高真空多層絕熱鮮奶運輸車的設計與試驗

王華棟，蔣嫻文，廉蓉，姜偉，史澄輝（.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 7000；.陜西國德電氣制造有限公司，陜西 西安 70075；.陜西汽車集團有限公司，陜西 西安 7000；.西安德森新能源裝備有限公司，陜西 西安 700）

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高真空多層絕熱鮮奶運輸車的設計與試驗

王華棟1，蔣嫻文2，廉蓉1，姜偉3，史澄輝4
（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西國德電氣制造有限公司，陜西 西安 710075；3.陜西汽車集團有限公司，陜西 西安 710020；4.西安德森新能源裝備有限公司，陜西 西安 710043）

為了解決鮮奶在長途運輸中易變質及卸料殘余率高導致的鮮奶二次灌裝污染問題，文章提出了一種真空多層保溫罐體結構的鮮奶運輸車，來保證鮮奶在運輸過程中的溫度恒定（48小時溫升不超過1℃）；獨特的罐體內部結構，保證了卸料殘余率在萬分之三。罐體主要由內筒體、外筒體、保溫層、支撐裝置等組成。整車性能試驗結果表明：在環(huán)境溫度（30±2）℃下，物料初始溫度為4.5℃時，48小時后，物料溫度上升為0.5℃；罐體灌裝20方水，罐體殘余物料3.8L。

保溫；鮮奶運輸車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.033

CLC NO.: U469.6Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)08-107-04

前言

鮮奶在牧場經(jīng)過預冷（4℃以下），灌裝至鮮奶運輸車，在 4℃以下鮮奶中的大多數(shù)微生物停止活動，故能較好保持鮮奶的品質。為了解決運輸途中鮮奶的溫升導致的鮮奶變質腐敗及卸料后殘余奶液導致的罐體污染，特開發(fā)了一款高真空多層絕熱鮮奶運輸車，保證了鮮奶在運輸過程中的品質。

1、鮮奶運輸車的總體設計

1.1總體布局

鮮奶運輸車是在普通載貨車底盤的基礎上，加裝高真空多層絕熱鮮奶儲罐的專用車輛。其鮮奶運輸儲罐是由一個碳鋼真空外罐和一個與其同心的奧氏體不銹鋼制內罐組成，內外罐之間為真空層，并在內罐上纏繞多層絕熱反射材料抽至高真空。主要由內筒體、外筒體、絕熱反射層、支撐裝置、人孔等組成。罐體通過副車架總成、U型螺栓、連接支架及止推板與車輛底盤固定。此外，整車加裝過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鮮奶運輸全過程的管控。如圖1。

1.2罐體保溫及內部結構形式

本鮮奶運輸車罐體的保溫形式采用了多層纏繞抽高真空保溫。罐體夾層通過專用設備抽至高真空，達3×10-1Pa，有效的減少了對流換熱；內罐體外表面纏繞0.02mm金屬鋁箔+0.015mm玻纖紙8層，減少熱輻射對罐內鮮奶的溫度影響。此外，內罐體所纏絕熱紙及鋼板的放氣會導致真空度的下降，故針對此設計安置了氧化鈀及分子篩，有效保證了罐體真空度的維持時間。

罐體內部設計獨特的防浪板結構，如圖2，采用“封頭背靠背”型全闊角防波板，兩面翻邊均為 R30大圓弧過度，焊縫均做拋光處理，罐內全部為光滑圓角過渡，保證清洗無死角無殘留的同時，保證了較高的物料卸放率。

2、鮮奶運輸車罐體的保溫能力

2.1罐體保溫能力計算

牛奶儲罐的總漏熱量包括三部分：（1）多層絕熱體漏熱；（2）接管漏熱：（3）支承結構漏熱3部分。

設計要求：20方牛奶48小時內溫度升高不超過1℃（設計溫度0.7℃）。

即總漏熱量不得高于208W，計算如下：

夾層真空度不低于3×10-1Pa

（1）支撐結構漏熱Q支撐

內外膽間的支承結構采用玻璃鋼支承元件，上下各4個支承機構，下支撐為空心，玻璃鋼圓環(huán)外直徑D1=200mm，內直徑D2=100mm；上支撐為實心，外直徑D3=100mm；內筒筒體長7540mm，筒壁厚4+6=10mm。

玻璃鋼的導熱系數(shù)為：λ=0.28W/m·k

玻璃鋼支撐構件熱傳導長度：

上支撐的截面積：

下支撐的截面積：

內膽中牛奶的溫度：4℃

外界大氣溫度（苛刻條件）：40℃

根據(jù)圓筒壁熱傳導方程求單個上支承漏熱量為：

上支承構件的漏熱總量：

單個下支承漏熱量為：

下支承構件的漏熱總量：

支承漏熱總量為：

（2）接管漏熱Q接管總

筒體共計12跟接管

（3）多層絕熱體漏熱Q絕熱體

按照設計要求，總漏熱量不得高于208W，即Q絕熱體不得高于：

（4）絕熱層厚度的計算δ

絕熱材料采用0.01mm噴鋁滌綸薄膜和0.05mm植物纖維紙，其導熱系數(shù)為1.85×10-4

3、樣車性能試驗

根據(jù)本文的設計方案與參數(shù)，制造了一臺高真空多層鮮奶運輸車。汽車底盤采用了陜汽SX1256GH509新M3000輕量化底盤，軸距1800+5000。鮮奶儲罐有效容積15.2立方。整車由西安德森新能源裝備有限公司負責試制完成。

3.1試驗設置

3.1.1保溫性能試驗

（1）試驗原理

通過測定試驗介質在規(guī)定條件下的溫度變化值，分別計算ΔT1、ΔT2。

（2）測量儀器

a.用于測量試驗介質的溫度計，最小刻度為0.2℃；

b.用于測量環(huán)境的溫度計，最小刻度為1℃；

c.微風儀，精度為5%。

（3）試驗條件（見表1）

表1　

（4）試驗程序

a.按奶艙的額定容量將試驗介質注入奶艙，然后再每個奶艙內各測量點，測溫點沿入孔圓周均布，最高點距液面下40±10㎜，最低點距艙底40±10㎜，其余各點在這兩點之間均布；

b.試驗車與實驗室適當位置，然后再試驗車的上部、左、右、前、后各方等距設置若干個測溫點，各測溫點均應距奶罐外廓 100±10㎜，并應位于罐體的水平中心面和鉛垂中心面上；

c.加入并水或熱水，調整試驗介質溫度；引入熱源或冷源，控制實驗室室溫，使之符合表3的規(guī)定后，立即關閉入孔蓋；

d.試驗時間為12h,測量介質和實驗室溫度次數(shù)為7次，間隔測定時間為2h。

（5）試驗結果的計算

將試驗介質的初始溫度和終止溫度代入（1）式計算：

式中：ΔT——保溫性能，計算溫升時用ΔT1，溫降時ΔT2，℃/h；

24——試驗時間，h。

（6）試驗結果

各倉溫度，見表2：

表2　

以第三倉作為觀察對象，見表3：

表3　

從保溫性能試驗結果可以看出，其保溫性能為48h溫差在0.5℃左右，保溫性能完全滿足QC/T23-2014標準要求，同時也滿足設計標定（溫度48h≤1℃），滿足設計需求；

3.1.1殘存量試驗

（1）試驗原理

以清水為試驗介質，通過測定注入和排出的試驗介質的容量之差，確定整車殘存量。

（2）試驗儀器

若干個有刻度的量桶。

（3）試驗場地

試驗場地應為平坦堅實的地面。

（4）試驗程序

a.試驗車應處于整備質量狀態(tài)，輪胎氣壓應符合底盤的規(guī)定；

b.試驗車停放于試驗場地，開啟閥門，排盡積水，然后關閉各閥門；

c.用量筒往各個奶艙內注入40L清水；

d.開啟各閥門，讓清水經(jīng)主出口閥門自流入量桶內，當總出口閥門處清水呈滴狀流出5min后，結束試驗。

（5）試驗結果的計算

將測得的清水總容量代入（2）式計算：

式中：γ——殘存量，L；

40——注入每艙的清水，L；

n——奶艙數(shù)，個；

γ——流出的清水總容量，L

試驗結果

表4　

由試驗數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品的卸料剩余量為2.45L，剩余率為0.012%。

4、結語

本文在前期研究的基礎上設計了高真空多層絕熱鮮奶運輸車，并進行了相關性能試驗，實現(xiàn)了罐體內溫度的恒定保持及罐體的高卸料率，有效的保持了鮮奶在運輸過程中的品質并減少了二次灌裝的奶源污染。其總體設計及布置，為同類運輸車產(chǎn)品的設計提供參考。

[1]陳寶琳,袁永俊.真空多層絕熱式啤酒貯罐保溫性能的分析計算[J].農業(yè)工程學報，1998,19(3)：90-92.

[2]方士賓,杜秋平,嚴紹文.圓柱形儲罐合理選擇保溫層厚度的探討[J].節(jié)能，2004(10)：16-18.

The design and test of milk truck with High-vacuum multilayer insulation tank

Wang Huadong1,Jiang Xianwen2,Lian Rong1,Jiang Wei3,Shi Chenghui4
(1.Shaanxi Heavy-Duty Truck Co.,Ltd.,Shaanxi Xi'an 710200; 2.Shaanxi Guode Electric Co.,Ltd.,Shaanxi Xi'an 710075; 3.Shaanxi Automobile Group Co.,Ltd.Shaanxi Xi'an 710200; 4.Xi'an Desen New Energy Equipment Co.,Ltd.Shaanxi Xi'an 710043)

In order to solve the problem that milk is perishable in the long-distance transport,and the re-filling milk is polluted caused by the high unloading residual rate，this paper presents a milk truck with multilayer insulation vacuum tank，to keep milk in constant temperature in transit（temperature rise no more than 1℃ in 48 hours）; the unique inner structure of the tank ensure the unloading residual rate in three ten thousandths.The tank body is mainly composed of inner cylinder，outer cylinder,heat insulating layer and supporting device.Vehicle performance test results show that: in the ambient temperature of 32±2℃， the material temperature rises from 4.5℃ of the initial temperature to 0.5℃ after 48 hours,and it's residual material of 3.8L in situation of filling 20m3 water in tank.

insulation; milk truck

U469.6

A

1671-7988（2016）08-107-04

王華棟（1977-），男，2001年畢業(yè)于長安大學汽車學院車輛工程專業(yè)，工程師。就職于陜西重型汽車有限公司，長期天然氣整車產(chǎn)品、天然氣燃料供給系統(tǒng)、車用LNG氣瓶等開發(fā)工作。