冷藏車保溫技術和制冷方式大盤點

河南松川專用汽車有限公司 王世敏

冷藏車作為對需保鮮的易腐食品或藥品低溫運輸的最主要運載工具，在提升人民生活質量方面起著不可替代的重要作用。本文針對冷藏車廂體的保溫技術和制冷技術兩大核心要素進行介紹，分析了不同隔熱材料、廂體加工方式及制冷方式的優(yōu)缺點，探討了冷藏車未來的發(fā)展趨勢。

冷藏車(refrigerated van)是指裝備有隔熱結構的車廂和制冷裝置，用于冷藏運輸的廂式專用運輸汽車。目前，冷藏保溫汽車是公路冷藏運輸最主要的運載工具，主要由汽車底盤和車載冷藏廂組成。其中，車載冷藏廂又由隔熱廂體和制冷裝置組成。冷藏車作為冷鏈物流運輸的關鍵設備，對提高人民生活水平，確保易腐食品或藥品在低溫環(huán)境下運輸起著不可替代的作用。其中，隔熱廂體和制冷機組是冷藏車實現冷藏保鮮運輸功能的重要因素。近些年來，隨著制冷與保溫技術的發(fā)展，國內冷藏汽車的相關技術也有著突飛猛進的進步，尤其是冷藏車的保溫技術和制冷技術有著較大提升。

本文主要針對近年來新發(fā)展、新采用的冷藏車保溫技術和制冷技術進行梳理和探討，并對兩大核心技術的發(fā)展趨勢進行分析。

圖1 帶單側門的保溫車

圖2 冷藏車制冷機組（外機）

冷藏車保溫技術

冷藏車作為冷鏈物流中的重要運載設備，其保溫性能至關重要，保溫性能是否良好完全取決于廂板中使用的隔熱材料、熱橋和廂板加工工藝三個方面。

1 隔熱材料

當前，市面上廣泛使用的保溫材料主要有：發(fā)泡性聚苯乙烯(Expandable Poly Styrene, EPS)、聚氨酯硬質泡沫塑料（PU）和擠塑聚苯乙烯保溫板（XPS）三種。

EPS是一種是高分子“聚合物共混物”，具有成型快、色澤豐富、耐酸，且機械性能優(yōu)異的特點，得到廣泛應用。EPS泡沫是微孔性、蜂窩狀的泡沫材料，其特殊的物理結構使得其能夠在板材內部儲藏大量的空氣，且密封于材料內部，因此ESP板材具有隔熱、隔音等功能，被廣泛地使用在大中型冷凍保鮮儲存?zhèn)}庫、建筑內外墻保溫、冷藏車廂保溫等領域。

聚氨酯硬質泡沫塑料（PU）是一種主鏈中含有氨基甲酸酯特征單元的一類高分子材料。具有隔熱性能好、強度可靠，而且有隔音、耐腐蝕等性能，可以通過注入式發(fā)泡的方式制作冷藏車保溫廂體。另外，聚氨酯采用硬泡方式和玻璃鋼、玻璃纖維氈、樹脂膠黏劑等經壓力機熱壓成型為聚氨酯硬泡復合板材（俗稱“三明治”復合廂板），具有良好的綜合性能和超低的熱導率（其導熱系數僅為0.018-0.024W/m.k，25℃），軟化系數在250℃以上，在國內外冷藏車領域被大量應用[6]。

XPS作為一種新型隔熱材料，不僅保溫隔熱性能好、自重輕、承載能力強，還具有壽命長、抗潮能力強、還具有優(yōu)越阻燃性等優(yōu)點，在潮濕的環(huán)境情況下仍然保持較好的隔熱性能。

在以上三種保溫材料中，XPS材料導熱系數較低，密度適中，與PU相比其在超低溫情況下保溫性能優(yōu)越，且每立方米價格較低，在國外已經被廣泛應用于冷藏車領域，在國內也是未來冷藏車保溫材料領域的發(fā)展方向。

2 熱橋

熱橋也稱冷橋，是保溫層中的導熱系數較高的部件，如鋼板加強筋、鋼板埋件、金屬門框等部件。因這些部件傳熱能力較強，造成局部的廂體熱量傳遞較快，就像一個熱量傳遞橋一樣，故稱為熱橋。熱橋影響隔熱廂體的保溫效果，是冷藏車廂體設計中必須考慮的因素之一。

在冷藏車廂體中，熱橋面積雖然不大，僅占隔熱廂體總面積的2%～5%，但對保溫性能的影響卻較大，可達到10%～25%。所以，冷藏車廂體設計時需要考慮在廂體內外蒙皮之間增設低導熱系數的材料阻斷熱傳導，冷藏行業(yè)稱其為斷熱橋技術。目前，常用的斷熱橋技術有以下三種：1）分片拼裝式保溫廂體斷熱橋，采用金屬加強筋與蒙皮連接，而在兩金屬加強筋之間用輔助骨架相連；2）整體骨架式隔熱廂體斷熱橋，采用主加強筋與外蒙皮連接，副加強筋與內蒙皮相連接；3）復合板保溫廂體斷熱橋，其主、輔加強筋分別與內、外蒙皮相連接，連接的方式采用聚氨酯樹脂膠粘接。

圖3 “三明治”復合廂板熱壓成型工藝流程圖

圖4 冷藏半掛車

3 廂體加工工藝

除隔熱材料外，隔熱廂體的加工制造工藝也是廂體保溫性能的決定因素之一。一般情況下，隔熱廂體采用螺栓緊固在冷藏車的底盤上，部分冷藏保溫車也有采用車廂與駕駛室為整體的客廂車形式，隔熱廂體全封閉狀態(tài)。冷藏保溫車廂體的結構形式可以分為：整體發(fā)泡廂板和拼裝拼接廂板兩大類，而整體發(fā)泡廂板又可以分為整體骨架式和整體隔熱層式；拼裝拼接廂板可以分為分片注入發(fā)泡形式和“三明治”復合廂板結構形式。

其中“三明治”復合廂板由內外蒙皮、隔熱材料等復合而成。內蒙皮多采用高強玻璃鋼板，可以依據客戶要求采用：防銹薄鋼板、覆塑鋼板、鋁合金板、鋼面膠合板、覆鋁塑料板、不銹鋼板等。為防止貨物運輸中撞壞內蒙皮，部分廂體內側加裝壓花鋁板增加廂體強度。外蒙皮多為平板形，也有部分車型左右側板及前板采用波紋形、瓦楞形或半圓條形的結構，以提高廂板的強度和剛度，同時增加了廂體外表面的美觀度。

“三明治”復合廂板采用聚氨酯板塊粘接結構，具有結構合理，自身質量輕，斷熱橋設計十分合理，廂體的熱工性能和氣密性優(yōu)越等特性，能夠有效減少空穴、燒心等缺陷，但是廂體強度不夠高，需要進一步改進。目前國內知名企業(yè)多采用“三明治”復合廂板熱壓成型工藝技術。

冷藏車制冷技術

當前，針對冷藏車的制冷技術主要有水冰及鹽冰冷藏、干冰冷藏、冷板制冷、機械制冷、液氮制冷、LNG冷回收技術等方式。其中水冰及鹽冰冷藏方式，由于單位熱容量較低，降溫能力有限，且鹽冰融化后會污染物品、腐蝕車廂，使貨物受潮，因此，此方式主要用于魚蝦等水產品的冷藏運輸，應用范圍比較狹窄；干冰冷藏方式雖使用方便、貨物不會受潮或污染，但由于干冰成本較高，實際應用也較少。下面主要針對蓄冷板制冷、機械制冷、半導體制冷、液氮制冷、LNG冷回收技術進行探討分析。

圖5 專用冷藏車

1 相變蓄能冷藏

相變蓄能冷藏是運輸前預先將廂內相變蓄能冷板中的蓄冷劑經冷凍凍結形成共晶溶液，然后在運輸途中利用其中的蓄冷劑融化吸熱，使廂內溫度保持在運輸貨物適宜的溫度范圍內，故相變蓄能冷板又稱“蓄冷板”。

相變蓄能冷藏車是在廂體內部安裝蓄冷板，蓄冷板中裝有蓄冷液，蓄冷液凍結后形成共晶溶液。憑借共晶溶液的吸熱融解，吸收廂體內貨物的熱量，從而實現冷藏降溫作用。蓄冷板一般采用鋁合金做成5～10cm厚的中空殼體，內裝蓄冷液。蓄冷板預冷時需要通過制冷機完成。由于蓄冷板制冷裝置由于本身較重、體積較大，占據了車廂的一定容積，而且蓄冷板充冷一次僅可持續(xù)工作4～8h。因此，相變蓄能冷藏僅適于輕型冷藏汽車的中、短途運輸。

近幾年來，由于環(huán)境污染問題日益突出，環(huán)境保護力度加大，蓄冷板冷藏技術發(fā)展較快，已成為僅次于機械式制冷的一種環(huán)保的冷藏方式。蓄冷凍板冷藏車具有耗能少、冷藏成本低、冷藏效果較好等優(yōu)點。但是，由于其額外需要專用的充冷設施為其提供冷源，使用范圍受到局限。

2 機械式制冷

機械式制冷是由壓縮機驅動，制冷劑在制冷系統(tǒng)內不斷循環(huán)工作，通過吸熱和放熱，實現制冷功能。機械式制冷分獨立式機組和非獨立式機組，獨立式機組冷藏保溫車備有專用的柴（汽）油發(fā)動機或電動機，驅動制冷機組工作。制冷劑在封閉的系統(tǒng)內，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中汽化吸熱（制冷），在冷凝器中釋放出熱量并重新冷凝成液態(tài)（放熱），在壓縮機的驅動下，制冷劑不斷地循環(huán)工作。

機械式制冷方式是目前應用范圍最廣的一種制冷形式，該制冷方式配有自動溫度控制裝置，可以根據貨物特性設置廂體內的控制溫度，溫度控制精準，可設置多個溫度值，常用于中重型運輸車的長距離運輸。目前，機械制冷是國內冷藏車采用的主流制冷技術。但機械式制冷機組工作時，需要消耗燃油或電力，不可避免的尾氣排放會產生溫室效應，不利于節(jié)能減排。機械式制冷冷藏保溫車因其制冷系統(tǒng)結構復雜、耗能較高，造成一次投入較大，冷藏運輸成本較高、運價較貴，切不利于環(huán)保，在一定程度上限制了機械制冷機的發(fā)展。

3 半導體制冷

半導體式制冷技術，它是一種產生負熱阻的制冷技術，其具有：沒有滑動部件，可靠性高，無制冷劑，不產生環(huán)境污染等優(yōu)點。半導體式制冷技術利用非同種半導體材料的Pettier效應，當直流電通過非同種半導體材料組成的電偶時，在電偶兩端分別吸收熱量和放出熱量，從而實現制冷的功能。

半導體式制冷技術具有制冷快、無復雜的機械結構和機械運動、無機械式制冷的壓縮機和制冷劑等優(yōu)點，應是未來冷藏車制冷技術使用的方向之一。

4 液氮制冷

液氮制冷就是將液氮從貯罐中通過噴淋裝置噴射到冷藏空間內或被冷凍的物品上，液氮在常溫常壓下汽化吸熱，實現液氮的制冷功能。在標準大氣壓力下，液氮的沸點為-196℃，汽化潛熱為200kJ/kg。氮氣的比熱為1.05kJ/（Kg℃），因此每千克液氮汽化吸熱、升溫至-20℃時，要吸收約385kJ的熱量；液氮沸點低，且是制氧的副產品，有成熟的獲取方法。

液氮制冷實現方法較為簡單、工作原理較為可靠，具有無噪聲，無污染等優(yōu)點；且液氮制冷量大、制冷迅速快，適于速凍。液氮汽化不產生水分，不會使廂內受潮，并且氮氣對食品保鮮、防止干燥均有好處。但是，由于液氮制冷成本較高，需要反復充注，因此液氮制冷技術的應用推廣受到一定的限制。

5 LNG冷回收

LNG冷藏汽車是以LNG為動力燃料，附帶利用LNG汽化過程中所吸收熱量制冷的冷藏車。LNG一般儲存在111K左右的低溫儲罐中，密度為420kg/m3，是標準大氣壓下天然氣體積的1/620。將LNG作為汽車燃料，具有能量存儲密度大、汽車負載輕、燃燒熱值高、連續(xù)行駛里程長、安全性能高等特點，已成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色燃料。LNG在汽化的過程中會吸收大量的熱量，其制冷量在856～867kJ/kg之間，將該冷量回收用于冷藏，不僅減少了能源消耗，而且制冷過程中沒有廢熱排放，有利于降低溫室效應，與機械式制冷的冷藏車相比更加“環(huán)?！薄?/p>

這種冷藏車把LNG儲罐配置在汽車的底部，這樣既節(jié)省了汽車前部的空間，又避免了太陽的直接輻射。這種冷藏車應用來自LNG汽化復溫過程中產生的冷量制冷，該種制冷方式不僅減少了機械制冷設備的安裝，同時避免了機械制冷的噪聲污染。

相對于機械式制冷的冷藏車，LNG冷藏車在簡化系統(tǒng)結構的同時，也降低了投資和運行成本。與液氮制冷的冷藏車相比，雖然制冷原理類似之處，由于LNG本是冷藏車的燃料，無須單獨安裝相變蓄能制冷裝置，使制冷系統(tǒng)結構得以簡化。LNG冷回收的制冷方式以節(jié)能環(huán)保、成本低廉等優(yōu)點，成為未來冷藏車制冷技術的發(fā)展方向。

結 論

本文對冷藏車兩項核心因素——保溫技術和制冷技術進行了梳理，對隔熱材料、熱橋、加工工藝和不同的制冷方式的優(yōu)缺點進行了介紹和分析，并對冷藏車未來的發(fā)展趨勢進行了總結。聚氨酯硬質發(fā)泡材料目前仍是冷藏車廂體最為廣泛采用的隔熱保溫材料，但XPS作為一種新型隔熱材料，是冷藏車保溫材料未來的發(fā)展方向；“三明治”復合廂板熱壓成型技術，因其結構合理，綜合導熱系數低，機械強度有保證等優(yōu)點，預計在未來10年內，仍是國內主要冷藏車廠采用的主流廂板成型技術；冷板制冷和機械制冷是當前冷藏車制冷的主要方式，但隨著節(jié)能環(huán)保和新技術的發(fā)展，LNG冷回收制冷及其它新冷制方式會成為冷藏車制冷技術發(fā)展的新方向。