冷藏運輸車制冷(制熱)機組性能測試試驗裝置的研究

柴增輝，陳 熙，陸婷婷，劉宇軒

(合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230088)

近年來，我國冷鏈物流行業(yè)取得了蓬勃的發(fā)展。隨著人們物質需求不斷的提高，冷藏運輸的易腐貨物不再局限于冷凍食品(冷凍肉類、水產品)，新鮮水果、蔬菜，乳制品、糕點、保健食品等也占有相當大的比例。運輸對象的不同導致冷藏運輸車功能的不同，冬季，尤其在東北等嚴寒地區(qū)，新鮮水果、蔬菜、乳制品、糕點運輸過程中，不是冷凍保鮮而是防止貨物凍結，制冷制熱雙溫機組應運而生。目前，現有的性能試驗裝置主要集中測試冷凍機的制冷能力，而忽略了對機組制熱性能的測試。為滿足機組廠家需求，開發(fā)了本套兼具制冷、制熱性能測試的試驗裝置。

1 試驗裝置設計

1.1 試驗裝置設計依據

冷藏運輸車制冷(制熱)機組性能測試參考的標準主要有三個：一是AHRI 1110-2013 《Performance Rating of Mechanical Transport Refrigeration Units》，二是JIS B 8614-2007《輸送用機械式冷凍ユニット-冷凍能力試験方法》，三是GB/T 21145-2007《運輸用制冷機組》，三個標準均對制冷機組的制冷性能測試規(guī)定了工況要求，如表1所示。標準未對機組制熱性能測試試驗工況及試驗方法進行規(guī)定，在試驗裝置設計階段，根據機組廠家需求，對標準規(guī)定的制冷試驗方法進行優(yōu)化，試驗裝置同時能夠滿足表2列出的制熱試驗工況要求。

表1 標準規(guī)定的制冷性能試驗名義工況

表2 制熱試驗工況

1.2 試驗裝置系統(tǒng)設計

試驗裝置測試系統(tǒng)主要由恒溫室、標定室、標定室內平衡組件三部分組成，如圖1所示。

圖1 試驗裝置系統(tǒng)結構圖

恒溫室由150cm厚聚氨酯庫板搭建而成，配置空氣處理系統(tǒng)對室溫進行調節(jié)，可實現-30～50℃調節(jié)控制。標定室參照冷藏箱尺寸，由150cm厚聚氨酯板拼接，被試機安裝口處預埋槽鋼加固，保證被試機安裝強度。被試機平衡組件系統(tǒng)風機盤管組件、電加熱、循環(huán)風機等均可拆卸及更換，根據試驗類型選擇試驗設備，機組制冷性能試驗時，拆除風機盤管組件，保留電加熱及循環(huán)風機，依據電加熱及循環(huán)風機輸入功率計算被試機組制冷量；機組制熱性能試驗時，更換風機盤管組件，依據風機盤管輸入冷量及風機輸入功率計算被試機組制熱量。

1.3 試驗裝置測控系統(tǒng)設計

1.3.1 試驗裝置傳感器信息及布置

試驗裝置除布置了試驗工況監(jiān)測所必須的流量、溫度、功率測點外，同時布置了用以監(jiān)測機組使用側進出風溫度、熱源側進出風溫度、機組排煙溫度、機組系統(tǒng)內部冷媒壓力等所需的溫度、壓力傳感器，方便廠家了解機組運行情況，詳見表3。

標定室內、外溫度點的布置位置各標準有不同的要求，試驗裝置依據要求最為嚴格的JIS B 8614-2007《輸送用機械式冷凍ユニット-冷凍能力試験方法》的規(guī)定，溫度傳感器均采用Pt100鉑電阻，布置詳見圖2。

圖2 標定箱內溫度測點布置示意圖

圖2中測點位置的定位邊線室外以箱體外棱線為依據，室內以箱體內棱線為依據。

試驗裝置除布置了試驗工況監(jiān)測所必須的流量、溫度、功率測點外，同時布置了用以監(jiān)測機組使用側進出風溫度、熱源側進出風溫度、機組排煙溫度、機組系統(tǒng)內部冷媒壓力等所需的溫度、壓力傳感器，方便廠家了解機組運行情況。

1.3.2 電控系統(tǒng)設計

測點信息分別通過溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、密度計分別輸到數據采集器和數字調節(jié)表。數據采集器的數據通過GPIB接口傳入計算機，計算機軟件對這些測點信息進行記錄，判斷工況是否符合設定工況，并進行機組制熱量或制冷量的計算。

數字調節(jié)表輸出RS485信號，通過RS485to RS232轉換器轉換為RS232信號，與計算機進行通信，通過計算機軟件可以查看數字調節(jié)表信息，并控制數字調節(jié)表[4]。計算機通過RS232信號與PLC通信，控制相應的電加熱調功器、水泵變頻器、三通調節(jié)閥等設備的開關，同時通過數字調節(jié)表控制它們的輸出百分比。

圖3 試驗裝置電氣控制流程圖

2 試驗裝置的應用

2.1 漏熱系數標定試驗

設定標定室內溫度為49℃，室外溫度為4℃(注：GB/T 21145-2007《運輸用制冷機組》要求標定室內外溫差不得低于20℃)。工況穩(wěn)定后，確保箱內12點溫度，箱外12點溫度值偏差均在±2℃范圍內，調出標定室內電加熱、循環(huán)風機輸入功率曲線，直到功率曲線趨于水平，記錄數據。

依據式(1)計算箱體漏熱系數：

(1)

式中：

Uc—漏熱系數，W/℃；

W1—電加熱平均輸入功率，W;

W2—風機功率,W;

Tci—標定室內平均溫度,℃;

Tco—標定室外平均溫度,℃;

2.2 機組制冷量性能試驗

標定室內安裝平衡電加熱及循環(huán)風機。設定試驗工況，依次開啟恒溫室空氣處理機組循環(huán)風機，電加熱，冷卻塔風機、壓縮冷凝機組冷卻水泵，壓縮冷凝機組壓縮機，標定室內循環(huán)風機，標定室內平衡電加熱等設備，待工況接近試驗目標值，開啟被試機。工況穩(wěn)定，確保標定室內外溫度測試值滿足標準偏差要求，觀察標定室內電加熱及循環(huán)風機輸入功率曲線，直到曲線趨于直線，開始記錄數據。

表3 試驗裝置測點信息

依據式(2)計算機組制冷量：

Qn=W1+W2+UC(Tco-Tci)

(2)

式中：

Qn—被試機組的制冷量,W;

其它同上。

2.3 機組制熱量性能試驗

標定室內更換風機盤管組件，開啟軟件，進入制熱工況界面，溶液密度根據系統(tǒng)應用的溶液情況輸入溶液體積濃度值，設定標定室內、外溫度、恒溫水箱溫度、流量目標值，依次開啟恒溫室空氣處理機組循環(huán)風機、電加熱、冷卻塔風機、壓縮冷凝機組冷卻水泵、壓縮冷凝機組壓縮機，標定室內循環(huán)風機，冷媒水泵，待標定室內外溫度接近設定值后，開啟被試機組。室內外溫度達到工況要求，調出風機盤管機組換熱量曲線，待曲線趨于水平，可確定標定室箱體熱流趨于穩(wěn)定，開始記錄數據，依據式(3)計算機組制熱量：

Qnh=Ws′-W2+UC(Tci-Tco)

(3)

式中：

Qnh—被試機組的制熱量,W;

Ws′ —風機盤管溶液側換熱量，W；依據式(4)計算得出：

(4)

式中：

L—溶液體積流量,m3/h;

to—溶液出口溫度,℃；

ti—溶液進口溫度，℃；

ρ—溶液密度，kg/m3；

C—溶液比熱,J/kg·℃，依據體積濃度、進、出口溫度計算值。

3 結論

本文論述的冷藏運輸車制冷(制熱)機組性能試驗裝置已在廠家投入使用。測試結果表明，本試驗裝置滿足標準規(guī)定要求，尤其對機組制熱量性能測試是對單一檢測制冷性能試驗裝置的一個重要補充，試驗裝置能夠對試驗過程的測點信息進行監(jiān)測、記錄，測試結果準確。

參考文獻：

[1]AHRI1110-2013PerformanceRatingofMechanicalTransportRefrigerationUnits[S].

[2]JISB8614-2007輸送用機械式冷凍ユニット-冷凍能力試験方法[S].

[3]GB/T21145-2007運輸用制冷機組[S].北京：中國標準出版社，2008．

[4]王雷等，制冷空調產品性能測試軟件的研究[J].制冷與空調，2007,7(3)：40-43.