CN111023664A - 一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统 - Google Patents

一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于车载移动冷柜技术领域，具体涉及一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统；包括控制系统、除霜系统和辅助制冷系统；所述除霜系统包括溶液罐I和换热器I，所述溶液罐I、循环泵I与换热器I通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述换热器I、循环泵II与冷冻箱蒸发器通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述溶液罐I和高浓度冷媒管道内添加有高浓度冷媒，所述低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒；本发明利用低浓度二甘醇和高浓度二甘醇之间的相变储(放)热特性，可实现大温差工况制冷量不足、辅助系统制冷，并适时监控、精准除霜(冰)。

Description

一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统
技术领域
本发明涉及车载移动冷柜技术领域，尤其涉及一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统的集成技术，主要研究车载移动冷柜的制冷效果和冷柜箱体内部温度分布情况、并针对冷柜的冷冻箱蒸发器运行工况及排水孔处积累的冰霜层，提出一种利用不同冰点溶液低温相变储(放)热特性，实现大温差工况制冷量不足、辅助系统制冷，并适时监控、精准除霜(冰)。
背景技术
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，食品保鲜已经越来越受到全社会的关注；随着冷藏运输环境逐渐改善，生鲜等食品的冷藏链得到进一步发展，冷藏食品的运输量大幅度提升；车载移动冷柜因其制冷效果好、操作简单、使用安全、能耗低等众多优点逐渐被人们熟知。
随着冷冻进行，在车载移动冷柜冷冻箱体后侧、排水孔处的盘管表面会出现致密、叠加的冰霜层，且逐渐加厚使其表面传热恶化，严重时导致迟缓或中断降温过程。现有技术常见的化霜方式为：1、电加热化霜，2、停机化霜(即停止压缩机的工作，靠吸收周围环境的温度来化霜)。第一种化霜方式化霜速度快，但电加热时间过长容易造成柜内温度升高，影响食品的冷冻效果。其次柜内温度升高后，压缩机重新工作，达到化霜前的温度要经过很长时间。第二种化霜方式不增加耗电量，但是化霜时间长，化霜不彻底，会有部分死角残余的霜化不干净。
中国专利CN204555448U提出了冷柜用制冷系统，包括压缩机、水冷换热器、接水盘、风冷冷凝器、干燥过滤器、蒸发器；压缩机采R290制冷工质，其一端连接水冷换热器的一端，水冷换热器另一端连接风冷冷凝器；风冷换热器经干燥过滤器与蒸发器连接；蒸发器连接压缩机的另一端，蒸发器的冷凝水排管连通接水盘。通过在循环系统中设置水冷换热过程实现二次降温，但其能达到的制冷温度不够低，在大温差工况下需要进一步改进冷柜的制冷效果。且近年来，国、内外很多专家学者在研究如何提高车载移动冷柜蒸发器换热效率、制冷性能和冷柜内部的流场分布等方面进行了深层的研究；但对能否有效解决大温差工况系统制冷量不足、减缓车载冷柜冷冻箱排水孔处积累的冰霜层的应用研究报道较少。因此，有必要提供一种实现大温差工况制冷量不足、辅助系统制冷，并适时监控、精准除霜(冰)的车载冷柜。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，利用低浓度二甘醇和高浓度二甘醇之间的相变储(放)热特性，可实现大温差工况制冷量不足、辅助系统制冷，并适时监控、精准除霜(冰)。
本发明的目的一：针对车载移动冷柜冷冻箱蒸发器背部后侧、靠近排水孔处的霜层多次积累的冰层，提出一种适时监控、精准除霜除冰的方法。
本发明的目的二：针对车载移动冷柜冷冻箱运行工况，利用低浓度冷媒结冰、并取出其相变热，实现大温差环境下在车外环境温度过高、散热条件恶劣，冷冻箱制冷量不足时，辅助整车冷柜系统的制冷。
本发明具体通过以下的技术方案实现：
一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，包括控制系统、与所述控制系统电连接的除霜系统以及移动冷柜，所述移动冷柜的冷冻箱蒸发器内设置温度传感器I；
所述除霜系统包括溶液罐I和换热器I，所述溶液罐I、循环泵I与换热器I通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路；所述换热器I、循环泵II与冷冻箱蒸发器通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路；所述溶液罐I和高浓度冷媒管道内添加有高浓度冷媒，所述低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒；
所述循环泵I、循环泵II以及温度传感器I分别与控制系统相连，所述控制系统根据所接收的温度控制除霜系统除冰除霜。
采用上述的技术方案：车载移动冷柜在制冷运行过程，冷冻箱蒸发器背部后侧、靠近排水孔处的盘管表面开始着霜时，温度传感器I检测到温度降低，并将温度信号传递给控制系统，控制系统控制启动溶液罐I和循环泵I、循环泵II，高浓度冷媒在循环泵I的作用下，进入板式换热器I与低浓度冷媒进行换热，换热后，高浓度冷媒的温度降低并返回溶液罐I，重新开始循环；而低浓度冷媒吸收高浓度冷媒结晶释放的相变热后，温度升高至，然后低浓度冷媒在循环泵II的作用下，进入冷冻箱蒸发器将相变热量释放，用于冷冻箱蒸发器排水孔处的盘管表面除霜后，并重新开始循环。
进一步的，所述冷媒为二甘醇，所述高浓度冷媒为浓度33％(wt)的二甘醇溶液，冰点-15℃；所述低浓度冷媒为浓度2.2％(wt)的二甘醇溶液，冰点-3℃。冰点不同的二甘醇溶液在冰点及以下温度结晶，释放相变热；而在冰点以上，晶体融化，吸收相变热；因此，通过高于冰点的二甘醇溶液释放相变热和低于冰点的二甘醇溶液吸收相变热进可实现热量的传递，利用上述特性实现对制冷剂进行加热或降温，从而实现精准除霜除冰或者实现大温差环境下在车外环境温度过高、散热条件恶劣，冷冻箱制冷量不足时，辅助整车冷柜系统的制冷。
进一步的，所述溶液罐I内设有电加热丝I，所述溶液罐I和换热器I之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器I，所述电加热丝I和Na2SO4·10H2O蓄能储存器I与控制系统相连。
进一步的，所述除霜系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括换热器III，所述溶液罐I的高浓度冷媒管道与循环泵V和换热器III通过冷却水管I连接形成闭合回路，所述换热器III与电子水泵I和冷凝器通过冷却水管II连接形成闭合回路，所述辅助加热系统与控制系统相连。
采用上述的技术方案：当除霜系统启动时，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I通过实时吸收高浓度冷媒(33％二甘醇)工质热量，监测其温度过低变化情形：当温度轻微降低，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I发出信号，控制系统接收该信号并发出指令，适时启动电加热丝I进行辅助加热，以维持溶液罐I高浓度冷媒的温度稳定。当高浓度冷媒温度降幅较大，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I发出信号，由控制系统进行调控，启动循环泵V、电子水泵I，促使高浓度冷媒与冷凝器侧回收冷凝热的循环冷却水在换热器III内进行换热，用于维持高浓度冷媒的温度，防止高浓度冷媒(33％二甘醇)在溶液罐I侧的运行过程结冰。
进一步的，所述溶液罐I和换热器I之间的高浓度冷媒管道上设有阀门I，所述溶液罐I和循环泵I之间的高浓度冷媒管道上设有阀门II，阀门I和阀门II用于封堵溶液罐I的高浓度冷媒进出口；所述换热器I和冷冻箱蒸发器之间的低浓度冷媒管道上设有阀门III，所述换热器I和循环泵II之间的低浓度冷媒管道上设有阀门IV，阀门III和阀门IV用于封堵低浓度冷媒进出口；所述阀门I、阀门II、阀门III和阀门IV分别与控制系统相连。
进一步的，还包括与所述控制系统电连接的辅助制冷系统；所述辅助制冷系统包括溶液罐II、换热器II；所述溶液罐II与循环泵III、换热器II通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路；所述换热器II与循环泵IV、冷冻箱蒸发器通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述溶液罐II和低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒管道内添加有高低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒。
采用上述的技术方案：车载移动冷柜在大温差条件下制冷运行过程，温度传感器I检测到温度升高，并将温度信号传递给控制系统，控制系统5控制启动溶液罐II，开启循环泵III、循环泵IV，低浓度冷媒(2.2％二甘醇，温度-3℃)在循环泵III的作用下，进入板式换热器II与高浓度冷媒(33％二甘醇，温度-15℃)进行换热，换热后，低浓度冷媒吸收高浓度冷媒结晶释放的相变热，温度升高并返回溶液罐II，重新开始循环，而高浓度冷媒释放相变热后，温度降低，然后高浓度冷媒在循环泵IV的作用下，进入冷冻箱蒸发器吸收相变热量，换热后温度升高，即吸收了制冷剂的热量，因此，可实现在大温差环境下，车外环境温度过高、散热条件恶劣、车载冷柜冷冻箱制冷量不足时，辅助系统制冷。
进一步的，所述换热器II和冷冻箱蒸发器之间的高浓度冷媒管道上设有电加热丝II，所述循环泵IV和冷冻箱蒸发器之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器II，所述电加热丝II和Na2SO4·10H2O蓄能储存器II与控制系统相连。
进一步的，所述辅助制冷系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括换热器IV，所述高浓度冷媒管道与循环泵VI和换热器IV通过冷却水管III连接形成闭合回路，所述换热器IV与电子水泵II和冷凝器通过冷却水管IV连接形成闭合回路。
采用上述的技术方案：当辅助制冷系统启动时，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II通过实时吸收高浓度冷媒(33％二甘醇)工质热量，监测其温度过低变化情形：当温度轻微降低，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II发出信号，控制系统接收该信号并发出指令，适时启动电加热丝II进行辅助加热，以维持高浓度冷媒的温度稳定。当高浓度冷媒温度降幅较大，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II发出信号，由控制系统进行调控，启动循环泵VI、电子水泵II，促使高浓度冷媒与冷凝器侧回收冷凝热的循环冷却水在换热器IV内进行换热，用于维持高浓度冷媒的温度，防止高浓度冷媒(33％二甘醇)在冷冻箱蒸发器侧的运行过程结冰。
进一步的，所述溶液罐II和换热器II之间的低浓度冷媒管道上设有阀门V，所述溶液罐II和循环泵III之间的低浓度冷媒管道上设有阀门VI，阀门V和阀门VI用于封堵低浓度冷媒进出口；所述换热器II和冷冻箱蒸发器之间的高浓度冷媒管道上设有阀门VII，所述换热器II和循环泵IV之间的高浓度冷媒管道上设有阀门VIII，阀门VII和阀门VIII用于封堵高浓度冷媒进出口；所述阀门V、阀门VI、阀门VII和阀门VIII与控制系统相连。
进一步的，所述溶液罐I和溶液罐II的下侧壁上均设有导入口、顶部设有取冰口、罐体中心设有转动叶片、罐体液面上贴合液面设有液-液分离器和顶置半覆盖式的过滤器，所述过滤器未覆盖处为取冰口；且所述溶液罐I和溶液罐II的罐体顶部和底部分别设有温度传感器II和温度传感器III；温度传感器II和温度传感器III适时监测罐内顶部溶液表面、底部溶液温度变化。
所述溶液罐的工作过程为：溶液罐内的溶液在所述转动叶片的混合下形成均一的溶液，并通过液-液分离器分离出密度不一致的溶液，保证罐体内溶液均匀；从冷媒管道回流的二甘醇溶液内的絮状冰由于密度低，在转动叶片的离心力作用下，会被甩离至取冰口去除；此时，从导入口补充二甘醇溶液或者清水，维持罐内的二甘醇浓度。在溶液罐内，上层的温度低于下层的温度，通过上层溶液结晶释放相变热，下层溶液吸收相变热，从而维持该温度差，保证后续除霜和辅助制冷循环的进行。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、利用低浓度二甘醇与高浓度二甘醇在其冰点以上结冰释放相变热、在其冰点以下吸收相变热以实现系统除霜除冰和辅冷目的，可保证冷冻箱背部后侧、靠近排水孔处的盘管表面霜冰层融霜冰及时，无成形冰块；并实现大温差环境下弥补冷冻箱制冷量不足、带来节能效应和一定的经济效益。
2、本复合系统在车外环境温度36.2℃、相对湿度75％的工况下，当车载移动冷柜负荷发生微小变化(6％)，箱内平均温度降到-5℃、-18℃时，分别需要90min和214min达到冷柜温度标准，且负荷变化越小，控制及时有效，符合冷库规范的要求。
附图说明
图1为车载移动冷柜冷冻箱蒸发器相变除霜监测装置的结构示意图；
图2为车载移动冷柜相变除霜(冰)与辅冷系统的结构示意图；
图3为溶液罐I的结构示意图；
图4为溶液罐II的结构示意图；
图5为二甘醇溶液的结晶温度变化曲线图；
图6为车载移动冷柜测温点分布图；
图7为车载移动冷柜的冷冻箱内负荷(6％)、平均温度和冷冻箱蒸发器出口温度变化曲线；
图中：1、除霜监测装置；5、控制系统；6、阀门；7、测温点；8、压缩机；9、冷藏柜蒸发器；10、冷冻箱蒸发器；11、冷凝器；12、蒸汽压力调节阀；13、电子膨胀阀I；14、电子膨胀阀II；15、排水孔；16、溶液罐II；17、溶液罐I；18、换热器II；19、换热器I；20、换热器III；21、换热器IV；22、Na2SO4·10H2O蓄能储存器II；23、Na2SO4·10H2O蓄能储存器I；24、温度传感器I；25、循环泵III；26、循环泵IV；27、循环泵I；28、循环泵II；29、循环泵V；30、循环泵VI；31、电子水泵I；32、电子水泵II；33、电加热丝II；34、电加热丝I；35、阀门V；36、阀门VI；37、阀门I；38、阀门II；39、阀门VII；40、阀门VIII；41、阀门III；42、阀门IV；43、阀门XI；44、阀门XII；45、阀门IX；46、阀门X；47、导入口；48、重液进/出口；49、重液出/进口；50、液-液分离器；51、转动叶片；52、过滤器；53、取冰口；54、温度传感器II；55、温度传感器III；56、57、58、59、60、61、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、测温点；
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，包括控制系统5、与所述控制系统5电连接的除霜系统和辅助制冷系统以及移动冷柜；
所述控制系统5由PLC、上位机和电气系统等组成，电气系统对各数据参数进行适时采集、存储及处理。
所述移动冷柜包括压缩机8、冷冻箱蒸发器10、冷藏柜蒸发器9和冷凝器11，所述压缩机8、冷凝器11与冷冻箱蒸发器10、冷藏柜蒸发器9通过管路连接形成循环回路，所述压缩机8与冷冻箱蒸发器10的管路上设有电子膨胀阀I13，所述压缩机8与冷藏柜蒸发器9的管路上设有电子膨胀阀II 14和蒸汽压力调节阀12，所述管路内充填制冷剂如氟利昂等；所述冷冻箱蒸发器10背部后侧、靠近排水孔15处设置温度传感器I 24，温度传感器I 24用于监控冷冻箱蒸发器10盘管表面温度变化并实时将信息传递到控制系统5，经控制系统5发出控制指令，启动相应的除霜系统、辅助制冷系统的运行模式。
参见图1和图2：所述除霜系统包括溶液罐I17、换热器I19、高浓度冷媒管道和低浓度冷媒管道；所述溶液罐I17和高浓度冷媒管道内添加有高浓度冷媒，所述溶液罐I17和换热器I19通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路；所述低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述换热器I19与冷冻箱蒸发器10通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路；所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒。所述高浓度冷媒管道和低浓度冷媒管道上分别设有循环泵I27和循环泵II 28，分别用于泵送高浓度冷媒和低浓度冷媒，使高浓度冷媒在溶液罐I17、换热器I19的高浓度冷媒管道内形成循环，高浓度冷媒在换热器I19、冷冻箱蒸发器10的低浓度冷媒管道内形成循环；且所述溶液罐I17和换热器I19之间的高浓度冷媒管道上设有阀门I 37，所述溶液罐I17和循环泵I 27之间的高浓度冷媒管道上设有阀门II 38，阀门I37和阀门II 38用于封堵溶液罐I17的高浓度冷媒进出口，图1中阀门6指代阀门I 37和阀门II 38；所述换热器I19和冷冻箱蒸发器10之间的低浓度冷媒管道上设有阀门III 41，所述换热器I19和循环泵II 28之间的低浓度冷媒管道上设有阀门IV 42，阀门III 41和阀门IV42用于封堵低浓度冷媒进出口。所述阀门I 37、阀门II 38、阀门III 41和阀门IV 42和循环泵I 27、循环泵II 28以及温度传感器I 24分别与控制系统5相连，控制系统5根据所接收的温度控制除霜系统除冰除霜。
进一步优选的，所述溶液罐I17内设有电加热丝I 34，所述溶液罐I17和换热器I19之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23，所述电加热丝I 34和Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23与控制系统5相连。所述除霜系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统与控制系统5相连，包括换热器III 20，所述溶液罐I17的高浓度冷媒管道与循环泵V 29、阀门IX 45和换热器III 20通过冷却水管I依次连接形成闭合回路，所述换热器III 20与电子水泵I 31、阀门X 46和冷凝器11通过冷却水管II依次连接形成闭合回路。
本实施例中，采用二乙二醇(又称，二甘醇)作为冷媒，所述高浓度冷媒为浓度33％(wt)的二甘醇溶液，冰点-15℃；所述低浓度冷媒为浓度2.2％(wt)的二甘醇溶液，冰点-3℃。此为理想霜(冰)的切入点，对提高冷冻箱冷冻品质、降低系统运行能耗有重要的影响。
所述除霜系统的工作过程为：车载移动冷柜在制冷运行过程，冷冻箱蒸发器背部后侧、靠近排水孔处的盘管表面开始着霜时，温度传感器I 24检测到温度降低，并将温度信号传递给控制系统5，控制系统5控制启动溶液罐I17和开启阀门I 37、阀门II 38、阀门III41和阀门IV 42以及启动Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23，高浓度冷媒(33％二甘醇，温度-15℃)在循环泵I 27的作用下，进入板式换热器I19与低浓度冷媒(2.2％二甘醇，温度-3℃)进行换热，换热后，高浓度冷媒的温度降低至-17℃左右并返回溶液罐I17，重新开始循环，而低浓度冷媒吸收高浓度冷媒结晶释放的相变热后，温度升高至-1℃左右，然后-1℃的低浓度冷媒在循环泵II 28的作用下，进入冷冻箱蒸发器10将相变热量释放，用于冷冻箱蒸发器10排水孔处的盘管表面除霜后，并重新开始循环。其中，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23通过实时吸收高浓度冷媒(33％二甘醇)工质热量，监测其温度过低变化情形：当温度轻微降低，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23发出信号，控制系统5接收该信号并发出指令，适时启动电加热丝I 34进行辅助加热，以维持溶液罐I17高浓度冷媒的温度稳定。当高浓度冷媒温度降幅较大，Na2SO4·10H2O蓄能储存器I 23发出信号，由控制系统5进行调控，启动循环泵V 29、电子水泵I 31，开启阀门IX 45、阀门X 46，促使高浓度冷媒与冷凝器11侧回收冷凝热的循环冷却水在换热器III 20内进行换热，用于维持高浓度冷媒的温度，防止高浓度冷媒(33％二甘醇)在溶液罐I17侧的运行过程结冰。
所述辅助制冷系统包括溶液罐II 16、换热器II 18；所述溶液罐II 16与阀门V35、换热器II 18、阀门VI 36和循环泵III 25通过低浓度冷媒管道依次连接形成闭合回路；所述换热器II 18与阀门VII39、冷冻箱蒸发器10、循环泵IV 26和阀门VIII40通过高浓度冷媒管道依次连接形成闭合回路；所述溶液罐II 16和低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒管道内添加有高低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒。循环泵III 25和循环泵IV 26，分别用于泵送低浓度冷媒和高浓度冷媒，使低浓度冷媒在溶液罐II 16、换热器II 18的低浓度冷媒管道内形成循环，高浓度冷媒在换热器II 18、冷冻箱蒸发器10的高浓度冷媒管道内形成循环；阀门V 35和阀门VI 36用于封堵低浓度冷媒进出口；阀门VII39和阀门VIII40用于封堵高浓度冷媒进出口。所述阀门V 35、阀门VI36、阀门VII39和阀门VIII40和循环泵III 25、循环泵IV 26分别与控制系统5相连，控制系统5根据所接收的温度控制辅助制冷系统。
进一步优选的，所述阀门VII39和冷冻箱蒸发器10之间的高浓度冷媒管道上电加热丝II33，所述循环泵IV 26和冷冻箱蒸发器10之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器II 22，所述电加热丝II 33和Na2SO4·10H2O蓄能储存器II 22与控制系统5相连。所述辅助制冷系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括换热器IV21，所述高浓度冷媒管道与循环泵VI30、阀门XI 43和换热器IV21通过冷却水管III依次连接形成闭合回路，所述换热器IV21与电子水泵II 32、阀门XII 44和冷凝器11通过冷却水管IV依次连接形成闭合回路。
所述辅助制冷系统的工作过程为：车载移动冷柜在大温差条件下制冷运行过程，温度传感器I 24检测到温度升高，并将温度信号传递给控制系统5，控制系统5控制启动溶液罐II 16，开启阀门V 35、阀门VI 36、阀门VII39和阀门VIII40以及Na2SO4·10H2O蓄能储存器II 22，低浓度冷媒(2.2％二甘醇，温度-3℃)在循环泵III 25的作用下，进入板式换热器II 18与高浓度冷媒(33％二甘醇，温度-15℃)进行换热，换热后，低浓度冷媒吸收高浓度冷媒结晶释放的相变热，温度升高至-1℃左右并返回溶液罐II 16，重新开始循环，而高浓度冷媒释放相变热后，温度降低至-17℃左右，然后-17℃的高浓度冷媒在循环泵IV 26的作用下，进入冷冻箱蒸发器10吸收相变热量，换热后温度约为-15℃左右，即吸收了制冷剂的热量，可实现在大温差环境下，车外环境温度过高、散热条件恶劣、车载冷柜冷冻箱制冷量不足时，辅助系统制冷。其中，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II 22通过实时吸收高浓度冷媒(33％二甘醇)工质热量，监测其温度过低变化情形：当温度轻微降低，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II 22发出信号，控制系统5接收该信号并发出指令，适时启动电加热丝II 33进行辅助加热，以维持高浓度冷媒的温度稳定。当高浓度冷媒温度降幅较大，Na2SO4·10H2O蓄能储存器II22发出信号，由控制系统5进行调控，启动循环泵VI30、电子水泵II 32，开启阀门XI43、阀门XII 44，促使高浓度冷媒与冷凝器11侧回收冷凝热的循环冷却水在换热器IV21内进行换热，用于维持高浓度冷媒的温度，防止高浓度冷媒(33％二甘醇)在冷冻箱蒸发器10侧的运行过程结冰。
结晶是一种晶体态物质从均相溶液中析出的工艺技术，具有质量传递、热量传递和表面反应的复杂过程。本发明利用高浓度二甘醇与低浓度二甘醇进行换热结冰、以期望获得更加理想的相变热。基于二甘醇冷却结晶(或升温溶解)的原理，采用自行设计研制的用于低温相变储(放)热的溶液罐I17和溶液罐II 16(见图3和图4)，利用低浓度二甘醇(浓度2.2％)和高浓度二甘醇(浓度33％)进行换热结冰、并取出其相变热，可有效解决冷冻箱排水孔处的盘管表面除霜(冰)、实现大温差环境下弥补车载冷柜的冷冻箱的制冷量不足等问题。
所述溶液罐I17和溶液罐II 16的下侧壁上均设有导入口47、顶部设有取冰口53，二甘醇溶液或者当絮状冰由溶液罐顶部取冰口53处甩出后，补充加入的清水通过导入口47进入溶液罐内，所述溶液罐I17和溶液罐II 16的罐体中心设有转动叶片51、罐体液面上贴合液面设有液-液分离器50和顶置半覆盖式的过滤器52，所述过滤器52未覆盖处为取冰口53；且罐体顶部和底部分别设有温度传感器II 54和温度传感器III 55；温度传感器II 54和温度传感器III 55适时监测罐内顶部溶液表面、底部溶液温度变化。
所述溶液罐的工作过程为：溶液罐内的溶液在所述转动叶片51的混合下形成均一的溶液，避免出现液体分层，上层液面若混合不均匀，则通过液-液分离器50分离出密度不一致的溶液，保证罐体内溶液均匀；而从冷媒管道回流的二甘醇溶液内的絮状冰由于密度低，在转动叶片51的离心力作用下，会被甩离至取冰口53去除；此时，从导入口47补充二甘醇溶液或者清水，维持罐内的二甘醇浓度；参见图3，除霜系统运行过程，在循环泵I 27的作用下，高浓度冷媒由重液进口49进入换热器I19换热后、经重液出口48返回溶液罐I17；参见图4，辅助制冷系统运行过程，低浓度冷媒由重液进口48进入板式换热器II 18换热后、经重液出口49返回溶液罐II 16，重新运行循环。在溶液罐内，上层的温度低于下层的温度，即溶液罐I17的重液进口49的高浓度冷媒(33％二甘醇)的温度为-15℃、重液出口48高浓度冷媒(33％二甘醇)的温度为-17℃；而液罐II 16的重液进口48的低浓度冷媒(2.2％二甘醇)的温度为-3℃、重液出口49高浓度冷媒(33％二甘醇)的温度为-1℃；通过上层溶液结晶释放相变热，下层溶液吸收相变热，从而维持该温度差，保证后续除霜和辅助制冷循环的进行。
所述除霜系统的溶液罐I17的试验工艺为：根据图5所示，工艺开始5.8min，测得溶液罐I17内溶液平均温度12.7℃，上表面温度25.9℃，重液进口49(图5中工质进口)和重液出口48(图5中工质出口)温度分别为-2.1℃和5.7℃，溶液罐内开始出现结晶现象。随着与换热器I19换热的进行，重液进口49温度急剧下降、逐渐趋近于-2～-3℃左右；换热过程中，重液出口48温度则呈下降趋势，30分钟(-1.9℃)后略有回升，之后趋于稳定。重液进口49温度逐渐趋向稳定，有少量结晶出现，冷媒溶液为该温度下对应的溶液饱和浓度，溶质溶解度、浓度也相应降低。随着实验时间的延长，溶液内结晶现象较为明显、溶质结晶析出较多。随着降温速率的加快，结晶析出较多，在罐内顶部的液-液分离器50附近的富集速度较快，罐内的部分水结成絮状冰，经顶置半覆盖式的过滤器52过滤、由取冰口53甩出。另一方面，在实际操作中，环境温度略高于其理论冰点，且热量传递缓慢，需要添加导热良好的无机亲水性材料进行改善。
所述的车载移动冷柜辅助制冷系统的效果试验测试工艺为：温度测量采用T型热电偶(测量范围为-200～+350℃)，共19个测温点，且测温点设置距离冷柜箱体壁面≥5cm。温度采集仪选择DAS-Ⅳ型温度巡检仪。车载移动冷柜测温点布置如图6所示，图中黑点所示即为19个测温点。采用电子膨胀阀(DanfossETS6-10)控温模式，参照国标JB/T 7244-92中封闭式单门陈列冷柜实验要求，使用Excel进行编辑、处理。冷冻箱内负荷(6％)温度随时间变化曲线如图7所示。车外环境温度为36.2℃、相对湿度为75％工况下，车载冷柜冷冻箱负荷发生6％的微小变化时，其内部平均温度随时间变化的趋势。开机90min内，冷冻箱内温度下降较快，箱体内部平均温度约为-5℃，蒸发器出口温度低于箱内平均温度1.0℃～2.5℃，且随着制冷系统的运行，两者温差逐渐增大。此后，随着系统稳定的运行，温度下降趋势逐渐趋于平稳。当运行至214min时，冷冻箱内部平均温度约为-18℃，达到冷冻箱温度标准。

Claims (10)

1.一种带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，包括控制系统(5)、与所述控制系统(5)电连接的除霜系统以及移动冷柜，所述移动冷柜的冷冻箱蒸发器(10)内设置温度传感器I(24)，其特征在于，所述除霜系统包括溶液罐I(17)和换热器I(19)，所述溶液罐I(17)、循环泵I(27)与换热器I(19)通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述换热器I(19)、循环泵II(28)与冷冻箱蒸发器(10)通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述溶液罐I(17)和高浓度冷媒管道内添加有高浓度冷媒，所述低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒；
所述循环泵I(27)、循环泵II(28)以及温度传感器I(24)分别与控制系统(5)相连，所述控制系统(5)根据所接收的温度控制除霜系统除冰除霜。
2.如权利要求1所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述冷媒为二甘醇，所述高浓度冷媒为浓度33％(wt)的二甘醇溶液，冰点-15℃；所述低浓度冷媒为浓度2.2％(wt)的二甘醇溶液，冰点-3℃。
3.如权利要求1所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述溶液罐I(17)内设有电加热丝I(34)，所述溶液罐I(17)和换热器I(19)之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器I(23)，所述电加热丝I(34)和Na2SO4·10H2O蓄能储存器I(23)与控制系统(5)相连。
4.如权利要求3所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述除霜系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括换热器III(20)，所述溶液罐I(17)的高浓度冷媒管道与循环泵V(29)和换热器III(20)通过冷却水管I连接形成闭合回路，所述换热器III(20)与电子水泵I(31)和冷凝器(11)通过冷却水管II连接形成闭合回路，所述辅助加热系统与控制系统(5)相连。
5.如权利要求1所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述溶液罐I(17)和换热器I(19)之间的高浓度冷媒管道上设有阀门I(37)，所述溶液罐I(17)和循环泵I(27)之间的高浓度冷媒管道上设有阀门II(38)，所述换热器I(19)和冷冻箱蒸发器(10)之间的低浓度冷媒管道上设有阀门III(41)，所述换热器I(19)和循环泵II(28)之间的低浓度冷媒管道上设有阀门IV(42)，所述阀门I(37)、阀门II(38)、阀门III(41)和阀门IV(42)分别与控制系统(5)相连。
6.如权利要求1所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，还包括与所述控制系统(5)电连接的辅助制冷系统，所述辅助制冷系统包括溶液罐II(16)、换热器II(18)，所述溶液罐II(16)与循环泵III(25)、换热器II(18)通过低浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述换热器II(18)与循环泵IV(26)、冷冻箱蒸发器(10)通过高浓度冷媒管道连接形成闭合回路，所述溶液罐II(16)和低浓度冷媒管道内添加有低浓度冷媒，所述高浓度冷媒管道内添加有高低浓度冷媒，所述高浓度冷媒的冰点低于所述低浓度冷媒。
7.如权利要求6所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述换热器II(18)和冷冻箱蒸发器(10)之间的高浓度冷媒管道上设有电加热丝II(33)，所述循环泵IV(26)和冷冻箱蒸发器(10)之间的高浓度冷媒管道上设有Na2SO4·10H2O蓄能储存器II(22)，所述电加热丝II(33)和Na2SO4·10H2O蓄能储存器II(22)与控制系统(5)相连。
8.如权利要求7所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述辅助制冷系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括换热器IV(21)，所述高浓度冷媒管道与循环泵VI(30)和换热器IV(21)通过冷却水管III连接形成闭合回路，所述换热器IV(21)与电子水泵II(32)和冷凝器(11)通过冷却水管IV连接形成闭合回路。
9.如权利要求6所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述溶液罐II(16)和换热器II(18)之间的低浓度冷媒管道上设有阀门V(35)，所述溶液罐II(16)和循环泵III(25)之间的低浓度冷媒管道上设有阀门VI(36)，所述换热器II(18)和冷冻箱蒸发器(10)之间的高浓度冷媒管道上设有阀门VII(39)，所述换热器II(18)和循环泵IV(26)之间的高浓度冷媒管道上设有阀门VIII(40)，所述阀门V(35)、阀门VI(36)、阀门VII(39)和阀门VIII(40)与控制系统(5)相连。
10.如权利要求6所述的带低温相变的协同控制车载冷柜除冰与辅冷复合系统，其特征在于，所述溶液罐I(17)和溶液罐II(16)的下侧壁上均设有导入口(47)、顶部设有取冰口(53)、罐体中心设有转动叶片(51)、罐体液面上贴合液面设有液-液分离器(50)和顶置半覆盖式的过滤器(52)，且所述溶液罐I(17)和溶液罐II(16)的罐体顶部和底部分别设有温度传感器II(54)和温度传感器III(55)。
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