CN113022418A

CN113022418A - 一种基于食品冷链的余热利用系统及其控制方法

Info

Publication number: CN113022418A
Application number: CN202110327098.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiangsu Mickey Food Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN113022418B

Abstract

本发明涉及一种基于食品冷链的余热利用系统，该系统由冷藏车、涡轮增压系统、热力增压系统、涡流管、冷藏车厢、温/湿度传感器、控制器以及多根连接管道组成。通过涡流管进行制冷，将涡轮增压系统与热力增压系统并联，使涡轮增压系统利用排气余压对进气压力进行升高，使热力增压系统利用太阳能产生加热热水。将加热热水用于对热力增压器加热，使热能转化为动能，进而将动能转化为压力能，为涡流管提供压力源，使控制器根据冷藏车车厢内检测的温、湿度控制涡流管冷端调节阀以及其他阀门的状态，使一种基于食品冷链的余热利用系统实现了自动、高效控制，其节能、降噪效果要比传统的蒸汽压缩式制冷系统更优。

Description

一种基于食品冷链的余热利用系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及冷链物流技术领域，具体涉及一种基于食品冷链的余热利用系统及其控制方法。

背景技术

近年来，冷链物流产业在我国迅速发展。冷链物流是指冷藏冷冻品在生产、储藏、运输、销售，到消费前的各个环节中始终处于低温环境下，以保证产品质量，减少物品损耗的系统工程，适用于果蔬、禽蛋、水产品、速冻食品、乳制品、花卉、药品等领域。

在冷链物流运输中，为维持冷藏车果蔬所需要的低温环境，需要对冷藏车车厢内进行制冷，现有技术中，常用的冷藏保制冷方式是蒸汽压缩式制冷系统制冷、冰袋制冷。对于蒸汽压缩式制冷系统来说，需要冷藏车的燃油来带动蒸汽压缩式制冷机工作，不仅能耗大，而且在运输过程中，有些驾驶员为了省油而会选择关闭冷藏车的蒸汽压缩式制冷机，而靠车辆冷藏箱的保温材料进行“保冷”，但是这种方式受外部环境温度影响较大，当外部环境温度升高时，通过冷藏车车厢的换热量增大，车厢内温度逐渐升高导致容易导致运输仓内物品变质。此外，蒸气压缩式制冷机通常临近驾驶室的后部设置，制冷机在运行时，会产生较大噪音，对驾驶员造成身体伤害和听觉干扰。而对于冰袋制冷的方式，虽然冰袋制冷过程中没有噪音，相对于蒸汽压缩式制冷系统更节能，但是冰袋跟果蔬堆放在一起容易冻坏果蔬，且车厢内温度无法得到有效控制；此外，藏车车厢内湿度也是影响因素之一。在低温运输条件下，由于冷藏车车厢的密封和果蔬堆积的高度密集，运输环境中的相对湿度常在很短的时间内就达到95%~100%，且在运输期间一直保持这个状态，如果运输时间相对较长，这样高湿度将影响果蔬的品质和腐烂率。

因此，食品冷链领域迫切需要一种能耗低、噪音小、温湿度可以实现独立控制的冷藏车的制冷的新的技术方案。

发明内容

本发明的一种基于食品冷链的余热利用系统，包括冷藏车、涡轮增压系统、热力增压系统、涡流管、冷藏车厢、温/湿度传感器、控制器以及多根连接管道；其中，所述涡轮增压系统主要包括排气歧管和与排气歧管相连接的涡轮增压器，所述涡轮增压系统设置在冷藏车厢外侧底部，所述排气歧管与汽车发动机的排气出口连接，所述涡轮增压器通过第一支管、第一三通阀与所述涡流管连接；所述热力增压系统主要包括太阳能集热系统、热力增压器、第一温度传感器、辅助压气机，所述太阳能集热系统与热力增压器连接，用于对所述热力增压器提供外部加热热源，所述热力增压器的排气口通过一根支管与辅助压气机连接，所述热力增压器的排气口通过第二支管、第一三通阀与所述涡流管连接，所述第一温度传感器设置在太阳能集热系统内部，用于检测太阳能集热系统输出的加热热水的温度，热力增压系统设置在冷藏车厢外侧顶部；冷藏车的驾驶室内设置有控制器，所述控制器通过信号控制线分别与所述第一三通阀、涡流管的冷端调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器、湿度传感器连接，控制器用于调节所述第一三通阀、涡流管的冷端调节阀的状态。

所述温/湿度传感器分别为第二温度传感器、湿度传感器，所述第二温度传感器、湿度传感器均设置在冷藏车厢内部顶部，所述第二温度传感器用于检测冷藏车厢内的温度，所述湿度传感器用于检测冷藏车厢内的湿度。

所述汽车发动机的排气出口与排气歧管连接，所述排气歧管上设置有第二三通阀，所述第二三通阀的一个出口通过涡轮排气连接管与涡轮增压器连接，所述涡轮增压器由排气涡轮和进气涡轮以及两个涡轮之间的连杆组成，进气涡轮出口设置有第三三通阀，所述第三三通阀的一侧通过进气管与进气冷却器的入口连接，所述进气冷却器的出口通过进气连接管与所述汽车发动机的进气口连接。众所周知，汽车发动机的排气口具有一定的排气压力，通过涡轮增压的方式可以实现汽车发动机进气的增压，进而可以使汽车发动机内鼓入更多的空气，使汽车发动机内燃油燃烧更加充分，通过在所述涡轮增压器的排出口设置第一支管，进而可以利用较高的压力气体对所述涡流管进行制冷；所述第二三通阀、第三三通阀均通过信号控制线与所述控制器连接，根据冷藏车厢内的温度、湿度控制所述第二三通阀以及第三三通阀的开度。

所述太阳能集热系统包括平板式太阳能集热器、若干连接管道以及水箱，所述太阳能集热器通过若干管道与水箱连接，所述太阳能集热器的下部出水口通过管道与热力增压器的热腔外的绝热水套连接。为了更大程度地实现节能，本发明的太阳能集热系统采用重力式即热系统，即将所述太阳能集热器在竖直位置上设置地比热力增压器位置高，通过重力、冷热对流使水可以在太阳能集热器、绝热水套以及水箱之间循环流动。

所述热力增压器的壳体呈L形，L形壳体的一端为热腔、另一端为冷腔，所述热腔外侧设置有绝热水套、热腔端盖，所述热腔内侧设置有热腔连杆、热腔活塞、冷腔端盖，热腔连杆与热腔活塞铰接，所述热腔活塞可在热腔内自由滑动；所述冷腔外侧设置有多个翅片，所述冷腔内侧设置有冷腔连杆、冷腔活塞、冷腔端盖，所述冷腔连杆与冷腔活塞铰接，所述冷腔活塞可在冷腔内自由滑动；所述热腔连杆、冷腔连杆均与曲轮铰链连接，所述曲轮截面形状呈蘑菇型，所述曲轮的中部通过固定销固定在热力增压器的L形壳体的角部位置；此外，所述热力增压器冷腔端盖上还设置有进气阀，用于对冷腔进行补气。

所述热腔端盖热腔端盖用于封闭热力增压器的热腔，所述热腔端盖通过热流管与回热换热器的一端连接，所述回热换热器的另一端通过冷流管、冷腔进气管与所述冷腔端盖连接，所述冷腔端盖用于封闭热力增压器的冷腔，所述冷腔端盖内部还设置有排气阀。在冷腔吸气，即冷腔活塞向下移动时，排气阀关闭；而在冷腔排气，即冷腔活塞向上移动时，排气阀打开。

进一步地，所述冷腔端盖上还连接有冷腔排气管，冷腔进气管与冷腔排气管之间还连接有旁通管，所述旁通管上设置有第一电磁阀，所述排气管还与第二支管连接，所述第二支管上设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述辅助压气机并联，所述第一电磁阀、第二电磁阀以及辅助压气机均通过控制线与所述控制器连接。

所述热腔活塞和热腔所属的热气缸属于彼此相对运动的密封部件，密封和润滑存在相互矛盾，工程师只能在二者之间进行平衡，为了降低摩擦阻力，并达到更好的密封效果，本发明的热腔活塞材料采用PEFT（聚四氟乙烯)、PEEK（聚醚醚酮）以及滑石粉以及石墨烯制成，可以实现自润滑、耐高温的性能。进一步地，为了防止热腔中的热量通过热腔活塞传递至冷腔一侧，导致热动力学特性变差，可在热腔活塞中部设置两个中空腔。

所述第二支管与第一支管并联在冷气输气管的一端，冷气输气管的末端与多个涡流管的进气口并联，各个涡流管的出气口与排热管连接，所述排热管的出口与车厢顶部侧面设置的排热口连通，通过排热口可以将涡流管热端排出的热气排至冷藏车车厢外；所述冷藏车车厢的顶部以及两侧壳体上设置有保温层。

本发明提出的一种用于低温冷链运输的环境温度控制装置，通过涡流管进行制冷，将涡轮增压系统与热力增压系统并联，使涡轮增压系统利用排气余压对进气压力进行升高，使热力增压系统利用太阳能产生加热热水。将加热热水用于对热力增压器加热，使热能转化为动能，进而将动能转化为压力能，为涡流管提供压力源，使控制器根据冷藏车车厢内检测的温、湿度控制涡流管冷端调节阀以及其他阀门的状态，使一种基于食品冷链的余热利用系统实现了自动、高效控制，其节能、降噪效果要比传统的蒸汽压缩式制冷系统更优。

附图说明

图1为本发明的一种基于食品冷链的余热利用系统图；

图2为本发明的涡轮增压系统图；

图3为本发明的热力压气机系统图；

图4为本发明的冷藏车车厢结构示意图；

其中，1-汽车发动机；2-排气歧管；3-第二三通阀；4、排气管；5-涡轮排气连接管；6-涡轮增压器；7-第三三通阀；8-进气管；9-进气冷却器；10-进气连接管；11-第一支管；12-涡流管；13-控制器；14-信号控制线；15-平板式太阳能集热器；16-回热换热器；17-热力增压器；18-水箱；19-第一电磁阀；20-第二电磁阀；21-辅助压气机；22-控制线；23-热流管；24-冷流管；25-冷腔进气管；26-冷腔排气管；27-第二支管；28-排热管；29-排热口；30-保温层；31-第二温度传感器；32-湿度传感器

17-1-绝热水套；17-2-热腔连杆；17-3-热腔活塞；17-4-热腔端盖；17-5-翅片；17-6-排气阀；17-7-冷腔活塞；17-8-冷腔端盖；17-9-冷腔连杆；17-10-曲轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明的一种基于食品冷链的余热利用系统，包括冷藏车、涡轮增压系统、热力增压系统、涡流管、冷藏车厢、温/湿度传感器（即第二温度传感器31、湿度传感器32）、控制器13以及多根连接管道组成；其中，涡轮增压系统主要包括排气歧管2和与排气歧管相连接的涡轮增压器6，涡轮增压系统设置在冷藏车厢外侧底部，排气歧管2与汽车发动机1的排气出口连接，涡轮增压器6通过第一支管11、第一三通阀与涡流管12连接；热力增压系统主要包括太阳能集热系统、热力增压器17、第一温度传感器、辅助压气机21，太阳能集热系统与热力增压器17连接，用于对热力增压器17提供外部加热热源，热力增压器17的排气口通过一根支管与辅助压气机21连接，热力增压器17的排气口通过第二支管27、第一三通阀与涡流管12连接，第一温度传感器设置在太阳能集热系统内部，用于检测太阳能集热系统输出的加热热水的温度，热力增压系统设置在冷藏车厢外侧顶部；冷藏车的驾驶室内设置有控制器，控制器通过信号控制线分别与第一三通阀、涡流管的冷端调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器、湿度传感器连接，控制器用于第一三通阀、涡流管的冷端调节阀的状态。

进一步考察附图4，第二温度传感器、湿度传感器均设置在冷藏车厢内部顶部，第二温度传感器用于检测冷藏车厢内的温度，湿度传感器用于检测冷藏车厢内的湿度。

汽车发动机1的排气出口与排气歧管2连接，排气歧管2上设置有第二三通阀3，第二三通阀3的一个出口通过涡轮排气连接管5与涡轮增压器6连接，涡轮增压器6由两对涡轮（排气涡轮和进气涡轮）以及涡轮之间的连杆组成，进气涡轮出口设置有第三三通阀7，第三三通阀7的一侧通过进气管8与进气冷却器9的入口连接，进气冷却器9的出口通过进气连接管10与汽车发动机1的进气口连接。众所周知，汽车发动机的排气口具有一定的排气压力，通过涡轮增压的方式可以实现汽车发动机进气的增压，进而可以使汽车发动机内鼓入更多的空气，使汽车发动机内燃油燃烧更加充分，而本发明通过在涡轮增压器6的排出口设置第一支管11，进而可以利用较高的压力气体对涡流管12进行制冷；第二三通阀3、第三三通阀7均通过信号控制线14与控制器13连接，根据冷藏车厢内的温度、湿度控制第二三通阀3以及第三三通阀7的开度。

太阳能集热系统包括平板式太阳能集热器15、若干连接管道以及水箱18，太阳能集热器15通过若干管道与水箱18连接，太阳能集热器15的下部出水口通过管道与热力增压器17的热腔外的绝热水套17-1连接。为了更大程度地实现节能，本发明的太阳能集热系统采用重力式即热系统，即将太阳能集热器15在竖直位置上设置地比热力增压器17位置高，通过重力、冷热对流使水可以在太阳能集热器15、绝热水套17-1以及水箱18之间流动。

热力增压器17的壳体呈L形，L形壳体的一端为热腔、另一端为冷腔，热腔外侧设置有绝热水套17-1、热腔端盖17-4，热腔内侧设置有热腔连杆17-2、热腔活塞17-3、冷腔端盖17-8，热腔连杆17-2与热腔活塞17-3铰接，热腔活塞17-3可在热腔内自由滑动；冷腔外侧设置有多个翅片17-5，冷腔内侧设置有冷腔连杆17-9、冷腔活塞17-7、冷腔端盖17-8，冷腔连杆17-9与冷腔活塞17-7铰接，冷腔活塞17-7可在冷腔内自由滑动；热腔连杆17-2、冷腔连杆17-9均与曲轮17-10铰链连接，曲轮17-10截面形状呈蘑菇型，曲轮17-10的中部通过固定销固定在热力增压器17的L形壳体的角部位置；此外，热力增压器冷腔端盖17-8上还设置有进气阀（图中未画出），用于对冷腔进行补气。进一步地，参考,图3，当绝热水套17-1内热水温度逐渐升高时，热腔活塞17-3向右滑动，带动热腔连杆17-2向右移动做功，热腔连杆带动曲轮17-10转动，曲轮17-10又带动冷腔连杆17-9向上运动，由于冷腔连杆17-9与冷腔活塞17-7铰接，在冷腔连杆17-9向上运动过程中，带动冷腔活塞向上滑动，进而当压力升高到预设压力后，将排气阀17-6打开排出压缩空气。

热腔端盖17热腔端盖17-4用于封闭热力增压器的热腔，热腔端盖17-4通过热流管23与回热换热器16的一端连接，回热换热器16的另一端通过冷流管24、冷腔进气管25与冷腔端盖17-8连接，冷腔端盖17-8用于封闭热力增压器17的冷腔，冷腔端盖17-8内部还设置有排气阀17-6，在冷腔吸气（冷腔活塞17-7向下移动）时，排气阀17-6关闭；而在冷腔排气（冷腔活塞17-7向上移动）时，排气阀17-6打开。

进一步地，冷腔端盖17-8上还连接有冷腔排气管26，25-冷腔进气管与冷腔排气管26之间还连接有旁通管，旁通管上设置有第一电磁阀19，排气管26还与第二支管27连接，第二支管27上设置有第二电磁阀20，第二电磁阀20与辅助压气机21并联，辅助压气机21采用微型电动式压气机，第一电磁阀19、第二电磁阀20以及辅助压气机21均通过控制线22与控制器13连接。

热腔活塞17-3和热腔所属的热气缸属于彼此相对运动的密封部件，密封和润滑存在相互矛盾，工程师只能在二者之间进行平衡，为了降低摩擦阻力，并达到更好的密封效果，本发明的热腔活塞材料采用PEFT（聚四氟乙烯)、PEEK（聚醚醚酮）以及滑石粉以及石墨烯制成，可以实现自润滑、耐高温，当石墨烯添加量为0.79%时，热腔活塞可以承受最大约350℃的温度。进一步地，为了防止热腔中的热量通过热腔活塞传递至冷腔一侧，导致热动力学特性变差，可在热腔活塞中部设置两个中空腔。

第二支管27与第一支管11并联在冷气输气管（图中未画出）的一端，冷气输气管的末端与多个涡流管12的进气口并联，各个涡流管12的出气口与排热管28连接，排热管28的出口与车厢顶部侧面设置的排热口29连通。通过排热口可以将涡流管热端排出的热气排至冷藏车车厢外；冷藏车车厢的顶部以及两侧壳体上设置有保温层30，保温层采用聚氨酯泡沫材料。

本申请还包括一种基于食品冷链的余热利用系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤S1：通过第一温度传感器检测水箱内热水温度，判断当前的热水温度是否满足热力增压系统启动所需的加热温度条件。当当前温度满足预设加热温度时，进入步骤S2，当当前温度不满足预设加热温度时，则进入步骤S3；

步骤S2：使太阳能集热系统中的热水进入热力增压器的绝热水套，对热力增压器的热腔加热，同时，给予热力增压系统中的曲轮初始动力，热力增压器启动，并将冷气输气管与第二支管接通，同时，控制涡轮增压系统中的第二三通阀将排气歧管与排气管接通，使汽车发动机的排气直接排至室外，然后进入步骤S4；

步骤S3：控制涡轮增压系统中的第二三通阀将排气歧管与涡轮排气连接管接通，同时控制热力增压系统停止，并将冷气输气管与第一支管接通，进入步骤S4；

步骤S4：通过冷藏车车厢内设置的第二温度传感器31检测车箱内的温度，通过湿度传感器32检测车厢内的湿度，并判断车厢内的温度所处的预设温度区间，以及车厢内的湿度是否满足预设湿度区间，并将检测的温度、湿度数据上传至控制器，进入步骤S5；

步骤S5：当检测的车厢内温度属于低于预设温度区间，且湿度小于预设湿度区间时，控制器控制涡流管的冷端调节阀开度减小，同时将第二电磁阀/第三三通阀的开度减小；当检测的车厢内温度属于处于预设温度区间，且湿度处于预设湿度区间时，保持涡流管的冷端调节阀开度、第二电磁阀/第三三通阀的开度不变；当检测的车厢内温度属于高于预设温度区间，且湿度大于预设湿度区间时，控制器控制涡流管的冷端调节阀开度增大，同时增大第二电磁阀/第三三通阀的开度；当检测的车厢内温度属于高于预设温度区间，且湿度小于预设湿度区间时，控制器控制涡流管的冷端调节阀开度增大，同时减小第二电磁阀/第三三通阀的开度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于食品冷链的余热利用系统，包括包括冷藏车、涡轮增压系统、热力增压系统、涡流管、冷藏车厢、温度传感器、湿度传感器、控制器以及多根连接管道，其特征在于：所述涡轮增压系统主要包括排气歧管和与排气歧管相连接的涡轮增压器，所述涡轮增压系统设置在冷藏车厢外侧底部，所述排气歧管与汽车发动机的排气出口连接，所述涡轮增压器通过第一支管、第一三通阀与所述涡流管连接；所述热力增压系统主要包括太阳能集热系统、热力增压器、第一温度传感器、辅助压气机，所述太阳能集热系统与热力增压器连接，用于对所述热力增压器提供外部加热热源，所述热力增压器的排气口通过一根支管与辅助压气机连接，所述热力增压器的排气口通过第二支管、第一三通阀与所述涡流管连接，所述第一温度传感器设置在太阳能集热系统内部，用于检测太阳能集热系统输出的加热热水的温度，热力增压系统设置在冷藏车厢外侧顶部；冷藏车的驾驶室内设置有控制器，所述控制器通过信号控制线分别与所述第一三通阀、涡流管的冷端调节阀、第一温度传感器、第二温度传感器、湿度传感器连接，控制器用于调节所述第一三通阀、涡流管的冷端调节阀的状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述温度传感器为第二温度传感器，所述温度传感器为湿度传感器，所述第二温度传感器、湿度传感器均设置在冷藏车厢内部顶部，所述第二温度传感器用于检测冷藏车厢内的温度，所述湿度传感器用于检测冷藏车厢内的湿度。

3.根据权利要求2所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述汽车发动机的排气出口与排气歧管连接，所述排气歧管上设置有第二三通阀，所述第二三通阀的一个出口通过涡轮排气连接管与涡轮增压器连接，所述涡轮增压器由排气涡轮和进气涡轮以及两个涡轮之间的连杆组成，进气涡轮出口设置有第三三通阀，所述第三三通阀的一侧通过进气管与进气冷却器的入口连接，所述进气冷却器的出口通过进气连接管与所述汽车发动机的进气口连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述太阳能集热系统包括平板式太阳能集热器、若干连接管道以及水箱，所述太阳能集热器通过若干管道与水箱连接，所述太阳能集热器的下部出水口通过管道与热力增压器的热腔外侧设置的绝热水套连接，优选地，太阳能集热系统采用重力式即热系统，使太阳能集热器在竖直位置上设置地比热力增压器位置高。

5.根据权利要求4所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述热力增压器的壳体呈L形，L形壳体的一端为热腔，另一端为冷腔，所述热腔外侧设置有绝热水套、热腔端盖，所述热腔内侧设置有热腔连杆、热腔活塞、冷腔端盖，所述热腔连杆与所述热腔活塞铰接，所述热腔活塞可在热腔内自由滑动；所述冷腔外侧设置有多个翅片，所述冷腔内侧设置有冷腔连杆、冷腔活塞、冷腔端盖，所述冷腔连杆与所述冷腔活塞铰接，所述冷腔活塞可在冷腔内自由滑动；所述热腔连杆、冷腔连杆均与曲轮铰链连接，所述曲轮截面形状呈蘑菇型，所述曲轮的中部通过固定销固定在热力增压器的L形壳体的角部位置；此外，所述热力增压器冷腔端盖上还设置有进气阀，用于对冷腔进行补气。

6.根据权利要求5所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述热腔端盖通过热流管与回热换热器的一端连接，所述回热换热器的另一端通过冷流管、冷腔进气管与所述冷腔端盖连接，所述冷腔端盖用于封闭热力增压器的冷腔，所述冷腔端盖内部还设置有排气阀。

7.根据权利要求5所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：热腔活塞材料采用PEFT、PEEK以及滑石粉以及石墨烯制成。

8.根据权利要求5所述的一种基于食品冷链的余热利用系统，其特征在于：所述第二支管与第一支管并联在冷气输气管的一端，所述冷气输气管的末端与多个涡流管的进气口并联，各个涡流管的出气口与排热管连接，所述排热管的出口与车厢顶部侧面设置的排热口连通，通过排热口可以将涡流管热端排出的热气排至冷藏车车厢外，所述冷藏车车厢的顶部以及两侧壳体上设置有保温层。