组成，厢板包括玻璃钢板内层、玻璃钢板外层以及设置在玻璃钢板内层与玻璃钢板外层之间的聚氨酯泡沫层，厢板包括左侧板、右侧板、盖板、底板、前板和后板。