零碳冷藏集装箱制冷机组及制冷方法与流程

1.本发明涉及冷链技术领域，具体而言，涉及一种零碳冷藏集装箱制冷机组及制冷方法。


背景技术：

2.冷冻冷藏集装箱是现代冷链物流运输中关键的零部件之一，但在运输的过程中，需要保持集装箱的制冷能力，现在物流运输是海陆空联运，要随时给冷冻集装箱提供电源，陆地长途运输时，需要配柴油发电机；海上运输时需要配电源，就是在码头转运停放也要配电源，空运时就更麻烦了，配柴油发电机组，不仅成本高，还污染环境，按照现行的法规，很多地方都是不允许的，所以冷链冷藏冷冻集装箱比普通集装箱运输成本高，麻烦事情多，严重限制了冷冻冷藏集装箱的发展。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在问题中的一个或多个，根据本发明的一个方面，提供一种零碳冷藏集装箱制冷机组，包括能量采集系统、冷凝-蒸发器、冷力发电机和蓄电池组，所述冷力发电机包括变温装置和由朗肯循环组成的汽轮发电机；
4.所述能量采集系统用于采集冷藏集装箱内部的热能并供给冷凝-蒸发器；
5.所述冷凝-蒸发器中配置有系统工质，用于吸收能量采集系统的热能以及汽轮发电机产生的乏气的热能，并将产生的低温蒸汽输送至变温装置；
6.所述变温装置用于将冷凝-蒸发器产生的低温蒸汽转换为高温蒸汽；
7.所述由朗肯循环组成的汽轮发电机用于将热能转换为电能传输给蓄电池组，同时产生的乏气经冷凝-蒸发器冷凝后形成低温液体，所述低温液体经加压后与变温装置的高温蒸汽进行热交换后形成高温高压蒸汽,驱动汽轮发电机进行热能电能转换；
8.所述蓄电池组用于向能量采集系统和变温装置提供电能。
9.可选地，还包括多余能量转移系统，用于将多余热能转移到冷藏集装箱外。
10.可选地，所述多余能量转移系统包括安装在冷藏集装箱外的冷却热交换器和冷却风扇。
11.可选地，所述能量采集系统包括安装在冷藏集装箱内部的第一热交换器和循环风扇，所述第一热交换器与冷凝-蒸发器连通，所述循环风扇用于将冷藏集装箱内部的气体吸入第一热交换器，第一热交换器将所述气体冷却后排出到冷藏集装箱内，所述气体冷却释放的热量传输到冷凝-蒸发器。
12.可选地，还包括液体加压泵，所述液体加压泵的低压进口端和冷凝-蒸发器连通，所述液体加压泵的高压出口端和变温装置连通，所述液体加压泵抽吸冷凝-蒸发器中的低温液体，将所述低温液体转变为高压液体，传输给变温装置。
13.可选地，还包括控制器，所述控制器串联在汽轮发电机和蓄电池组之间，用于控制汽轮发电机输出的电能的大小和交直流转换。
14.可选地，还包括调速器，串联在蓄电池组和变温装置之间，调节蓄电池组向变温装置输出电能的大小从而控制冷藏集装箱内部的温度。
15.可选地，所述变温装置包括热交换器机构和鼓风机，所述热交换机构具有低压回路和高压回路，所述鼓风机的进口端与所述热交换机构的低压回路连通，所述鼓风机的出口端与所述热交换机构的高压回路连通。
16.可选地，所述热交换机构包括第二热交换器、回热换热器和第三热交换器，所述回热换热器、第三热交换器和鼓风机依次串联，所述第二热交换器与第三热交换器并联。
17.可选地，所述变温装置还包括温度调节阀，温度调节阀被配置于变温装置的高压回路中，用于控制鼓风机输出的高温高压蒸汽在第二热交换器和第三热交换器之间的流量分配，从而控制第二热交换器输出的高温蒸汽温度范围。
18.可选地，所述热交换机构还包括第四热交换器，所述第四热交换器用于增大第三热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差。
19.可选地，所述鼓风机和/或第二热交换器和/或第三热交换器和/或第四热交换器设置有保温层。
20.根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述零碳冷藏集装箱制冷机组制冷的方法，包括：
21.通过蓄电池组启动能量采集系统和变温装置；
22.通过能量采集系统采集冷藏集装箱内部的热能并供给冷凝-蒸发器；
23.通过冷凝-蒸发器中配置的系统工质吸收能量采集系统的热能产生低温蒸汽，并将产生的低温蒸汽输送至变温装置；
24.通过变温装置将冷凝-蒸发器产生的低温蒸汽转换为高温蒸汽；
25.通过所述高温蒸汽汽轮发电机，将热能转换为电能传输给蓄电池组，产生的乏气经蒸发器冷凝后形成低温液体，释放的热能使得冷凝-蒸发器中系统工质转换为低温蒸汽，所述低温液体经加压后与变温装置的高温蒸汽进行热交换后形成高温高压蒸汽,驱动汽轮发电机将热能转换为传输给蓄电池组。
26.可选地，还包括：通过多余能量转移系统将多余热能转移到冷藏集装箱外。
27.本发明零碳冷藏集装箱制冷机组结构紧凑、能够将集装箱内部热能转变为电能、海陆空联运都不需要考虑外接电源问题、节省运输成本。
28.本发明零碳冷藏集装箱制冷机组及制冷方法以集装箱箱内的热量作为能量来源,集装箱无论怎么保冷,外部热量都会渗透进去,新放进去的货物需要降温,这就为冷冻冷藏集装箱提供了能量来源,新放进货物时需要的制冷量大，但热量也多,平时维持制冷耗能很低,只需要把外部渗透进来的能量转变为电能维持系统运行即可,彻底免除了海陆铁空联运时外部需要不断提供电源的困难。
29.对零碳冷藏集装箱制冷机组，集装箱无论在运输或停放过程中都能源源不断充电，所以零碳冷藏集装箱制冷机组配置的蓄电池组的容量很小只需要两个千瓦时就可以满足要求,使成本大幅度降低。
30.零碳冷藏集装箱制冷机组由于具有自保持功能,可以实现从生产端到消费端的全程不开箱,也可作为临时中转冻库使用,对确保所运货物的品质非常重要。
31.无论海陆空联运，不需要额外增设电源，即可确保冷冻集装箱内都能保持长期连
续工作，同时能够确保冷冻集装箱内温度能够精确达到设定温度、湿度；同时无需考虑能源成本，在短途运输中，可以将本冷冻集装箱做冷库使用，无需转进库转存，降低了成本。
附图说明
32.图1是本发明所述零碳冷藏集装箱制冷机组一个实施例的示意图；
33.图标：1-冷凝-蒸发器，2-变温装置，3-第二热交换器,4-回热热交换器,5-高压回路，6-低压回路，7-第三热交换器，7a-第四热交换器,8-鼓风机,9-温度调节阀，10-液体加压泵,11-汽轮发电机,12-控制器，13-蓄电池组，14-调速器，15-冷却风扇，16-冷却热交换器，17-循环风扇,18-第一热交换器。
具体实施方式
34.术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.图1是本发明所述零碳冷藏集装箱制冷机组一个实施例的示意图，如图1所示，所述零碳冷藏集装箱制冷机组包括能量采集系统、冷凝-蒸发器1、冷力发电机和蓄电池组13，所述冷力发电机包括变温装置2和由朗肯循环组成的汽轮发电机；
37.所述能量采集系统用于采集冷藏集装箱内部的热能并供给冷凝-蒸发器；
38.所述冷凝-蒸发器中配置有系统工质，用于吸收能量采集系统的热能以及汽轮发电机产生的乏气的热能，并将产生的低温蒸汽输送至变温装置；
39.所述变温装置用于将冷凝-蒸发器产生的低温蒸汽转换为高温蒸汽；
40.所述由朗肯循环组成的汽轮发电机用于将热能转换为电能传输给蓄电池组，同时产生的乏气经冷凝-蒸发器冷凝后形成低温液体，所述低温液体经加压后与变温装置的高温蒸汽进行热交换后形成高温高压蒸汽,驱动汽轮发电机进行热能电能转换；
41.所述蓄电池组用于向能量采集系统和变温装置提供电能。
42.在一个实施例中，如图1所示，所述能量采集系统包括安装在冷藏集装箱内部的第一热交换器18和循环风扇17，所述第一热交换器与冷凝-蒸发器连通，所述循环风扇用于将冷藏集装箱内部的气体吸入第一热交换器，第一热交换器将所述气体冷却后排出到冷藏集装箱内，所述气体冷却释放的热量传输到冷凝-蒸发器。
43.在一个实施例中，如图1所示，所述变温装置包括热交换器机构和鼓风机8，所述热交换机构具有低压回路6和高压回路5，所述鼓风机的进口端与所述热交换机构的低压回路6连通，所述鼓风机的出口端与所述热交换机构的高压回路5连通。在鼓风机的抽压作用下，低温蒸汽进入热交换机构的低压回路，通过鼓风机加压升温后返回到热交换机构的高压回路，热交换机构的高压回路和低压回路出现温差，高压回路对低压回路进行加热，实现低压回路增焓，高压回路降焓。
44.在一个实施例中，所述热交换机构包括第二热交换器3、回热换热器4和第三热交
换器7，所述回热换热器、第三热交换器和鼓风机依次串联，所述第二热交换器与第三热交换器并联。
45.优选地，所述变温装置还包括温度调节阀9，温度调节阀被配置于变温装置的高压回路中，用于控制鼓风机输出的高温高压蒸汽在第二热交换器和第三热交换器之间的流量分配，从而控制第二热交换器输出的高温蒸汽温度范围。
46.在一个实施例中，所述热交换机构还包括第四热交换器7a，所述第四热交换器用于增大第三热交换器高温端的高压回路和低压回路的温差。
47.优选地，所述鼓风机和/或第二热交换器和/或第三热交换器和/或第四热交换器设置有保温层。
48.除了变温装置外，其他与环境温度相差较大的其他构件也具有保温层。
49.优选地，第三热交换器7为等焓热交换器，第四热交换器7a为温差放大热交换器。
50.在一个实施例中，零碳冷藏集装箱制冷机组还包括液体加压泵10，所述液体加压泵的低压进口端和冷凝-蒸发器连通，所述液体加压泵的高压出口端和变温装置连通，所述液体加压泵抽吸冷凝-蒸发器中的低温液体，将所述低温液体转变为高压液体，传输给变温装置。
51.在一个实施例中，零碳冷藏集装箱制冷机组还包括多余能量转移系统，用于将多余热能转移到冷藏集装箱外。
52.优选地，所述多余能量转移系统包括安装在冷藏集装箱外的冷却热交换器16和冷却风扇15。所述冷却风扇用于利用集装箱外的常温空气对冷却热交换器进行强制通风，使冷却热交换器温度下降，能量转移从而实现将集装箱内的热能转移到冷藏集装箱外。
53.在一个实施例中，零碳冷藏集装箱制冷机组还包括控制器12，所述控制器串联在汽轮发电机和蓄电池组之间，用于控制汽轮发电机输出的电能的大小和交直流转换。
54.优选地，还包括调速器14，串联在蓄电池组和变温装置之间，调节蓄电池组向变温装置输出电能的大小从而控制冷藏集装箱内部的温度。
55.本发明还提供一种利用上述零碳冷藏集装箱制冷机组制冷的方法，包括：
56.通过蓄电池组启动能量采集系统和变温装置；
57.通过能量采集系统采集冷藏集装箱内部的热能并供给冷凝-蒸发器；
58.通过冷凝-蒸发器中配置的系统工质吸收能量采集系统的热能产生低温蒸汽，并将产生的低温蒸汽输送至变温装置；
59.通过变温装置将冷凝-蒸发器产生的低温蒸汽转换为高温蒸汽；
60.通过所述高温蒸汽汽轮发电机，将热能转换为电能传输给蓄电池组，产生的乏气经蒸发器冷凝后形成低温液体，释放的热能使得冷凝-蒸发器中系统工质转换为低温蒸汽，所述低温液体经加压后与变温装置的高温蒸汽进行热交换后形成高温高压蒸汽,驱动汽轮发电机将热能转换为传输给蓄电池组。
61.可选地，还包括：通过多余能量转移系统将多余热能转移到冷藏集装箱外。
62.上述各实施例只是对零碳冷藏集装箱制冷机组的列举，但是本发明并不限于此，本发明还可以包括自动检测模块、控制模块、保护模块和监控模块中的一种或多种，例如，rmm远程监控模块始终在线,可以实现全球远程监控实时管理。rmm远程监控模块安装在零碳冷藏集装箱制冷机组内部，rmm远程监控模块可实现北斗或gps定位，可通过卫星或地面
蜂窝网络随时实时查询冷冻集装箱的具体位置,货物质量情况以及运行参数。
63.在一个实施例中，零碳冷藏集装箱制冷机组包括冷藏集装箱内由第一热交换器18和循环风扇17组成的能量采集系统、由变温装置、液体加压泵和汽轮发电机组成的冷力发电机、由冷藏集装箱外的冷却热交换器和冷却风扇组组成的多余能量转系统和蓄电池组13，其中：
64.利用变温装置的制冷功能,将冷藏集装箱中的热能回收,并将低温蒸汽提升为高温蒸汽,一部分供给冷力发电机将高温热能转变为电能,驱动变温装置2的鼓风机8,并向系统中的其他用电装置提供电能，例如冷却风扇、循环风扇、蓄电池组等；而大部分的高温蒸汽能量则通过冷却热交换器16向环境中释放掉。也就是说，变温装置能将低温蒸汽变成高温蒸汽，并提供给汽轮发电机，将外部能量转变为电能的装置；所述低温蒸汽是由循环风扇驱动的冷藏集装箱内循环空气的能量采集系统采集的冷藏集装箱内热量和汽轮发电机乏气带来的热量与冷凝-蒸发器内的液体进行热交换,液体接收能量以后蒸发而成。
65.在一个实施例中，冷却热交换器为翅片式冷却器。
66.上述零碳冷藏集装箱制冷机组的制冷的方法包括：
67.s1：启动鼓风机8和安装在集装箱内的循环风扇17使第一热交换器18开始采集热能；
68.s2：冷凝-蒸发器1中的液态工质吸收从冷藏集装箱内能量采集系统采集的热量产生低温蒸汽,然后通过变温装置变成高温蒸汽并提供给汽轮发电机的高温高压回路,作为汽轮发电机能量来源；汽轮发电机11等熵膨胀作功以后排出的乏气流过冷凝-蒸发器1时,乏气中的潜热,与冷凝-蒸发器1中的液态工质进行热交换,液态工质得到乏气中的热量从液体转变为低温蒸汽,然后同样通过变温装置变成高温蒸汽并提供给汽轮发电机的高温高压回路利用,同时汽轮机发电机的乏气从气态转变为液体送往液体加压泵10反复不断循环使用；
69.s3：在汽轮发电机11中，高温高压介质进行等熵膨胀带着汽轮发电机11旋转发出电能，并通过控制器12向蓄电池组13充电,向鼓风机8和其他用电装置提供电能,而大部分的高温蒸汽能量则通过冷却热交换器16向环境中释放掉；
70.s4：循环s1-s3，直到冷藏集装箱达到目标温度、湿度时,零碳冷藏集装箱制冷机组低速运行，维持温度湿度不变；
71.在中低温和常温以及高温范围内,为了减少热交换器的面积,往往将朗肯循环汽轮发电机系统和变温装置分别采用不同的工质,它们所用的工质是相互独立的，两者之间是通过第二热交换器相连的；
72.在一个实施例中，调节调速器14可以控制鼓风机8的转速,从而可以控制冷力发电机的输出功率；
73.汽轮发电机11采用涡旋膨胀机,等熵效率要求达到0.86以上,其转速同样根据性价比目标进行选择3000rpm-15,000rpm,对12米长的冷冻集装箱此处选择6000rpm,3kw的涡旋膨胀机；
74.变温装置的能效比能够达到1:25以上,对最大制冷功率为50千瓦的变温装置而言鼓风机8所需功率取2千瓦；
75.蓄电池组13可以选择两个千瓦时的产品。
76.在一个实施例中，零碳冷藏集装箱制冷机组制冷方法包括：
77.冷力发电机采用r32作冷媒,变温装置采用r23作介质,零碳冷藏集装箱制冷机组能自动满足赤道附近50度的高温,同时也能适应北方零下30度的低温；
78.从冷藏集装箱热负荷来源看，冷藏集装箱在运输过程中，要承受多种热负荷。从冷藏集装箱装货、运输的过程看，其热负荷应包括两大部分，即箱体内部的冷消耗和箱体与外界的热量交换。在利用冷藏集装箱进行实际运输或储存(有时冷藏集装箱被作为临时冷库)过程中，由于运输的货物、运输的初始条件不同，冷消耗的因素也不尽相同。
79.冷藏集装箱箱体内部的冷消耗包括：
80.1.箱内货物降温的冷消耗。(运输冻结货物时一般没有该冷消耗，因为货物从冷库出来时温度很低，货物本身即能成为冷源)。
81.2.降温的冷消耗。冷藏集装箱在冷却之前，与当时外界气温相同，冷却后，箱体内壁与内部温度相同，而外壁则与当时外界气温相同，箱体的平均温度为内外壁的平均值。
82.3.货物呼吸的冷消耗。一般来说，新鲜的蔬菜、水果等货物在运输过程中会放出呼吸热。
83.4.循环风机的冷消耗。蒸发器风机在运转时会给箱内货物带来热量。
84.5.其他冷消耗。如融霜的冷消耗等。
85.冷藏集装箱箱体与外界的热量交换包括：
86.1.传热的冷消耗。
87.2.漏热的冷消耗。冷藏集装箱箱内外有温差或压差时，会通过孔、洞和缝隙等密封不严处漏热，漏热量的大小和外界气候条件等有关。
88.3.特殊表面的额外传热冷消耗。冷藏集装箱的某些表面温度与其他表面有较大差别，则对该表面的传热冷消耗应予以补偿，例如直接受到太阳辐射的表面的额外冷消耗。
89.4.通风的冷消耗。冷藏集装箱运输某些货物(如未冷却的水果、蔬菜和鲜蛋)时，需要通风。通风时，若外界温度高于箱内温度，外界空气会将热量带入箱内，一方面空气需降到箱内温度，另一方面可能有一部分水蒸汽凝结(假定降到箱内原有温度水平)，这两部分热量之和就是通风的冷消耗。
90.以上损耗归结起来是两大类:
91.一是货物的降温冷耗,需要有强大的降温能力；二是保持相对恒定的温度,此时需要较小的冷耗；
92.12米冷藏冷冻集装箱标准规定的最大毛重m＝22吨,假如进箱货物温度为常温t1＝20度,比热容为c＝2,要求箱内保存温度t2＝-20度,要实现制冷目标所需要的制冷总量q为:
93.q＝22*1000*2*(20
‑‑
20)＝1760000kj；
94.如果制冷器功率n为50千瓦,要实现制冷目标所需要的时间:
95.t＝q/n*3600＝1760000/50*3600＝9.78小时；
96.而维持箱内的温度不变,制冷器功率取n＝50千瓦即可满足要求；
97.这样的制冷器的制冷能力,已经是普通的冷藏集装箱制冷机组制冷能力的5倍,能够实现运输货物的快速冷冻,有利于保证运输产品的质量。
98.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。