蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空调系统全路况特性

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　　摘 要：为了满足LNG重卡驾驶空间的制冷需求，设计了一种具有蓄冷功能的LNG重卡冷能利用空调系统，构建了全路况行驶模型，并对LNG 重卡在上坡段、平稳段和下坡段全路况下的制冷性能和影响因素进行了分析。结果表明：LNG重卡冷能利用空调系统上坡段的空调制冷量是6.150kW，蓄冷量是0.551kW;平稳段的空调制冷量是4.201kW，蓄冷量是0.420kW;下坡段的空调制冷量是2.902kW，蓄冷器释放的冷量大于0.598kW。该系统通过控制策略对蓄冷量进行合理的调控，满足LNG 重卡全路况下空调系统稳定的供冷需求。
　　关键词：LNG 重卡;全路况;蓄冷;空调系统
　　1 LNG 重卡冷能利用空调系统
　　 本文设计了一种蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空調系统，该系统主要由 LNG 钢瓶、汽化器、蓄冷器、汽车空调器、水浴式换热器、发动机、控制器等组成，系统蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空调系统包含两个回路：第一，低温的LNG 经过流量控制阀进入汽化器与低温无相变载冷剂进行热量交换，LNG 受热气化后，进入水浴式换热器与发动机冷却液进行二次热量交换，温度满足发动机进气要求后，为发动机提供动力;第二，低温无相变载冷剂与 LNG 交换热量后温度降低，降温后的载冷剂分为两路循环。
　　2 仿真与实验
　　2.1 路况模型构建
　　 LNG 重卡实际行驶过程中，路况、荷载、行驶距离等因素会对汽车油耗及效率产生影响。油耗的上下波动对 LNG 释放的冷量，对重卡空调系统的制冷性能产生影响。本文重点分析了不同路况条件下空调系统的制冷性能。以 LNG 重卡实际运输过程为原型，设定在一段路程中，分为上坡段、平稳段和下坡段三段，LNG 重卡共行驶 400  km，建立。
　　2.2   仿真模拟
　　 LNG 自?162℃的低温钢瓶流出至进气温度为10～40℃的发动机燃烧供能，其释放的冷量包括三部分：过冷储存态至饱和液态的显热冷量、饱和液态至饱和气态的潜热冷量、饱和气态至过热态的显热冷量。（1）从低温钢瓶中的过冷储存状态升温至饱和液体状态过程释放的显热冷量 Qw为 Qw=mcp（TL?TS），从饱和液体状态变为饱和蒸气状态过程释放的潜热冷量 Qr为 Qr=m（hV?hL）;（2）从饱和蒸气状态升温至过热态过程释放的冷量 Qx为  Qx=mcp（TK?TV） ;（3）LNG 释放的总冷量 Q 是 LNG 从低温钢瓶中的过冷液态到发动机中的过热蒸气态释放的全部冷量，即为三个过程释放的冷量之和，其值为Q=Qw+Qr+Qx;（4）重卡驾驶室空调制冷量 Qc为 Qc=V（i1?i2）/r ;（5）根据建立的数学模型，利用 Aspen Plus 软件对全路况下空调系统制冷性能进行研究和分析，空调系统模拟流程。
　　3 结果与分析
　　3.1 模拟结果分析
　　 通过使用 Aspen Plus 软件对全路况下空调系统制冷性能进行研究和分析，得到了各路况下的制冷量和蓄冷量。数据显示：上坡段的空调制冷量是7.160kW，蓄冷量是0.712kW;平稳段的空调制冷量是5.960kW，蓄冷量是0.570kW;下坡段的空调制冷量是3.184kW，没有蓄冷量。上坡段和平稳段的空调制冷量可以满足 LNG 重卡3.5kW 的制冷需求，可以蓄存1.282kW 的冷量，这部分冷量可以保证下坡段小功率运行时空调系统的稳定运行。模拟研究的结果为之后的实验测试提供了参考。
　　3.2 实验结果分析
　　3.2.1   空调系统蓄冷特性
　　 通过对陕汽重卡 F3000的跟车实况测试所示的空调系统的制冷特性。LNG流量对重卡空调系统制冷量有很大的影响。由于 LNG 重卡在实际行驶过程中，坡型的不同、需要的发动机功率不同，所以 LNG 流量也不同，进而空调系统的制冷量也不同。上坡段、平稳段和下坡段三种坡型的 LNG 流量中心值为 0.75、0.58、0.30kg/min，对应的空调系统制冷量中心值为 6.150、4.201、2.902kW。由于 LNG 重卡所需制冷量为 3.5kW，所以上坡段和平稳段的空调系统制冷量均高出LNG 重卡的制冷需求，可将富余的冷量蓄存在蓄冷器中，蓄存冷量分别是 0.551kW 和 0.420kW;下坡段的空调系统制冷量不能满足 LNG 重卡制冷的需求，但可以看出，上坡段和水平段蓄存的冷量大于下坡段供应不足的冷量。所以，通过对蓄存冷量的合理控制和调度，该系统可以满足 LNG重卡的供冷需求，保证了供冷的稳定性和人体的舒适度。
　　4 结论
　　 本文通过模拟和实验研究对蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空调系统全路况的性能进行了分析得到以下结论。（1）LNG 重卡上坡段空调系统的制冷量为6.150kW，蓄冷器的蓄存冷量为0.551kW;平稳段空调系统的制冷量为 4.201kW，蓄冷器的蓄存冷量为 0.420kW;下坡段空调系统的制冷量为2.902 kW。上坡段和平稳段的空调系统制冷量均能够满足 LNG 重卡3.5kW 的制冷需求。该系统可通过控制策略对蓄冷量进行合理的调控，满足 LNG重卡全路况下空调系统稳定的供冷需求。（2）LNG 重卡在上坡段行驶过程中，随着 LNG流量的增加，载冷剂进入蒸发器的温度降低，蒸发器出口空气温度也随之降低，同时，蒸发器进出口空气温差随之增大，LNG 重卡冷能利用空调系统制冷量明显增加，总制冷量始终维持在 5.8kW以上，可以满足 LNG 重卡驾驶空间舒适性和稳定性的要求。
　　参考文献：
　　[1] BUREL  F，TACCANI R， ZULIANI N.Improving  sustainability  of maritime transport through utilization of liquefied natural gas （LNG） for propulsion[J].Energy，2013（57）：412-420.
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