车载集装箱两用制冷系统.pdf

本发明为车载集装箱两用制冷系统，当集装箱运输鲜活水产品时，制冷系统在恒温水工况下运行；当运输其他保鲜食品时，制冷系统在冷却空气的工况下运行；箱体内设有设备区、管理区；设备监控区；液态氧、二氧化碳瓶定置区；鱼箱；冷风机定置区，所有与鱼箱水体接触的设备、管道、仪表等，均应防海水腐蚀；冷水管路系统，将恒温水制冷系统与鱼箱之间连接起来，在溶氧罐内设置水-水热交换器，用于夏季对鱼箱水体降温、冬季对水体加热，水温控制系统精确控制鱼箱水温；制冷剂管路系统，将两用制冷系统机组与冷风机连接起来；该设备的研制成功，从而使“南鱼北调，北鱼南运”的愿望成为可能。一旦形成产业化示范，预计将产生很大的经济效益和社会效益。

1.  车载集装箱两用制冷系统，其特征在于：制冷系统在恒温水工况下冷却的介质是水；制冷系统在冷却空气的工况下冷却的介质是空气，工况的转换，包括以下方法：
1)车载集装箱箱体内设有：设备区、管理区、设备监控区；液态氧、二氧化碳瓶定置区；鱼箱；冷风机定置区，所有与鱼箱水体接触的设备、管道、仪表等，均应防海水腐蚀；
2)在制冷系统中设置四通换向阀，在每个溶氧罐内设置水-水热交换器，在集装箱端部顶板下设置冷风机。当处于恒温水工况下运行时，制冷系统通过制冷剂吸收鱼箱中的热量；当鲜活水产品到达目的地，溶氧罐随鱼箱整体卸出集装箱；运输其他保鲜食品，处于冷却空气的工况下运行时，制冷系统通过四通换向阀向冷风机输送制冷剂，冷却集装箱内的空气；
3)设计冷水管路系统，将恒温水制冷系统与各鱼箱之间连接起来，制冷系统冷水与鱼箱水体热交换器设计；冷水管与鱼箱接口设计为快速接口设计；
4)设计制冷剂管路系统，将两用制冷系统机组与冷风机连接起来；
5)冷水流量控制系统设计；
6)水温自动控制系统设计，精确控制鱼箱水温；
7)各控制参数选点、控制执行元器件与工控机相连接的工艺设计。

2.  根据权利要求1所述的两用制冷系统，其特征在于：所述方法1设备区设置两用制冷系统，发电机，配电设备，控制设备，油箱，水箱，臭氧发生器等。

3.  根据权利要求1所述的两用制冷系统，其特征在于：所述方法1的鱼箱设置有溶氧罐，与鱼箱构成整体。

4.  根据权利要求1所述的两用制冷系统，其特征在于：所述方法3快速接口设计为防腐、防震、无渗漏，易拆卸、耐用。

5.  根据权利要求1所述的两用制冷系统，其特征在于：所述方法4冷风机为外形紧凑的壁挂式，采用内螺纹铜管和波纹铝翅片；冷凝器为风冷型、铝翅片铜管换热器，采用风量大、噪音低的三相外转子电机，确保了冷凝器的换热效率；蒸发器为干式壳管式海水用蒸发器，经过电镀处理，能有效防止海水对管道的腐蚀，并维持较好的换热效率。

车载集装箱两用制冷系统
技术领域
本发明涉及集装箱物流领域，特别是车载集装箱制冷技术领域。
背景技术
长期以来，人们一直希望能将鲜活水产品进行长距离“保活运输”，实现“南鱼北调，北鱼南运”，从而形成全国范围内鲜活水产品大物流的格局，优化区域渔业经济结构。
根据查新：目前国内外尚没有专用的即能保持箱体内水温恒定又能冷却车厢内空气温度的两用制冷系统长距离运输工具。
现有的冷藏集装箱，制冷系统只能单一的冷却箱内空气进行食品的冷藏运输，是因为仅仅将陆地上使用的制冷系统移置到集装箱中，没有设计出以水为被冷却介质的热交换系统。水与空气虽然同属流体，但物理特性却有较大的差别，在狭小、动荡的车厢内设计一套以水为被冷却介质的制冷系统，且能够根据运输货物品种的不同，进行冷却水与冷却空气的功能切换，能够满足功能的要求，安全、可靠地运行，需要攻克一系列技术难题，对系统进行优化组合。
科技部科技支撑计划的研究课题：“鲜活水产品长距离物流技术开发与产业化示范”的研究内容之一，就是研制适合“活体水产品”生存的水环境运输工具。研制、开发车载集装箱鲜活水产品恒温水制冷系统，研制、开发车载专用水环境调控技术。
车载集装箱鲜活水产品恒温水制冷系统主要是在铁路、公路专用运输车辆上构建“车载专用水环境”。解决鱼、虾、贝类等活体水产品在长距离活体运输条件下的代谢，并对水环境温度进行精确控制。
车载集装箱恒温水制冷系统被冷却介质是水(淡水和海水)，要求能在国内大纬度跨度，恶劣的气象条件和运动状态下安全运行。与一般制冷系统相比，其系统的组成、运行时功能的切换，对设备运行的可靠性、自动控制精度、对水质的过滤(还有其他生化指标)、设备的防腐等，提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的提供既可以冷却水、又可以冷却空气两种用途的车载集装箱作为铁路、公路长距离运输工具，拓展车载集装箱的便用功能。在研制车载集装箱恒温水制冷系统的基础上，研制了冷却水和冷却空气的两用制冷系统：当集装箱运输鲜活水产品时，制冷系统在恒温水工况下运行；当运输其他保鲜食品时，制冷系统在冷却空气的工况下运行。
要解决的技术问题：
两用制冷系统的机组具有两部分功能：一是作为空气源热泵冷热水机组运行，可提供冷水或热水，以满足车载恒温水系统冷热源的需要；二是该机组配备了冷风机，可以通过空气换热方式对车厢内空气进行制冷或制热，作为车载冷加工间或冷藏库使用。系统具备工况转换的功能，可以根据需要进行自动转换或人工转换。
由于我国南、北方纬度跨度大，四季气候条件不同，气温相差较大(环境温度40～-40℃范围)。车载集装箱两用制冷系统在跨越南北方不同气候区以及长途运输条件下，机组在恶劣的环境下运行，应具备高可靠性。
制冷系统必须满足下列要求：
1)应能在环境温度40～-40℃范围内安全、可靠运行；
2)应能承受运输工具的颠簸、震动和冲击；(制冷系统的抗冲击能力应符合铁道部特种运输车辆的技术标准)；
3)采用风冷热泵技术，进行手动/自动运行；
4)能进行运行工况的转换，在恒温水制冷系统运行工况下，对水温进行精确控制，系统的自动控制精度、对水体的过滤、脱毒、充氧和二氧化碳、水质的净化，应满足活体水产品生存的生化指标；在冷库制冷系统运行工况下，对车厢内空气温度进行精确控制，满足水果、蔬菜冷藏运输的需要；
5)制冷系统蒸发器及管道系统的材质应能防海水腐蚀；
6)采用环保型制冷剂；
7)自备电源；
8)集装箱箱体具有良好的保温性能。
解决问题的技术方案要点：
当集装箱运输鲜活水产品时，制冷系统在恒温水工况下运行，被制冷系统冷却的介质是鱼箱中的水；当运输其他保鲜食品时，制冷系统在冷却空气的工况下运行，此时，被制冷系统冷却的介质是集装箱中的空气，车载集装箱成为一个移动的冷库：为了实现这种工况的转换，需要对制冷系统进行特殊设计。
1)车载集装箱箱体内设有：设备区、管理区、设备监控区；液态氧、二氧化碳瓶定置区；鱼箱(设置溶氧罐与鱼箱构成整体)；冷风机定置区，所有与鱼箱水体接触的设备、管道、仪表等，均应防海水腐蚀；设备区设置两用制冷系统，发电机，配电设备，控制设备，油箱，水箱，臭氧发生器等；
2)在制冷系统中设置四通换向阀，在每个溶氧罐内设置水-水热交换器，在集装箱端部顶板下设置冷风机。当处于恒温水工况下运行时，制冷系统通过制冷剂吸收鱼箱中的热量；当鲜活水产品到达目的地，溶氧罐随鱼箱整体卸出集装箱；运输其他保鲜食品，处于冷却空气的工况下运行时，制冷系统通过四通换向阀向冷风机输送制冷剂，冷却集装箱内的空气；
3)设计冷水管路系统，将恒温水制冷系统与各鱼箱之间连接起来，用于夏季对鱼箱水体降温、冬季对水体加热；制冷系统冷水与鱼箱水体热交换器设计；冷水管与鱼箱接口设计为快速接口设计；
4)设计制冷剂管路系统，将两用制冷系统机组与冷风机连接起来；当机组在冷却空气的工况下运行时，实现水果、蔬菜的冷藏运输功能；(见图1)冷风机为外形紧凑的壁挂式，采用内螺纹铜管和波纹铝翅片；冷凝器为风冷型、铝翅片铜管换热器，采用风量大、噪音低的三相外转子电机，确保了冷凝器的换热效率；蒸发器为干式壳管式海水用蒸发器，经过电镀处理，能有效防止海水对管道的腐蚀，并维持较好的换热效率；(见图2、图3、图4、图5)
5)冷水流量控制系统设计；
6)水温自动控制系统设计，精确控制鱼箱水温；(温度传感器0-50℃，精度±0.2℃)
7)各控制参数选点、控制执行元器件与工控机相连接的工艺设计。
有益效果
根据查新：目前国内外尚没有专用的即能保持水温恒定，用于鲜活水产品长距离运输；又能冷却车厢内空气温度，用于水果、蔬菜冷藏运输的两用制冷系统长距离运输工具。与已有技术及同类设备无法进行比较。本发明的研制成功，从而使“南鱼北调，北鱼南运”的愿望成为可能。按我国科技部的要求，一旦形成产业化示范，预计将产生很大的经济效益和社会效益。比如：广州至乌鲁木齐，铁路运输里程约5000km以上，将鲜活水产品由广州运至乌鲁木齐后，为了不使集装箱空箱返回，可以装运哈密瓜、葡萄等新疆特产瓜果至其他城市。这样大大提高集装箱的利用率，产生可观的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。
图1两用制冷系统工艺流程图；
图2机组总装配图设计；
图3机组总装配图之一；
图4机组总装配图之二；
图5机组总装配图之三。
具体实施方式
下面通过一个实施案例，进一步说明本发明。
“车载专用集装箱”外型尺寸为12192×2438×2896mm。选用轻质材料，全箱总装配质量(空载质量)控制在7吨以内(除鱼箱外)，全箱总载质量31.45吨。箱体内部按功能要求设有：设备区(设置两用制冷系统，发电机，配电设备，控制设备，油箱，水箱，臭氧发生器等)、管理区、设备监控区、液态氧、二氧化碳瓶定置区。鱼箱、冷风机定置区(定置四箱，6吨/箱)。所有与鱼箱水体接触的设备、管道、仪表等，均应防海水腐蚀。
配备发电机(两台)，其机座地脚螺栓与箱体底梁相连接，并做防震动传导设计。动力线、照明线、控制线均分别布置于顶部。备用电源接口距地面高1000mm(防止非常制动时液体浸泡)。箱体侧面设计两扇可调控百叶窗(用途：发电机散热器对外散热)，两扇发电机排气窗。
设置风冷式冷凝器散热窗口(做防雨设计)。
整体式制冷/热泵机组的框架用螺栓与集装箱体固定并做减震处理。
柴油箱设计容量600公斤，设油箱加油孔一只(做防雨设计)。应考虑添加方便、清洗快捷、不易锈蚀等特点。
贮水箱设计容量350公斤，与管理间共用一个水箱。
箱体保温材料采用聚氨酯工厂发泡，厚度由设计计算确定。所有门窗均设保温层，锁件应安全可靠、耐用、易操作；箱体与车架(平板)走行部分的隔震设计(鱼类对震动较为敏感，特别是石首科鱼类)。
设备间与鱼箱、冷风机定置区隔墙保温、隔音处理。设备间四壁作消声处理。