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冷链物流中制冷技术应用的现状与发展
◆刘佳霓
（武汉商业服务学院）
【摘要】本文分析了我国冷链物流系统中制冷技术的应用现状，介绍了国外几种先进制冷技术的应用，为我国冷链物流特别是冷藏运输
的发展提供借鉴。
【关键词】冷链物流制冷技术应用发展
冷链物流是指冷藏冷冻类食品在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各
个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证食品质量，减少食品损耗的
一项系统工程。它是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来
的，是以冷冻工艺学为基础、以制冷技术为手段的低温物流过程，是需要特
别装置，需要注意运送过程、时间掌控、运输型态、物流成本所占成本比例
非常高的特殊物流形式。
作为一项系统工程．冷链物流包含和涉及的技术领域广泛而复杂。
２０１０～２０１５年中国冷链物流行业市场调查与发展前景分析报告中提到。冷
链物流行业发展技术环境包括四个方面，首要就是冷藏冷冻技术。没有先
进的制冷技术支持，冷藏运输质量就无法得到保障，现代冷链物流就是纸
上谈兵。因此，制冷技术是冷链物流系统的核心技术平台，是冷链服务品
质的根本保证。
一、我国冷链物流制冷技术的应用现状及问题分析
从冷藏、保鲜、节能和自动化技术来看。国际上普遍运用的冷藏、冷凝、
气调、冷藏集装箱多式联运等先进的制冷技术在国内一些行业龙头企业已
成熟应用，各类保鲜、先进的包装技术以及涉及节能方面的技术在国内大
型的果蔬基地和冷藏基地．如。上海名特农产品国际物流与交易基地”、“宁
波远东冷藏物流基地”已得到成功运用，自动化冷藏技术、各类传感技术、
自动化测量温控技术、无线射频识别技术、空间定位技术、动态信息监控技
术也逐步从局部尝试向更大范围推广。总体而言，国内冷链制冷技术体系
随着冷链物流需求市场的快速发展已初步确立。但是与国际先进国家相
比，我国的冷链物流制冷技术体系仍存在诸多问题，主要反映在以下几个
方面。
１．基础设施薄弱。自动化程度不高
从冷藏运输能力看，美国有冷藏车１６万辆，日本有冷藏保温车１２万
2017年第36卷第6期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1969· 化 工 进 展
以降压为目的的CO2混合工质制冷系统研究进展
武卫东，贾松燊，吴俊，张华
（上海理工大学制冷与低温工程研究所，上海 200093）
摘要：自然工质CO2 因其具有良好的环境友好特性（ODP=0，GWP=1）、单位容积制冷量高、良好的传热性能
等优点而得到制冷行业的再次关注。然而，由于其自身物性及工况条件的限制，在实际应用中CO2制冷系统大
多采用跨临界循环，高压侧压力高达12MPa左右，这对系统各部件的安全性和制造成本提出非常高的要求。本
文总结了目前采用CO2混合工质来有效改善纯CO2制冷系统运行压力较高问题的制冷循环系统，综述了国内外
以降压为目的的CO2混合工质制冷系统研究进展，分析了CO2混合工质的跨临界制冷循环系统、自复叠式制冷
系统以及压缩-吸收耦合循环系统各自的特点，指出了以降压为目的的CO2混合工质制冷系统的发展前景，并对
今后的CO2混合工质制冷系统的主要研究方向进行了讨论。
关键词：二氧化碳；制冷循环；混合工质；混合物；热力学；降压
中图分类号：TB66 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）06–1969–08
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.002
Research progress on refrigeration systems using CO2 mixture refrigerant
to reduce its cycle pressure
WU Weidong，JIA Songshen，WU Jun，ZHANG Hua
（Institute of Refrigeration and Cryogenics Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai
科｝技Ｉ论Ｉ坛 汽车余热空调系统的研究现状 孙寒冰－ （１、大连海洋学校，辽宁大连１１６０２３ 滕文毫ｚ ２、大连三洋制冷，辽宁大连１１６６００） 科 摘要：汽车行驶消耗了不到３０％的能量，７０％的能量转化成废热，汽车尾气排放量意味着巨大的能源浪费。因此，把汽车尾气中废热应用于汽 车空调制冷系统，对于提高一次能源的利用率具有重要的经济和社会效益。现主要介绍了目前国内外对汽车余热空调系统的研究现状，并分析了各 种制冷系统的特点，对其进一步的研究提供了帮助。 关键词：汽车；余热；空调系统 近年来，中国轿车销售出现了创记录的高速 增长，至２０１０年底，我国汽车保有量将突破７０００ 万辆。汽车行驶消耗了不到３０％的能量．７０％的能 量转化成废热，汽车尾气排放量意味着巨大的能 源浪费，汽车排放的尾气温度最高可以达到 ６００—７００￣Ｃｍ，因此排人大气中的废热很大。如何回 收汽车尾气中的巨大能量，充分利用能源已成为 目前研究的重要课题之一。 目前，汽车空调仍然采用传统的压缩制冷方 式，它以消耗部分发动机的动力来获得能量。由于 把发动机的部分动力用于空调压缩机，使油耗平 均增加１６％～２０％，使发动机输出功率减少１０％ ～１２％，引起了动力源配置方面的一些问题，特别 是在一些小排量汽车中尤为明显自。汽车空调的工 质对环境也有破坏，早期汽车空调的工质常用 ＣＦＣ１２，这种工质不仅会破坏臭氧层，而且能引起 温室效应，根据《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔 协议》已经逐步减少和禁止其使用。其替代产品 ＨＦＣ １３４ａ也是一种能导致温室效应气体，且价格 比ＣＦＣ１２贵３～５倍；在全球变暖的威胁下，其使 用范围在未来必将受到限制。世界各国，由于空调 的使用导致了更多的燃料消耗。试验表明，当时速 为５０～８０ｋｍ／ｈ，使用空调，汽车性能将下降，每燃 烧ｌ升汽油，汽车少跑２ｋｍ，从而造成不可恢复燃 料的无需浪费。在美国，日常交通耗费大量的能源 （４Ｉ％），汽车和卡车消耗了绝大部分的石油 （７４％），这些表明７３％的能源被运输业所消耗日。面 对现状，如何既提高燃料的利用率，又满足人们驾 驶舒适的需求已具有很重要意义。 通过以上分析，把汽车尾气中废热应用于汽 车空调制冷系统，具有十分积极的作用。这种汽车 空调的应用不仅可以大大节约汽车的能耗，避免 了小排量汽车由于开汽车空调而出现的动力不足 等问题，而且降低排人大气中的尾气温度，避免现 有汽车制冷剂泄露引起的温室效应以及对臭氧层 的破坏，对环境起到更有效地保护作用。 目前，国内外对汽车余热空调系统的研究主 要包括以下几种。 １汽车尾气余热驱动的吸收式制冷系统 吸收式制冷是利用吸收器中的稀溶液吸收 来自蒸发器的制冷剂气体，在发生器中通过高温 加热浓溶液，使制冷剂蒸发至冷凝器的一种循环 制冷方式。吸收式制冷可以利用废热做发生器的 加热源。图１所示为利用汽车尾气余热实现汽车 空调的吸收式制冷循环系统原理图。它由发生器 Ｇ、吸收器Ｂ、冷凝器Ｃ、蒸发器Ｅ、溶液热交换器 溶液泵Ｐ及节流阀Ｄ、Ｆ所组成。利用汽车尾气作 为热源，在发生器Ｇ中加热一定浓度的溶液并使 之蒸发，于是溶液中作为制冷剂的低沸点组分大 部分被蒸发出来，在风冷式冷凝器ｃ中凝结成液 体，经节流阀Ｄ降至蒸发压力，然后进人蒸发器Ｅ 中进行蒸发制冷，把车厢内的部分空气冷却后再 送回车厢，在蒸发器内产生的低压制冷剂蒸气直 接进入吸收器Ｂ中。另外，在发生器Ｇ中，发生过 程剩余的溶液——吸收剂（又称稀溶液）经节流阀 Ｆ，降低到蒸发压力，经溶液热交换器Ａ冷却后进 入吸收器Ｂ，与从蒸发器来的低压制冷剂蒸气混 合并吸收这些蒸气，而恢复了原来溶液的浓度（又 称浓溶液）。吸ｔＬｖ．￣程是—个放热过程，利用车外 空气进行冷却。吸收器中的浓溶液再通过溶液泵Ｐ 升压后，经溶液热交换器Ａ进行热交换，吸收由发 生器Ｇ来的稀溶液热量后送人发生器，这样完成 了吸收式制冷的基本循环。 图１汽车余热吸收式空调系统 ２汽车尾气余热驱动的金属氢化物制冷系 统 金属氢化物制冷系统的基本工作原理是：利 用贮氢合金可大量、可逆地吸氢和放氢的能力，并 伴随明显的热效应，利用两种具有不同平衡氢气 压力的贮氢合金对（Ｍａ和Ｍｂ两种合金组成）作为 工作介质，促使氢气在两种合金中依次吸收和释 放氢气，从而利用其伴随的热效应达到制冷或热 泵目的。金属氢化物制冷循环是非连续的间歇性 循环。即只有在ＭｂＨｙ释放出氢气的过程才能制 冷，在Ｍｂ吸氢过程中则不能制冷，因此，为了使循 环连续制冷，需要设计出两对氢化物反应对轮流 制冷循环。设计的循环系统 口图２所示。 图２金属氢化物连续制冷系统 从图２中可以看出，两对金属氢化物ＭａＨＸ、 ＭｂＨｙ在高温热源Ｔｈ（￣Ｐ汽车尾气）和中温热源Ｔｍ 下轮流制冷从而达到在Ｔ１下连续制冷的目的。以 色列获得了该项汽车尾气余热驱动的金属氢化物 技术的发明专利。 ３汽车尾气余热驱动的固体吸附式制冷系 统 固体吸附式制冷是利用某些固体物质在一 定温度、压力下吸附某种气体或水蒸气，而另一种 温度、压力下又能把它释放出来的特性，通过吸附 和解吸过程而产生的压力变化，从而起到压缩机 的作用。对于汽车余热的利用，采用吸附式制冷系 统具有显著的效果。 上海交通大学建立了以余热驱动的活性炭一 氨吸附空调系统，利用气体加热（高温废气）和气 体（空气）冷却的试验台日，如图３所示。该系统采用 了３６ｋｇ活性炭，利用轻油燃烧器产生的２５０￣Ｃ烟 气作为驱动热源，３３℃左右的室外空气作为冷源 冷却吸附器和冷凝器，活性炭一氨作为工质对，蒸 发压力对应ＯｏＣ左右氨的饱和压力，冷凝压力对应 ４０℃左右氨的饱和压力，采用双床连续回质循环， 得到２．２ｋＷ的制冷量输出，制冷系数可达０．１６。 图３汽车余热驱动的固体吸附式制冷系统 ４汽车尾气余热驱动的喷射式制冷系统 利用汽车尾气余热驱动的喷射式制冷系统 的主要特点是以喷射器代替压缩机，以消耗热能 作为补偿来实现制冷的。喷射式制冷系统除了循 环泵外，再没有其他运动部件，结构简单，耗功量 小，再加上可以利用低温位热能，所以很适用于汽 车尾气余热利用的汽车空调器。 气体喷射嚣 傀环象 图４喷射式制冷系统工作原理图 如图４所示：来自加热器的高温高压工作蒸 气，通过喷管进行绝热膨胀，形成低压、高速气流， 从而将蒸发器内的低压气体制冷剂吸入喷射器内 与之混合，在扩压器内增压后进入冷凝器，被冷凝 成液体。然后一部分凝结液作为制冷剂通过节流 阀降压降温，在蒸发器中吸热气化变成低温低压 蒸气，另一部分则通过循环泵提高压力后送回加 热器，用作工作蒸气， （下转９９页） 一
２０ｏ６年第ｌ期 制冷与空调
用空气作工质的制冷系统研究概况
刘云霞 刘咸定 （西安建筑科技大学环境与市政工程学院７１００５５）
【摘要】 介绍了采用空气作工质的空气压缩制冷系统和空气除湿制冷系统流程及其应用现状，分析了两种 制冷系统在普冷领域内的应用前景及有待解决的关键技术，并对两种制冷系统进行了总结和比较。 【关键词】 空气压缩制冷：除湿制冷：关键技术
Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａｉｒ ａｓ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ＬｉｕＹｕｎｘｉａ ＬｉｕＸｉａｎｄｉｎｇ （ｘｉ’ａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｗｏ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓｕｓｉｎｇａｉｒａｓ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ，ｔｈａｔａｒｅａｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ａｎｄｄｅｓｉｃｃａｎｔｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｒｃ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅｉｒ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ａｒｃ ｐｒｅｓｅｎｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅｙ ａｒｃ ｕｓｅｄｉｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｅｔｗｏｓｙｓｔｅｍｓａｒｃｇｉｖｅａｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｃｃａｎｔ ｃｏｏｌｉｎｇ；ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
１、引言 由于制冷空调行业广泛采用的ＣＦＣｓ类物质对 臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，为了保护自 然环境，国际上签订了《蒙特利尔协议》“ 来限制 和逐步禁止使用ＣＦＣｓ－Ｖ＿质。这一协议使全世界的普 冷行业面临着严峻的挑战，当前世界各国都在积极 寻找替代ＣＦＣｓ的制冷剂。 用空气作工质的制冷循环，对大气不会产生任 何的破坏作用，并且资源无限，不存在蒸气制冷机 中制冷剂的购买、运输、储存等诸多问题，因此是 能满足大气环境生态要求的最佳制冷循环。这类循 环也日益受到重视，先后有美国、澳大利亚、德国、 日本、英国进行了有关装置与技术的研究及试验， 应用范围涉及住宅空调、列车空调、食品冷冻和冷 藏等几乎所有的制冷技术应用领域 。 与蒸气压缩和吸收式制冷循环相比，采用空气 作工质的制冷循环具有节能、形式灵活、制冷温度 范围宽、机组运行可靠、抗冲击、振动性能好等一 系列优点 。目前研究较多且已获得一定应用的制 冷系统主要有两种形式：一是空气压缩制冷系统， 二是空气除湿制冷系统。 ２、空气压缩制冷系统 ２．１空气压缩制冷系统及其应用现状 空气压缩制冷循环又称为逆布雷顿循环 （Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｂｒａｙｔｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ），通过压缩空气在膨 胀机中绝热膨胀获得低温气流实现制冷。空气压缩 制冷系统的实际流程非常灵活，可以根据实际需要 采用多种流程形式。图１给出了有回冷的两级压缩 直接冷却式流程图，其他流程均可在此基础上变化 得到。图中一级压缩机由电机驱动，二级压缩机完 全由透平膨胀机驱动，从而回收膨胀功，达到省功 节能的目的。
