冷藏车制冷机组排水可靠性研究与应用

冷藏车制冷机组排水可靠性研究与应用

李金奎,  ,代咪咪

珠海格力电器股份有限公司  广东珠海 519070

摘要

冷藏车作为冷链的重要环节，在确保易腐货物运输质量上发挥着不可替代的作用。随之，冷藏车制冷技术也朝着多方向快速发展。本文从冷藏车行驶状态出发，采用实验方式对比分析了2种内机结构的制冷机组在不同运行模式下冷凝水/化霜水的排水可靠性。结果表明，内机接水盘倾斜角度越大，坡道行驶中越易将水排出，避免了冷凝水/化霜水污染箱体内部货物；对于坡道等复杂路段行驶，建议将坡度值增加至化霜控制因素中，实现制冷机组运行与整车行驶状态联动，控制化霜时间和频率，以满足实际使用需求。

关键词冷藏车；公路坡度；化霜；冷凝水

中图分类号：TB6

Study and Application on drainage reliability of refrigeration unit for refrigerated truck

LI Jinkui Dai Mimi

                            Gree Electric Appliances, Inc. of Zhuhai  Zhuhai Guangdong 519070

Abstract

As an important part of the cold chain, refrigerated trucks play an irreplaceable role in ensuring the quality of perishable goods. As a result, the refrigeration technology of refrigerated trucks also develops rapidly in multiple directions. In this paper, based on the running state of the refrigerator trucks, the drainage reliability of condensate water and defrost water of two kinds of refrigeration units under different operating modes is compared and analyzed through experiments. The result shows that the greater the tilt angle of the water tray of the internal machine, the easier it is to discharge water when driving on the ramp, which prevents condensate and defrosting water from polluting the goods inside the box. For driving in complex sections such as ramps, it is recommended to add the ramp value to the defrosting control factors to realize the linkage between the refrigeration unit operation and the vehicle driving status, so as to control the defrosting time and frequency to meet the actual use needs.

Keywords

Refrigerated truck; Road gradient; Defrost; Condensate

1 引言

随着国民经济和人民生活水平的提高，人们对蔬菜、水果、水产品、肉类等农副生鲜食品的需求和消费日趋增长，但生鲜食品收获后因技术设施不完善、贮藏方法不科学等因素，易造成食品腐败，损耗和浪费十分严重。冷藏车作为主要的低温运输工具，在国民经济和人民生活中都发挥了重要作用，它能够保证易腐货物的运输质量，是组成冷链的重要环节。然而我国冷藏运输率与欧美等发达国家相比差距还很大[1]。王婧雅等[2]研究了蒸发器翅片间距对冷藏车空调的影响，分析出3种蒸发器片距下的换热性能、风量和排水性能。张兴群等[3]研制一款整体独立式冷藏车制冷机组并对其基础性能进行测试。另外，国内外已有众多关于冷藏车不同状态下箱体内温度变化的研究成果[4-7]，而对冷藏车箱内湿度变化及蒸发器结霜的分析较少，也很少进行化霜控制类的探讨。

冷藏车在行驶中路况复杂多变，如上坡、下坡、加速、急刹等，同时制冷机组也有结霜、化霜、凝露等不同运行状态，如果制冷机组设计不合理、化霜控制不得当，会导致箱内蒸发器化霜水无法顺利排出，极易造成货物污损和制冷设备损坏。本文就一款新能源冷藏车在市内运输时的不同路况下，制冷机组蒸发器排水可靠性进行实验研究，为冷藏车制冷机组设计、制造和应用提供参考。

2冷藏车空调介绍

2.1冷藏车结构与原理

图1是一种分体式新能源冷藏车制冷机组，内外机换热器均采用翅片管式风冷结构，外机固定在车厢外侧顶部，前进风上出风；内机固定在车厢内侧顶部，下回风后送风，内外机通过高压橡胶冷媒管连接。机组驱动动力由新能源冷藏车储能电池提供，制冷原理为逆卡诺循环，制冷剂选用R404A，机组箱内温度运行范围-20~30℃，涵盖冷冻结霜工况和冷藏凝露工况。

图1  实验用新能源冷藏车结构布局

2.2冷藏车现状

冷藏车制冷机组在实际使用中会根据运输货物的种类和数量，设定不同的箱内温度和湿度，即内机处于不同的运行状态。当运输的冷藏货物温度要求10℃以上时，蒸发器表面温度高于0℃，是凝露状态，此时箱内湿空气会在蒸发器表面凝结，冷凝水顺着翅片向下流动，储存在接水盘或顺着排水管流出箱外；当运输货物温度要求低于10℃时，蒸发器表面温度低于0℃，出现结霜现象，当结霜量达到一定程度时，制冷机组启动化霜模式，化霜水会快速的流到并存储在接水盘或顺着排水管流出箱外，以上两种制冷机组排水模式存在于整个运输过程中。然而，市面上大部分产品设计时只考虑冷藏车水平匀速行驶下接水盘积水能够顺利排出，并未考虑其他行驶状态。坡道或颠簸路段行驶中制冷机组仍按预设程序化霜和排水，容易出现因水位与排水口负落差而无法顺利排出现象，从而溢出接水盘或大量结冰，污损货物甚至导致制冷机组故障。

由下表可知：

（1）水平匀速行驶过程中由于接水盘本身设计有一定排水角度，故均可正常排水；突然刹车或减速时由于水的惯性作用也是有利于冷凝水排出，但突然加速可能造成接水盘水从出风口流出；

（2）上坡行驶过程中如果坡度抵消甚至超过了接水盘设计的排水角度，此时接水盘的水无法及时流出，积聚量足够多时就会从出风口流出；

（3）下坡行驶过程中由于排水管在最低点，所以此种情况只需注意在下坡中突然减速是否有水从前侧溢出接水盘。

表1车辆运行情况

3实验介绍

3.1实验模型

由以上分析可知车辆水平和下坡匀速运行，基本都能正常排水，此次主要通过实验对比分析图2两种设计方案在上坡路况的排水可靠性。

如图3，将内机固定在热平衡等温箱内，通过调整内机的安装角度来模拟车辆上坡行驶的公路坡度。热平衡箱可提供不同的热负荷和湿蒸气，模拟冷藏车箱内运输货物的负荷。不同于凝露状态的冷凝水实时流下，结霜状态研究需提前收集内机最大结霜量时的化霜水，模拟验证最大化霜水情况下排水可靠性。

在内机出风口前的箱体底面铺设纸皮，通过记录实验中水滴出现的时间和状态，判断接水盘水是否溢出或吹出。水滴出现越晚证明机组蓄水和排水能力越好。

（a）方案一                         （b）方案二

图2 2种接水盘设计方案

（a）热平衡箱                                  （b）内机安装

图3 试验台

3.2实验过程与数据分析

3.2.1最大结霜量化霜水测量

调节箱外工况32℃，箱内温度0℃、湿度95%，机组设置为不化霜模式，直至蒸发器表面结满霜，蒸发压力持续降低，达到低压保护状态。手动启动化霜模式，待蒸发器表面霜层全部融化并流入接水盘，采用量杯收集化霜水。测出最大结霜量化霜水为1.1L。

3.2.2公路坡度下静态蓄水/排水实验

制冷机组不开机，按下表调节内机安装角度，模拟上坡路况。从接水盘上侧注水，观察水流是否从排水管流出并记录注水量，检测最大蓄水能力。

方案1和方案2接水盘蓄水量测试数据见表2，从测试结果分析当公路坡度小于等于排水角度时，机组可正常排水，当公路坡度大于排水角度时机组冷凝水容易聚集在接水盘无法排出，为避免水从机组出风口吹出，蓄水能力越大越好。

表2蓄水能力测试

说明：

1　公路坡度指每百米水平距离公路上升的高度，例如坡度4.4%为100米水平公路距离上升4.4米

2　12%为城市二级公路的最大坡度，25%为实验用新能源冷藏车最大爬坡能力。   

3.2.3公路坡度下动态排水实验

凝露实验：调节箱外工况32℃，箱内温度12℃、湿度95%，对冷藏车不同爬坡角度下的蒸发器凝露状态进行观测，记录冷凝水溢出/吹出时间。设定机组最长运行时间为4h。

结霜实验：调节箱外工况32℃，箱内温度0℃、湿度95%，手动加注1.1L化霜水，机组自动运行，观测机内溢出/吹出冷凝水时间。设定机组最长运行时间为4h。

由表3可知冷藏车无坡度行驶时，制冷机组运行全过程4h内冷凝水均从排水管流出，无溢出/吹出现象，说明冷藏车水平行驶中，无论凝露或结霜状态，排水过程可靠、稳定。然而冷藏车爬坡坡度在12%、25%时，制冷机组运行一段时间后，出现不同程度的冷凝水进入箱体问题。但冷凝水进入箱体的时间对比显示，方案一远优于方案二，具体：当冷藏车行驶在二级公路最大坡度12%时，凝露状态下，方案一能够维持105分钟无冷凝水进入箱体，足以满足国内大部分城市使用；方案二无吹水/溢水时间达57分钟，在非特殊地形城市也可满足市内运输需求。结霜状态下，冷凝水较凝露状态更容易进入箱体，但结霜-化霜有周期性，不同机组会根据控制逻辑以自动检测化霜、定时化霜和强制化霜等不同模式运行，由于结霜过程，冷凝水增加幅度很小，一般不会出现溢出/吹出现象，故可通过程序控制坡道化霜频率以减少冷凝水进入箱体的概率。在公路坡度达25%时，凝露状态下，方案二冷凝水进入箱体的时间减少至26分钟，明显排水能力急速下降。所以坡道较大的山区等，优选方案一结构形式。

表3制冷机组开机状态下的排水可靠性

3.2.4整车实验

将排水可靠性较高的方案一内机装配在下图所示新能源冷藏车上，进行公路整车实验，实验时长4小时。

测试工况：外界环境温度21℃、湿度78%，箱内0~10℃波动，频繁开关门，测试前加入1.1L水；

测试项目：坡度不超过25%的公路上急加速、转弯、紧急制动、坡道停车、过路牙减速带等。

图4 整车实验

测试后发现有极少量水滴吹落在冷藏车箱体底部，考虑无持续性吹水及溢水情况，整体排水效果满足设计要求。说明方案一设计基本满足冷藏车使用要求。

4结论

    本文通过对不同公路坡度时冷藏车和制冷机组状态分析，以及2个不同方案内机在凝露和化霜运行模式下排水性能的实验研究，得出如下结论：

1）冷藏车制冷机组接水盘倾斜角度越大，其在坡道行驶中排水可靠性越高，方案设计应综合考虑使用城市路况和行驶状态对水位影响，确保坡道等路况的排水可靠性；

2）接水盘静态储水能力需大于蒸发器最大结霜量，避免复杂工况时化霜水溢出到箱内；

3）针对结霜-化霜运行模式，基于防止冷凝水进入箱体考虑，可从制冷机组运行控制上增加坡度控制因素，即在坡度较大路况，控制化霜时间和频率。

参考文献：

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[2]王婧雅,郭瑞安.不同翅片间距蒸发器对冷藏车空调的影响分析[J].家电科技,2018, (11),72-74

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