冷藏集装箱热工性能实验方法研究

冷藏集装箱热工性能实验方法研究上海海运学院商船学院 汪庆国 （200135）摘要：本文对冷藏集装箱三套检测标准进行了比较并对实验方法进行了深入的分析，还就冷藏集装箱的气密性实验、漏热实验、制冷机组性能实验进行了讨论。关键词：冷藏集装箱；气密性实验；漏热实验；制冷机组性能实验Study on the thermal property experiment methods for refrigerated containersCao Shuangwu, Zhang Xuelai (Shanghai Maritime University, Shanghai 200135)Abstract: In this paper, the three test standards ( ISO , ATP , GB ) are discussed .Three kinds of experiment methods ： Air-tightness test, heat leakage test and performance test with refrigeration unit are deeply analyzed . Key words: refrigerated containers , air-tightness test , heat-leakage test , performance test of refrigerated unit 1前言冷藏集装箱属运输制冷装置，是“冷藏链”重要的一环。由于冷藏集装箱能把各种易腐货物始终保持在各自所需的储藏温度下，向世界各地进行大量、快速和廉价的运输，所以近年来已发展成为国际贸易中一项新型的重要运输方式，将是21世纪重要的冷藏运输工具。到2000年全球冷藏集装箱的总数已达到100万TEU（标准箱）。我国的冷藏集装箱制造业也迅速崛起，年生产能力达到4.18万TEU（标准箱）。从2000年起的10年内需要新造冷藏集装箱610万TEU（标准箱）,平均每年需60001万个。冷藏集装箱类似移动的冷藏库，主要采用机械制冷方式，通常装配的制冷机组主要有三种机型：美国开利机（Carrier）、日本三菱机(Mitsubishi)和美国热机王(Thermo King)。由于冷藏集装箱的可靠性要求很高，因此，其性能实验尤为重要。冷藏集装箱除强度实验外，热工性能实验是另一项重要的性能检验项目。2冷藏集装箱实验的标准及内容目前冷藏集装箱生产商普遍参考执行的标准主要有三个，一个是“关于易腐食品国际运输及其运输专用设备的协定”（ATP），另一个是国际标准（ISO1496-2：1996）及国家标准（GB7392-98）。这些标准规定了公路、铁路、水路运输以及联运用的ISO系列保温集装箱的技术要求和实验方法。其中的各项规定即构成了冷藏集装箱热工性能实验的依据。冷藏集装箱的热工性能实验必须是在强度实验之后进行，基本有三项内容，按顺序依次进行：气密性实验、漏热实验（箱体隔热性能实验）、制冷性能实验。其中漏热实验、制冷性能实验必须在恒温室内进行。这些热工实验项目，三种标准规定了相应的工况要求。如表一所示：表一： 三种标准规定的冷藏集装箱热工性能实验项目的对比实验内容项目分类ISOATPGB气密性实验箱内外温度t/1525之间选定，波动1.5箱内外压差p/Pa250101501025010漏热实验1.测温点数目内外各12内外各14内外各122.箱壁平均温度t/20 322020 323.箱内外最小温差t/2020204.每二组数据最大时间间隔t/min3015305.连续测量稳定工况时间t/h81286.同组测量数据各测点间最大温差t/3.02.03.07.任二组平均温度间最大温度波动t/1.50.51.58.流过箱外测点处风速21229.箱内加热功率的最大波动3%3%8-815.箱内附加热负荷占漏热量的比例0.250.350.2516.连续测量稳定工况时间t/h41243实验装置漏热实验、制冷性能实验必须在恒温室内进行，必须建造一座较大型的环境室。图一是典型冷藏集装箱生产厂的热工性能测试环境室及实验装置。恒温室六个面均作隔热处理，被测集装箱置于两组铁轮架上经铁轨送入室内，箱门侧对着送风孔板，箱体制冷机组在气流下游。空气处理设备均置于上风道中，循环空气依次流过可调导风百页2、表冷却器3、轴流风机4、加热器5、加湿器6、辅助加热器7。这样，空气经历了降温去湿、加热加湿处理，最后流入静压室经送风孔板流出，均匀地纵向流过集装箱周围测温区，然后被吸入回风口，继续循环流动。实验系统的控制:实验系统中涉及的控制对象主要有3个，即环境温度、环境湿度、和箱内温度。分别采用单回路调节器加以控制。所有温度测量均用Pt100铂电阻温度传感器。温度、流量、压差及功率的测量值均由变送器输入计算机，将测的参数与工况设定参数进行比较，由计算机按PID控制方法控制相应的执行机构进行自动调节。计算机每隔一定时间采集一次数据，判断工况的稳定性及温度的均匀性，适时给出测量参数和曲线，具有中英文屏幕显示和数据库保存历次测试结果的功能。4实验方法与结果分析4.1气密实验本实验应安排在全部强度实验完成之后，漏热实验开始之前进行。图示二为气密实验的原理图。分别把气源C，调节阀M、流量计S、压力表P，连接到冷藏集装箱的漏水器上。把调节阀M慢慢打开，可以看到流量计S工作，压力表P慢慢上升，向冷藏集装箱内送气，使箱内与箱外压差升至250Pa10Pa，调整进气量使该压差保持5分钟不变，也就是说进气量和漏气量保持平衡时，流量计指示的流量即为冷藏集装箱的漏气量。对只开设一个箱门的冷藏集装箱，其漏气率按标准状态计，不应超过每小时10立方米，每增设一个箱门的漏气率允许增加5立方米。4.2漏热实验本实验是为了确定冷藏集装箱的漏热率，应安排在气密实验合格后进行。漏热实验可采用冷源法和热源法，它们均是一种平衡替代法。冷源法就是在箱内设置一个冷源，使箱内处于低温，而箱外则为高温，模拟冷箱漏热的实际情况。因此，冷源法实验最能真实反映冷箱的漏热情况，但是，在实际应用中很难找到一个可以稳定、连续地，并且可以计量的冷源，因此只能使用热源法来取代。热源法就是在箱内设置一个电加热器，在电加热器加热时箱内温度将比箱外高，因此，热量是从箱内向箱外流的（正好同冷源法相反）。根据电热能量守恒的原理，所有的电能将全部转变为热能，由于电能很容易测量，因此，就很容易提供一个稳定、连续、并且可以计量热量的能源，因此热源法就得到了普遍的应用。冷藏集装箱的漏热，应以总漏热率U来表示，单位为W/K，应由下式算出：U = Q/（T1-T2）式中：U总漏热率，W/K；Q箱内加热器和风扇所耗功率之和，W；T1、T2箱内、箱外平均温度，K，为每个测试记录间隔未了测得的各个温度测值的算术平均值；T平均壁面温度，K，通常T=（T1+T2）/ 2图三是按照ISO标准规定绘制的冷藏集装箱漏热实验中稳定状态的图解曲线。图中列出了做漏热实验必须满足的实验装置的精度和实验时的温度条件。这样做既能满足ISO的要求，又能使实验时保证最佳状态。从表一可看出，ATP的要求比ISO、GB更高。4.3制冷性能实验本实验是检验带有机械制冷机组的冷藏集装箱在给定的箱外温度为T2下保持箱内给定温度为T1的能力。 实验时，要求外部环境温度维持在（380.5），环境露点温度恒定在(252) ，对应干球温度下的相对湿度要求为（755），箱内温度设定为-18。图示四是冷藏集装箱的性能曲线，起始阶段由集装箱自带制冷机组给箱内降温，系统运行一段时间后进入稳定工况，继续运行则集装箱上制冷机组进入自动融霜阶段，制冷机组停机，融霜电热器工作，箱内温度迅速上升，融霜结束，制冷机组恢复工作箱内温度迅速降低，制冷机组又开始新一轮的工作循环。重新进入稳定工况为整个性能实验的有效阶段，把此阶段的箱内平均温度与设定值比较，以确定机组的制冷性能。在连续测定的有效工况内，二者差值的绝对值越小，则机组的性能越好。5结论本文分析的冷藏集装箱热工性能实验方法，适用于国际标准的大小不同的冷藏集装箱的性能实验。对国产和进口的冷藏集装箱的气密性、隔热性能及制冷性能的综合实验，是一项经常性的工作，以作为上级监管部门和制造厂对产品质量的监督、控制的依据。热工性能实验是保证冷藏集装箱质量的重要环节，因此，对冷藏集装箱热工性能实验方法的研究具有重要的理论和实际应用价值。参考文献： 1. ISO 14922 系列集装箱技术条件和实验方法第二部分：保温集装箱，19962. GB739298 保温集装箱的技术条件和实验方法3. EECE 810, Agreement on the International Carriage of Perishable Foodstuffs and on the Special Equipment to be Used for Such Carriage (ATP)S, done at Geneva on 1 September,19704. Basic Test Procedures for the Testing of Vehicles Freight Containers and Rail-Cars for the Transport of Perishable Products (BTP)Z. I I R Bulletin 78-1039,78-1733,79-20745. Agreem