液化天然气(LNG)冷藏车冷量回收换热器的设计

　　1 引言

　　2010年6月国家发改委发布的《农产品冷链物流发展规划》指出，我国冷藏运输行业现状远不能满足低温物流市场的巨大需求，发达国家公路冷藏货物运输比例已达65% ～85%，而我国仅为25%。冷藏车市场需求将迅速增长[1，2]。在这种形势下，开展冷藏车研究具有重要的现实意义。冷藏车的发展必须与环保与节能技术紧密联系起来，对于采用常温燃料的汽车来说，采用新型制冷剂的冷藏车在环保与节能上还是有一定的差距[3]。然而对于使用低温燃料 LNG 的汽车来说，采用低温燃料LNG 复温过程所释放的冷量制冷将是一种最佳的方法，既节约了能量，又简化了设备，降低了噪音，同时彻底解决冷藏车制冷剂泄漏造成的臭氧层破坏及温室效应[4 -7]。可以说LNG冷藏车是真正意义上的绿色汽车，其研究将给冷藏车的发展带来新的思路[8]。

　　根据对国内外资料研究分析发现，目前对于LNG 冷量的回收利用研究主要集中在冷量回收系统流程及应用方式上，而对冷量回收关键部件冷量回收换热器的研究较少。LNG 冷藏车冷量的回收大部分采用直接气化式换热器，利用的是LNG 在换热器中直接气化向空气释放冷量的方法，具有较大的缺点。另外，目前其它LNG 冷量回收的各种方案大多采用多级换热，载冷剂换热等方法，使冷量回收系统过于复杂、重量太大和不便安装，很难在汽车上应用。

　　2 LNG 冷藏汽车

　　2. 1 LNG 冷藏汽车概述

　　液化天然气(LNG) 冷藏汽车LNG 为动力燃料，并利用LNG 气化复温过程中所释放冷量制冷的低温运输专用汽车。LNG 一般储存在111K 左右的低温储罐中，密度为420kg/m³，是标准状态下天然气密度的620 倍。将其用作汽车燃料，具有能量存储密度大、汽车负载轻、燃烧热值高、连续行驶里程长、安全性能高等特点，已经成为一种极具发展潜力的绿色汽车替代燃料。LNG在汽化的过程中会释放出大量的冷量[9]，其制冷量在856 ～867kJ/kg 之间[10，11]，将该冷量回收用于制冷，不仅减少了能源消耗，而且制冷过程中没有废热排放，有利于降低温室效应，具有显著的经济效益和社会价值，与传统冷藏车相比更加“绿色”[12]。

　　LNG 冷藏汽车可以提供足够的冷量将预冷后的货物进行中短途的冷藏运输，取代现行的CFCs 制冷系统。LNG冷藏汽车结构如图1 所示，储液罐设在汽车的底部，这样既节省了汽车前部的空间，又避免了太阳的直接辐射。LNG冷藏车的冷量完全来自于LNG 气化复温过程，不需要利用发动机驱动压缩机制冷，既省去了车载制冷设备的安装，又有效地消除了机械制冷的噪声污染[6]。这种LNG 冷藏车的缺点是: LNG 在换热器中直接汽化向空气释放冷量，该方法虽然简单，但空气中的水分、二氧化碳等成分在低温工况下容易冻结，造成换热器无法正常工作。