CN109720266A - 一种采用复合相变制冷系统的新型电动冷链车 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷设备领域，具体涉及一种冷链物流电动车。该冷链物流电动车，以长距离冷链运输为目标，将优先启动复合相变制冷系统，当复合相变蓄冷系统无法再释放冷量时；再启用半导体制冷模式。而且，其复合相变制冷系统，有着新颖的制冷工作模式，即蓄冷板中制冷介质——盘管中流动的液氮，通过换热壁将冷量不断的传递给制冷基体——有机相变蓄冷材料，以达到制冷的目的。制冷温度可通过液氮的流量进行可控调节。本发明针对冷链物流车领域目前存在相变潜热下降不够多、长时间维持低温贮藏环境等方面存在的不足，将其应用于新能源电动车领域，在冷链物流输运领域，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种采用复合相变制冷系统的新型电动冷链车

技术领域

本发明属于制冷设备领域，具体涉及一种电动冷链车。

背景技术

冷链车是用来运输冷冻或保鲜的货物的封闭式箱式运输车，装有制冷机组的制冷装置和聚氨酯隔热箱的冷链专用运输汽车，常用于奶制品、蔬菜水果、疫苗药品等。目前，普遍采用制冷机对环境进行制冷，上述冷链车存在的缺陷如下：第一，制冷机停电时，无法长时间维持环境或贮藏需要的特定温度，因而温度回升快、物品贮藏时间短、贮藏物品易变质；第二，在无相变恒温材料的制冷系统中，提供恒温环境时，制冷机工作启动频繁，因而降低了其使用寿命，耗电量多。另一方面，若冷链车内使用低温相变材料进行制冷，也依然存在诸多不足，例如：相变潜热衰减、传热差、稳定性不足，使得车箱内降温有限、蓄水箱体积大，最终造成冷链车制造成本大，运输费用高；有些相变材料——特别是无机盐类相变制冷材料，还会腐蚀车箱，并造成环境、食品污染，使得用户的安全性受到威胁等问题。这一切，都无法满足长距离低温运输、长时间维持低温贮藏环境、或有特定超低温贮藏环境的要求。

近年来，随着物联网的发展，生鲜电商已走进消费者的日常生活，这对冷链物流业提出了更高的要求。然而，我国在易腐食品、药品生物制剂、医用器官等超低温冷藏冷冻运输技术与发达国家仍存在很大差距，例如：完整独立的冷链体系尚未形成、冷链物流运输车技术水平低等。有数据显示，未来5-10年，我国冷链物流将在“国际化、标准化、以及走向国内农村市场”这三大因素的推动下，其增速将不低于20％。因此，在这样的市场背景下，冷链物流运输车将会在“长时间维持低温贮藏环境”方面面临更高的技术挑战。

发明内容

本发明的目的在于针对相变潜热下降不够多、长时间维持低温贮藏环境等方面存在不足的冷链车，提出了一种采用有机类低温相变蓄冷材料作为制冷基体、同时兼用液氮作为制冷介质(可实现局部超低温冷冻)，以及半导体制冷的复合制冷方法，将其应用于新能源电动车，提出了一种新型电动冷链车。

所述新型电动冷链车，由车身和制冷车箱组成。其中，

1.车身包括但不限于以下组成：底盘、车架、机械系统、电源系统、电力驱动系统、能量管理系统、动力转向系统、辅助系统。其特征在于：电源系统、电力驱动系统、能量管理系统。

2.制冷车箱包括：箱体、制冷系统。其特征在于：复合制冷系统。箱体由主箱体、门板、密封门框组成。复合制冷系统由复合相变制冷系统(有机相变材料+液氮)、半导体制冷系统组成。其中，

3.该制冷系统工作模式，描述如下：运输过程中，考虑到电动车所储电能不仅是冷链车行驶的动力源，也需要给半导体制冷系统供电；因此，本着节能的原则，以长距离冷链运输为目标，则优先启动复合相变制冷系统，即，车辆携带的液氮源源不断提供冷源给有机相变蓄冷材料，以维持制冷车厢内的低温贮藏环境(可实现局部超低温冷冻)；当车载液氮量完全消耗后，有机相变材料将会依靠自身的相变吸热再维持制冷箱内低温环境一段时间。当有机类相变蓄冷材料吸收热量完全相变后，该相变蓄冷系统无法再释放冷量时，此时，再启用电致半导体制冷模式。其中，

所述的有机蓄冷材料，其类型包括但不限于以下：单组份有机蓄冷材料、复合类有机蓄冷材料、低温有机蓄冷材料、超低温有机蓄冷材料。其特征在于：有机低温蓄冷材料，可实现低温冷藏冷冻、局部超低温冷冻，以达到持续制冷目的。

复合相变制冷系统，由蓄冷板、相变制冷控制器、液氮储存与循环系统组成。其特征在于：使用复合相变制冷方法。具体描述为：蓄冷板由弯曲U型盘管和固定密封体组成。充有液氮(制冷介质)的弯曲U型盘管密闭地固定安装在固定密封体中，该固定密封体——充有有机低温相变蓄冷材料。作为制冷介质——U型盘管中流动的液氮，通过换热壁将冷量传递给有机相变蓄冷材料，以达到制冷的目的。这是一种复合相变制冷方法。由于液氮的加入量与箱内制冷温度存在函数关系，因此，在相变制冷控制器内，通过设计精确的相变制冷程控模块，可实现通过定量注入液态氮的方式快速冷却有机相变蓄冷材料，进而最终实现冷链车箱内温度的可调控性。

半导体制冷系统，由半导体制冷罩、半导体散热系统、半导体制冷控制器、电源组成。半导体制冷散热系统固定在箱体上；箱内的温度传感器，可以将采集到的温度信号发送给导体制冷控制器，当箱体内部温度高于设定温度时，半导体制冷控制器会让半导体制冷板工作来降低箱体内温度。

附图说明

图1本发明实施例的整车正视图示意图。

图2本发明实施例的整车分解示意图。

图3本发明实施例的箱体的爆炸图。

图4本发明实施例的箱体的侧面剖面图。

图5本发明实施例的相变制冷箱体的侧面剖面图。

图6本发明实施例的门板侧面剖面图。

图7本发明实施例的蓄冷板的结构示意图。

图8本发明U型盘管进出口螺纹及衔接螺帽结构示意图。

其中，1-车身、2-车箱、201-制冷箱体、202-密封门框、203-门板、204- 半导体制冷板、205-半导体制冷散热系统、206-制冷控制器、206A-相变制冷程控模块、206B-半导体制冷程控模块、206C-液晶屏、207-电源、208-半导体制冷罩、209-温度传感器、210-散热窗、211-安装窗口、212-一号基板、213- 蓄冷板、213A-弯曲的U型盘管、213B-固定密封体(内充有有机相变蓄冷材料)、213C-液氮进口、213D-减压出口、213E-液氮瓶、213F-流量传感器、213G- 单向减压阀、213H-U型盘管进出口螺纹、213I-U型盘管进出口衔接螺帽、 214-二号基板、215-防腐蚀层、216-热传导阻隔层、217-太阳热反射层。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示：这是一种采用复合相变制冷系统的新型电动冷链车。

如图2所示：所述采用复合相变制冷系统的新型电动冷链车，是由车身 1和固定安装在其上的制冷车箱2组成。

如图3-4所示：制冷车箱，是由制冷箱体201、密封门框202、门板203、半导体制冷板204、半导体制冷散热系统205、制冷控制器206、半导体制冷程控模块206A、相变制冷程控模块206A、液晶屏206C、电源207、半导体制冷罩208、温度传感器209、散热窗210、安装窗口211组成。其中，

所述制冷箱体201的两侧装有密封门框202，门板203通过铰链安装在密封门框202上。所述箱体201顶板、后面板、底板以及门板203均采用复合层结构。门板202由两扇门组成，每扇门由两块可折叠式门组成，每扇可折叠式门的四周都安装有密封条，每扇可折叠式门的上下边都装有用来固定的插销。且门板的也为复合层结构，门板也具备良好的制冷绝热效果。

所述制冷箱体201的前面板为半导体制冷板204。半导体制散热冷系统 205、制冷控制器206和电源207，从上到下依次安装在半导体制冷罩208内。温度传感器209安装在制冷箱体201中。

所述制冷控制器206包括相变制冷程控模块206A、半导体程控模块 206B、液晶显示屏206C。

所述电源207是给半导体制冷板204、半导体制散热冷系统205、制冷控制器206、温度传感器209提供工作所需的电压的。

所述半导体制冷罩208上开设有散热窗210。半导体制冷罩208通过螺钉可拆卸地与相变制冷箱体201的前面板互接。

所述相变制冷箱体201的前面板的中上部设有安装窗口211，半导体制冷散热系统205的中部穿过安装窗口211固定在制冷箱体201上；半导体制散热系统205在制冷箱体201中部分装有温度传感器209，可以将采集到的温度信号发送给制冷控制器206。

如图5-6所示，为发明实施例的相变制冷箱体的侧面剖面图，从箱体内侧至外侧，依次为一号基板212、相变蓄冷板213、二号基板214、防腐蚀层 215、热传导阻隔层216、太阳热反射层217。其中，

所述一号基板212和二号基板214采用工字钢结构连接在一起；由于一号基板212或二号基板214的材料为钢板/铁板/铝板，因此材料选择范围广泛。所述相变蓄冷板213安装在一号基板212和二号基板214之间，安装方式为插板式/螺栓固定式/一体焊接式。所述二号基板214的最外层设有太阳热反射层217；在所述二号基板214和太阳热反射层217之间设有热传导阻隔层216；在所述二号基板214和热传导阻隔层216之间设置有防腐蚀层215。

如图7所示：所述蓄冷板213由弯曲U型盘管213A和固定密封体213B (内充有机相变蓄冷材料)组成。其中，U型盘管213A的两端均设计为开口，一端为液氮进口213C，另一端减压出口213D。其中，

所述液氮进口213C与液氮瓶213E相连，液氮通过液氮瓶213E的喷射出口前，将会经过流量传感器213F，以检测液氮流量。所述盘管减压出口处213D，安装单向减压阀213G，当U型盘管213A内液氮发生相变时，U型盘管内部气压会升高，为了保证安全，液氮吸热气化后会通过气体单向阀 213G进行排气。如图8所示，所述U型盘管213A进口、出口均通过一定设计的螺纹213H，当冷链车制冷系统不工作时或需要维修时，可通过衔接密封螺帽213I，实现良好的密封防尘。

所述电动冷链车，运输时，其制冷工作模式如下：

考虑到电动车所储电能不仅是冷链车行驶的动力源，也需要给半导体制冷系统供电；因此，本着节能的原则，以长距离冷链运输为目标，则优先启动相变制冷系统，即，以“有机相变材料+液氮”复合制冷释放冷量，以维持冷链箱内的低温环境，当该有机相变材料吸收热量完全相变后，该蓄冷系统无法再释放冷量时；再启用半导体制冷模式。具体描述为：运输时，箱内温度传感器209，将采集到的温度信号发送给制冷控制器206，当箱体内部温度高于相变制冷程控模块206A的设定温度时，制冷控制器206会让蓄冷板213工作；当制冷箱内部温度高于半导体制冷程控模块206B设定的临近温度时，此时制冷控制器206会让半导体制冷板204工作来降低箱体内温度。其中，

当相变制冷模式工作时，具体描述为：充有液氮的弯曲U型盘管213A 固定安装在固定密封体213B中，该固定密封体213B——是充有有机类低温相变蓄冷材料的制冷基体，这属于一种复合相变制冷系统。在制冷控制器内，相变制冷程控模块206A，是基于制冷介质液氮的加入量与箱内制冷温度存在函数关系的原理而设计的。即，温度传感器209，将会实时反馈冷链箱内温度，并同时显示在液晶屏206C上——根据该温度，相变程控模块206A会自动计算出所需要注入液氮的量，并同时将该信号反馈显示在液晶屏206C 上。这样，操作者便会知晓应需加入多少液氮的量，才能满足维持箱内所需制冷温度的要求。此时，冷链车携带的液氮瓶213E中的液氮会通过流量传感器213F定量注入液氮进口213C中。因此，从操作角度讲，通过向U型盘管定量补充注入液态氮，快速冷却有机相变蓄冷材料，便实现了箱体内部温度的可调控性。所述盘管减压出口213D处，将安装单向减压阀213G，当 U型盘管213A内液氮发生相变时，U型盘管内部气压会升高，为了保证安全，液氮吸热气化后会通过气体单向阀213G进行排气泄压。所述U型盘管 213A的液氮进口213C、减压出口213D均通过一定设计的螺纹213H，当冷链车制冷系统不工作时或需要维修时，可通过衔接螺帽213I，实现良好的密封防尘性。当冷链车所携带的液氮储备量全部消耗完时，有机相变材料将会依靠自身的相变吸热再维持箱内环境的低温度一段时间(该保温时间，也可通过相变程控模块206A计算并实时反馈到液晶屏206C上)；直到液晶屏 206C上所显示制冷箱内的制冷温度，高于半导体程控模块206B所设定的临界温度，此时，复合制冷系统将自动开启半导体制冷模式进行工作。

当半导体制冷模式工作时，具体描述为：箱内的温度传感器209，可将采集到的温度信号发送给制冷控制器206，当制冷控制器显示屏206C显示制冷箱内温度高于半导体程控模块206B的设定温度时，半导体制冷控制器会让半导体制冷板204工作来降低制冷箱体内温度，直至降低至半导体程控模块206B所设定的制冷温度以下。

本发明的有益效果：

1.本发明针对冷链物流车领域目前存在相变潜热下降不够多、长时间维持低温贮藏环境等方面存在不足，采用复合相变制冷技术与半导体制冷技术相结合，将其应用于新能源电动车领域，在冷链物流输运领域具有广阔的市场应用前景。

2.本发明所述冷链物流电动车，有着新颖的制冷工作模式。即，本着节能的原则，以长距离冷链运输为目标，优先启动复合相变制冷系统，当有机类相变材料吸收热量完全相变后，该相变蓄冷系统无法再释放冷量时；再启用半导体制冷模式。该制冷系统，将会在有“长距离低温运输、或有特定超低温贮藏环境”需求的冷链物流运输领域，有很好的市场前景，大幅度提高冷链物流车的输运里程。

3.本发明采用蓄冷板盘管中流动的液氮，不断通过换热壁将冷量传递给有机相变蓄冷材料(可实现局部超低温冷冻)，以达到持续制冷目的，这是一种新颖的复合相变制冷方法。

4.本发明采用精确设计的相变制冷程控模块，可实现通过定量注入流动液态氮的方式快速冷却相变材料，最终实现冷链车箱内温度的可调控性。

5.所用弯曲U型盘管液氮循环系统，将会大大提高与有机相变蓄冷材料密封体的接触面积，有效地提高了的相变材料的利用率；同时，相变材料的密封结构防止了相变材料的泄露。

6.所用有机蓄冷材料，可实现低温冷藏冷冻以及局部超低温冷冻，以达到持续制冷目的。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围，凡在此思想和原则之内所做的变形、等同替换、改进等均包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用复合相变制冷系统的新型电动冷链车，由车身和复合制冷系统制冷车箱组成。其特征在于，运输过程中，以长距离冷链运输、长时间维持制冷车箱内的低温贮藏环境为目标，优先启动复合相变制冷系统，当复合相变蓄冷系统无法再释放冷量时，再启用半导体制冷模式。

2.按照权利要求1所述的电动冷链车，其特征在于，包括但不限于使用锂电池、超级电容器、铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、燃料电池等各类储能型电池为冷链车提供动力的新能源电动汽车，其车型是箱式货车，载重量范围一般在0.3吨-80吨之间。

3.按照权利要求1所述的车身，包括但不限于由以下系统组成：底盘、车架、机械系统、电源系统、电力驱动系统、能量管理系统、动力转向系统、辅助系统。其特征在于：电源系统、电力驱动系统、能量管理系统。

4.按照权利要求1所述的复合制冷系统制冷车箱，其特征在于：复合相变制冷系统。即，流动的制冷介质不断冷却有机类低温相变蓄冷材料；且通过相变制冷程控模块，实时监控并反馈冷链车箱内温度，实现冷链车箱内温度的可调控性。

5.按照权利要求4所述的制冷介质，其特征在于，包括但不限于液氮作为制冷介质。

6.按照权利要求4所述的有机类相变蓄冷材料，其特征在于，有机类型相变蓄冷材料，其类型包括但不限于以下：单组份有机蓄冷材料、复合类有机蓄冷材料、低温有机蓄冷材料、超低温有机蓄冷材料。其特征在于：有机低温蓄冷材料，可实现低温冷藏冷冻、局部超低温冷冻，以达到持续制冷目的。

7.按照权利要求4所述的相变制冷程控模块，其特征在于：通过精确设计的相变制冷程控模块，实时监控并反馈冷链车厢内温度，人机交互模块安装在冷藏箱外易于操作的位置，以定量注入液态氮的方式，最终实现冷链车箱内温度的精准调控。