冷藏保温车技术发展浅析

冷藏保温车技术发展浅析

交通运输072班200710601240 雷蕾

摘要：介绍了冷藏保温车按不同方式的分类情况，整车布置方式和隔热货箱的结构组成，介绍了现在普遍使用的多种制冷方式和加热方式，以蒸气压缩式机械冷藏汽车为例说明了制冷机组的制冷技术原理，并简述了热平衡性能计算公式和步骤等，介绍了近年来冷藏保温车的发展现状，以及未来中国冷藏车的技术方向新技术。

Refrigerator car technology development

Abstract:This article has introduced refrigerator car according to different ways of classification, the whole vehicle layouts and the structure of insulation crates. The article explained nowadays the widespread use of a variety of refrigeration mode and heating mode, with compressive type mechanical refrigerating automobile as an example, to clarify refrigeration unit’s technology principle. Formula and steps of thermal equilibrium properties has been given. The article also has introduced the development of refrigerator car in recent years,and China's future refrigerator car new technology direction .

前言：随着货物储运的种类不断增多，有些货物在储运过程中易受到外界温度、湿度等条件影响而发生腐烂变质。为了保持易腐货物的本来品质和使用价值，冷藏保温车成了人类生活中不可或缺的运输工具。冷藏车是指用来运输冷冻或保鲜的货物的封闭式厢式运输车，是装有制冷机组的制冷装置和聚氨酯隔热厢的冷藏专用运输汽车，常用于运输冷冻食品(冷冻车)，奶制品(奶品运输车)、蔬菜水果(鲜货运输车)、疫苗药品(疫苗运输车)等。

一、冷藏保温车的分类

冷藏汽车实际上称作冷藏保温汽车，它分为冷藏车和保温汽车两大类。保温汽车是指具有隔热车厢，适用与短途保温运输的汽车。冷藏汽车是指具有隔热车厢，并设有制冷装置的汽车。冷藏汽车按制冷装置的制冷方式分为机械冷藏汽车、冷冻板冷藏汽车、液氮冷藏汽车、干冰冷藏汽车等。

按制冷装置的制冷方式划分，机械冷藏汽车、冷冻板冷藏汽车、液氮冷藏汽车干冰冷藏汽车、冰冷冷藏汽车等，其中机械冷藏汽车是冷藏车中的主要车型。

按专用设备的功能分类，根据《QC/T 450-2000 保温车、冷藏车技术条件》，当环境温度为303K时，按车厢内温度的可调范围。将冷藏汽车分为六类，如表1所示：

二、冷藏保温车的结构

冷藏车由专用汽车底盘的行走部分，与隔热保温厢体(一般由聚氨酯材料、玻璃钢组成，

彩钢板，不锈钢等），制冷机组，车厢内温度记录仪等部件组成，对于特殊要求的车辆，如肉钩车，可加装肉钩,拦腰,铝合金导轨,通风槽等选装件。

机械冷藏汽车的应用最为广泛，它内部装有蒸气压缩式制冷机组，车内温度实现自动控制，很适合短、中、长途或特殊冷藏货物的运输。车厢隔热性好，减少外界车内的温度，制冷装置所占空间小，重量轻、安全可靠、不易出故障等特点。其布置主要是依据制冷机组的结构形式（驱动装置、压缩机、冷凝器、蒸发器的位置）而确定的。下面以机械冷藏汽车为例，分析其结构（如图1所示）。

按驱动方式，制冷机组可分为独立式和非独立式。独立式制冷机组本身带有驱动装置，非独立式制冷机组由汽车主发动机来驱动。按驱动装置、压缩机、冷凝器、蒸发器四大部件的位置，制冷机组又可分整体式和分体式。四大部件均装在车厢内的称为整体式机组；四大部件分别装在不同位置，而用管道连接的则为分体式机组。

图1 机械冷藏汽车基本结构及制冷系统

1、冷风机

2、蓄电池

3、制冷管路

4、电气线路

5、冷压缩机

6、传动带

7、控制盒

8、风冷式冷凝器

冷板冷藏汽车的布置取决于冷板制冷装置的形式，分为独立式与非独立式两种；液氮冷藏汽车的布置方式很多，主要取决于液氮管的大小和位置，如液氮罐厢内竖直、厢内横置、厢外纵置、厢外横置等。

冷藏保温车的隔热货箱是由货箱隔热壁、门及货箱附件等组成的具有一定隔热性能的密封型箱体。隔热货箱的结构形式有整体式和分片拼装式两种，隔热层材料要求有：1、发泡均匀，密度小；2、导热系数尽可能小，一般要求在0.045W/(m·k)；3、对温度变化的稳定性要好，在-40~70℃的使用温度范围内，使用性能要满足规定的要求；4、具有一定的机械强度，能承受汽车在恶劣道路条件下的振动、冲击而不受损或变形；5、吸水性和吸湿性

低，耐腐蚀，抗冻性能好；6、无毒无味，透气性小，隔热材料使用和燃烧时，不得分解出有毒和有害气体；7、价格低、易成形，可采用填充、浇注、喷涂等工艺形成车厢隔热层。现在使用较为普遍的隔热材料有聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫。

断热桥的设计消除了隔热货箱蒙皮之间的金属零件直接连接，而隔热货箱蒙皮与骨架相连，骨架分为有承载功能的主骨架和有断热功能的辅助骨架。另外，冷藏保温车的隔热货箱还包括门框及门附件，密封条，导风条及异型地板，挂钩和挂轨、蒸发器保护架等装置。车厢加工工艺流程大致如下：零部件制作→各片金属骨架总成→铆接外蒙皮→安装辅助骨架→装内蒙皮→注入发泡材料→装后门总成。

三、冷藏保温车制冷和加热原理

制冷方式

冷藏车制冷方式有多种，以下5种是较常的制冷方式：

1、水冰及盐冰制冷：水冰制冷装置投资少，运行费用低，但是普通水（盐）冰单位质量的吸热量较小，车厢内降温有限，而且盐冰融化后会污染环境、食品，腐蚀车厢和值货物受潮，因此水（盐）冰制冷主要月于鱼类等水产品的冷藏运输。

2、干冰制冷：装置简单、投资和运行费用较低、使用方便、货物不会受潮。干冰升华产生的CO2气体能抑制微生物繁殖、减缓脂肪氧化以及削弱水果蔬菜的呼吸。但是，干冰升华易引起结霜，CO2气体过多则将导致水果、蔬菜等冷藏物呼吸困难而坏死。而且厢内温度难调，干冰成本较高，且消耗量较大，故实际应用较少。

3、冷板制冷：装置本身较重、体积较大，占据了车厢的一定容积，而且冷板充冷一次仅可持续工作8~15H。因此冷板制冷适于中、轻型冷藏汽车的中、短途运输，近几年来，随着能源和环境污染间题日益突出，冷板制冷的应用发展较快，已成为仅次于机械制冷的制冷方式。

4、液氮制冷：装置结构简单、工作可靠，无噪声和污染；液氮制冷量大、制冷迅速，适于速冻。液氮汽化不会使厢内受潮，并且氮气对食品保鲜、防止干耗均有好处。此外，液氮制冷控温精确（士2℃）。但是液氮成本较高，需经常充注，因而推广受到一定限制。同理，其他低温汽化的液态气体，亦可作为制冷剂，如液态二氮化碳（CN2）。

5．机械制冷：机械制冷方式有蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射等。目前以蒸气压缩式应用最为广泛。压缩式制冷机组主要由压缩机、冷凝器、节流阀（或膨胀阀）和蒸发器等组成。如图2所示。

蒸气压缩式制冷属于蒸发制冷。制冷剂置于一个封闭系统中，热的冷凝剂蒸汽被吸进压缩机，压缩机把蒸汽压力升高后泵进冷凝器，吸进的空气流经冷凝器，把冷凝剂蒸汽的热量散发掉，使蒸汽变为气体，随着压缩机不断从蒸发器出口液态冷凝剂压向膨胀阀，膨胀阀限量的制冷剂送到的入口，冷凝剂突然进入大容积的蒸发器管中后，由于体积变大压力下降从车厢内吸做热量，实现制冷。这些带有热量的冷凝剂蒸汽接着被吸进压缩机开始下一个冷凝循环。

在整个制冷循环过程中，制冷系统的管道、设备都不可避免地会产生阻力损失和附加热交换。在实际循环中，为了提高制冷机的经济性、安全性，制冷循环并不完全是在饱和区域内进行，而应造成制冷工质液体的过冷和蒸汽的过热。

图2、压缩式制冷机原理图

1、压缩机

2、冷凝器

3、热交换器

4、膨胀阀

5、蒸发器

加热方式

当运输环境温度低于货物运输适温时，需要对车厢内加热升温。除了通过制冷机组可逆循环实现加热外，冷藏汽车的加热方式还有电热丝加热、燃油暖风机加热、利用发动机冷却水和废气加热、以及用制冷机组制冷机加热循环加热等。

四、热平衡计算

隔热货厢各壁板（顶板、底板、左右侧壁、前壁、后门等）均为隔热平壁，由于货厢隔热壁内外存在一定的温差，故热量从隔热壁的一侧热流体中传至另一侧的冷流体中有三个个过程：高温一侧空气中的热量传至高温一侧隔热壁表面，隔热壁内的导热，即热量从隔热壁高温的一侧表面传至低温一侧表面，热量从隔热壁低温一侧表面传至低温一侧空气中。以隔热货厢为例，一般来说厢外温度高于厢内温度。热量先是从厢外空气中传至隔热壁外蒙皮表面上，然后再透过外蒙皮隔热层和内蒙皮材料传至内蒙皮表面上，再由内蒙皮表面传到厢为空气中去。

1﹚货箱隔热壁传入车厢的热量Q1=K·F（T w—T n）﹙1﹚

式中：K----隔热车厢总的传热系数，W/（m2·K）；

F----隔热车厢的传热面积，m2；

T w----隔热车厢外的空气温度，K；T n----隔热车厢内的空气温度，K。

2﹚由货厢各处缝隙造成的漏气而传入车厢的热流量Q2

实际计算时常用如下经验公式：Q2=（0.1～0.2）Q1﹙2）

一般情况下，取Q2=0.1 Q1货厢漏气严重时，取Q2=0.2 Q1

3﹚太阳辐射的热流量Q3=K·F y（T y—T w）·T/24 ﹙3﹚

式中：F y----货厢受太阳辐射的面积,一般取传热面积的35％～50％, m2；

T y----货厢受太阳辐射的表面平均温度,取T y = T w +20,K ；

T----货厢每天受太阳照射的时间,取12～14h。

4﹚卸装货物开门传入的热量Q4=f（Q1+Q3）﹙4﹚

式中：f----开门频度系数。运输途中不开关，取f=0.25，开门1～5次，取f=0.5，开门6～10次，取f=0.75，开门11～15次，去f=1。

5﹚货厢内装载货物的发热量Q5=∑m i·q i﹙5﹚

式中: m i---货厢内某种货物的质量，Kg；q i----货厢内某种货物的发热量。

6﹚货厢内风机和照明灯的发热量Q6=﹙P d+t d﹚/24 ﹙6﹚

式中: P d---照明灯的功率，W；t d---平均每天照明的时间，h。

7﹚货厢厢体预冷时所消耗的功率Q7 =m x·C x·△T/2t ﹙7﹚

式中: m x----货厢需冷却部分的质量，Kg；

C x----货厢需冷却部分的平均比热，J/﹙Kg·K﹚；

△T ----厢外气温和厢内温度之差，K；t----货厢预冷的时间，h。

8﹚货厢内货物预冷时摄取的热流量Q8

Q8=﹙m h·C h+m b·C b﹚△T /t ﹙8）

式中: m h—货厢货物的质量，Kg，m b—厢内包装容器的质量，K；

C h—包装容器的比热，J/﹙Kg·h﹚,j计算时取C b =2500 J/﹙Kg·h﹚.

当冷藏汽车运送水果、蔬菜和鲜蛋时，要求制冷装置同时预冷隔热货厢和货物，这时制冷装置的热负荷为：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8﹙9﹚

考虑制冷装置不能连续工作，在设计和选择热负荷时应考虑安全系数n，即热负荷为n Q，一般冷藏汽车，取n=1.3～1.5。

9）总漏热率：表示单位温差内热功率的消耗量，用来综合衡量车厢的漏热性能。

由下式确定：Uθ= Q/(θi－θe)

式中：Uθ——总漏热率，W/K；Q——车厢内加热稳定时的总耗功率，W；

θi——车厢内部平均温度，即为各感温元件指示温度的算术平均值，K；

θe——车厢外部平均温度，即为各感避元件指示温度的算术平均值，K。

10）车厢性能

1 、气密性能

按气密性能将车厢分为A、B两类。在车厢内外压差为100±10的条件下，将测得的漏气量转化为标准状况，（273K、1.013×105）Pa下的漏气量，其值应符合表2的规定。

表2、漏气量表

2、隔热性能

当车厢平均壁温为293～298K，内外温差不小于20K时，按隔热性能将车厢分

为A、B、C三类，其总漏热率见表3。

表3、总漏热率表

注：1 平均壁温规定为车厢内、外温度的算术平均值。

2 冷藏车不应采用C类车厢。

五、冷藏保温车技术发展趋势

我国冷藏汽车主要分为重型、中型、轻型、微型四个种类。现在冷藏汽车（包括保温车、保鲜车）品种已接近500种，发达国家则有1000余种。国产厢式运输车目前有板块拼装结构和金属骨架式结构，虽然与发达国家的厢式车结构大体相同，但在密封性和耐久性方面有一定的差距。首先在板材的选取上和发达国家有很大差别；国产的主要为聚氨脂复合板、胶合板、金属骨架附蒙皮等，而国外则选用蜂窝夹层板、聚丙烯板、高强度PVC板、聚氨脂复合板等。这些板与胶合板相比，具有重量轻、强度高等优点，代表了世界厢式货车的发展方向。在连结方式上，国产车主要是螺钉紧固连接和焊接，而发达国家却用型材扣接加高强度胶粘接等。这种连结方式不仅节约了材料，而且耐久性好，值得借鉴。尽管冷藏、保温车厢内布置情况基本相同，但发达国家的厢式车针对性很强，为装载不同的货物配备了不同的装置，使之更适合、更方便于用户。目前国内冷藏、保温车的结构大体有两种: 板块拼装结构和整体注入发泡结构，可以装侧门，也可加装隔板形成多仓，已分别用于冷藏和保温。技术水平和国际先进水平比较接近，各项性能指标和密封性能等已接近发达国家的水平。在厢内布置方面，发达国家的冷藏、保温车的针对性更强。他们针对不同客户的要求，开发出适合各种装载需要的配套车型及厢内布局，如在厢内增加通风装置、悬挂装置、制冷装置、厢内货架、物品固定装置等。

就此，国产冷藏、保温车与发达国家尚有一定的差距，需要在设计能力、装备制造能力方面下功夫，使我国冷藏、保温车制造工艺技术水平尽快达到世界先进水平。归纳起来，我国冷藏保温车未来的发展方向主要有以下几个方面：

1、冷藏车逐渐向重型化、轻型化、功能化、技术含量高的方向发展

目前中国冷藏保温汽车按照吨位构成，还是中型车较多。随着公路的建设和发展，重型车、半挂车将成为长途、调拨性公路冷藏运输的主要工具，而得到快速发展；轻型冷藏和微型保温车则作为短途、分配性运输的主要工具而得到快速发展。在冷藏保温汽车功能方面，市场越来越要求高技术含量、高附加值的产品。制冷装置、制热装置、液压举升装置、厢体隔仓装置、侧拉门装置、计量测量装置等，以及各种厢体的车身结构器材，都有广泛的市场前景。从环保和节能的角度考虑，所有聚氨酯材料的发泡剂都必须由无氟材料来取代，新冷源冷藏车的比例会有所增长。

2、生产技术向柔性化、专业化以及生产协作配套网络化发展

冷藏保温汽车所有多品种、小批量、短周期的特点，只有柔性化生产可以克服这一生产组织上的矛盾。同时计算机和信息技术的发展，使世界经济的全球化、一体化的格局逐渐形成，全球的竞争需要产品制造过程具有高速度和低成本，传统小而全的企业模式已经越来越丧失竞争能力。因此，柔性化生产、灵活达到设计方案、异地加工或者异地组装厢体的生产模式会较快发展。

3、厢体结构向合理化方向发展，各种新材料将不断应用于厢体

随着公路建设的飞速发展，加速发展重型车的势头会进一步加强，这就是要求提高厢体的强度和刚度，特别注重减轻自重，增加载重后的尺寸稳定性和耐冲击性，确保整车的可靠性和安全性。因此在厢体的结构上，各生产厂家都应形成自己的独立开发能力，以适应这种需要。

六、结论与体会：随着物流运输市场领域的拓展，我国冷藏汽车的保有量也较快增长。就不同制冷方式来说，出现了机械冷藏汽车、冷冻板冷藏汽车、液氮冷藏汽车、干冰冷藏汽车等多种车型，技术水平不断提高，其中机械保温车因其显著优势得到了广泛使用。如济南中集考格尔、郑州红宇、河南冰熊、镇江飞驰等10多家企业，这些企业生产的冷藏车保温车品种多、批量大、质量可靠，代表了我国冷藏车保温车发展的技术水平，占据着国内大部分的市场份额。然而，中国冷藏保温技术与国际水平仍有差距，未来的冷藏保温车将向着功能化、技术含量高、专业化以及生产协作配套网络化等方向发展进步。

七、参考文献：

1、明平顺，《汽车运输专用车辆》，人民交通出版社，1997

2、徐达、蒋崇贤，《专用汽车结构与设计》，北京理工大学出版社，1998

3、章镛初，《我国冷藏汽车的现状和发展趋势》，见《上海制冷节（首届）会刊》，

2004.12