陈伟国
广东富华机械装备制造有限公司
摘要：集装箱运输船上装载冷藏集装箱，一般是直接将集装箱堆砌成箱堆放置在甲板上，但由于甲板上各种机械设备占据了一定空间，甲板上能放置的冷藏集装箱量有限。随着国际海运贸易量的增加，集装箱船队的运输规模也不断扩大。为提高集装箱船的空间利用效率，降低船队整体运输成本，必须增加船舶的集装箱装载数量，在甲板装载冷藏集装箱的同时也要充分利用舱室内部空间，因此将集装箱装入舱室内部势在必行。
关键词：风冷式冷藏集装箱;船舶舱室;通风方式;优化设计
引言
随着人们对冷藏易腐食品的种类及营养价值的需求不断提高，促进了冷链物流运输的快速发展。据权威机构发布的《中国冷链物流行业市场前瞻与投资分析报告》显示，2016年全国冷链物流市场需求将达到2200亿元，同比增长22.3%，预计到2020年冷链物流市场规模有望达到4000亿元 。冷藏集装箱作为现代冷链物流运输的关键设备，因其具有安全、高效、"门到门"多式联运等优势在国际、国内冷链运输中得到广泛运用。据2018跨境食品供应链论坛发布数据显示：全球480万个集装箱中，冷藏集装箱占到135万个。同时预测，接下来几年，国际上冷冻冷藏集装箱仍将保持以年复合增长率4%左右增长，其中大部分是来自中国强劲的需求 。随着冷藏集装箱数量规模的快速增长以及在冷链物流运输中不可替代的重要功能，冷藏集装箱已成为冷链物流装备领域的研究热点，特别是在当今面临环境污染和能源消耗双重影响下，对制冷机组容量调节技术进行深入研究，为冷藏集装箱实现节能、高效运营具有积极意义。
1冷藏集装箱制冷机组工作要求
目前，冷藏集装箱一般可分为４类：耗用冷剂式冷藏集装箱、机械式冷藏集装箱、隔热集装箱和气调冷藏集装箱。其中，机械式冷藏集装箱是当前应用最为广泛的一种冷藏运输工具。冷藏集装箱在实现长距离、跨区域的运输过程中，环境温度、环境湿度、太阳直射角度等因素变化将直接影响冷藏集装箱制冷机组的工况，对冷藏集装箱箱内温度的精确控制带来困难。根据目前市场主流品牌冷藏集装箱的技术参数可知，冷藏集装箱在环境温度-20~50℃下，制冷机组均能实现箱内温度-30~30℃的任意调节。
2冷藏箱冷却水系统原理设计
2.1淡水侧
在淡水系统中，冷却冷藏箱冷凝器的淡水由冷藏箱淡水泵压入进水总管；分配到每个进水支管，再通过进水软管与货舱中的冷藏箱冷凝器直接相连接，进入冷藏箱冷凝器，带走冷凝器中的热量，通过出水软管连接冷藏箱冷凝器出口与货舱内冷却水管；然后回到出水总管，被引至冷藏箱淡水冷却器，由海水系统冷却，冷却后的淡水又被冷藏箱淡水泵压入进水总管，形成封闭的循环冷却。系统中设有自动三通温控阀来维持其出口温度为36℃。当温控阀淡水出口温度高于36℃，温控阀将增大旁通口的开度，即增大冷藏箱冷却回水进入淡水冷却器的水量，让其充分被海水冷却降温，使温控阀淡水出口温度维持在36℃，反之亦然。
2.2海水侧
海水通过冷藏箱海水冷却泵将舷外海水压入冷藏箱淡水冷却器海水侧，在冷却器内部与冷藏箱淡水进行热量的交换，带走多余热量，直接排出舷外。
2.3舱室后端温度
随着测点高度的增加，测点温度不断升高，测点温度随高度增加变化趋势符合二次函数变化规律。舱室后端的最高温度为35．92℃，比舱室前端温度和舱室缝隙处温度都低。由此可知集装箱冷凝器大部分散热量通过左、右两侧的排风口排出，只有少量热量通过集装箱堆间缝隙和舱室顶端的空间流动到舱室后面，故舱室后端温度相对较低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于数值模拟结果忽略了各种外界因素的干扰，故舱室前、后端温度分布较均匀，在与舱底垂直的方向上温度梯度变化不明显。
2.4吸气调节阀
通过在蒸发器出口至压缩机吸口端安装一个调节阀，利用调节阀的开度对流入压缩机制冷剂流量进行调节，以达到制冷容量调节目的。因此，吸气调节阀制冷容量调节技术其本质为二次节流，调节蒸发器的蒸发压力，进而实现蒸发温度的控制。由于制冷剂已在蒸发器内发生汽化换热，在蒸发器出口的制冷剂一般为气态，并具有一定的过热度，相比于节流阀（如电子膨胀阀等）调节而言，制冷容量调节较小，属于辅助调节。随着吸气调节阀二次节流，导致压缩机压缩比增大，压缩机排气温度升高，因此，采用这种容量调节方式的制冷机组一般设有一个喷液电磁阀，将冷凝器出口的制冷剂通过喷液电磁阀，经过汽化盘管直接进入压缩机本体，降低压缩机本体及排气温度。然而向压缩机喷液，将增加压缩机的额外负荷，降低了系统的能耗比。
2.5气旁通阀
热气旁通也是制冷机组常用的一种容量调节方式。主要通过热气旁通阀将压缩机出口的高温高压气体引入蒸发器进口或出口，确保系统始终保持在一个给定最小回气压力状态下运行。将压缩机排出气体引入蒸发器进口还是出口是两种不同热气旁通方式，对制冷机组有着不同的影响。第一种方式，热气直接旁通蒸发器出口，将可能导致压缩机排温过高，并可能因降低蒸发器内部制冷剂流速而带来回油问题，其优点是对蒸发器热负荷影响较小，仅对蒸发器内部压力影响较大。因此使用时要配备喷液电磁阀，同时热气旁通量范围要进行一定限制，防止压缩机过热及润滑不良等问题出现。第二种方式，热气直接旁通蒸发器进口，本质相当于增加蒸发器热负荷。由于热气通过蒸发器，可以进行较好混合，因此对压缩机排温影响较小，系统的回油性也比第一种方式更可靠，但会对蒸发器温度造成一定的波动。热气旁通容量调节主要应用于制冷机组工作在部分负荷工况下，特别是冷藏集装箱冷藏控制模式下，为防止压缩机频繁起停，导致箱内温度波动超出规定范围。2002年冷王公司推出的MAGNUMTM系列冷藏集装箱采用的容量调节方式就是吸气调节结合热气旁通技术。
2.6变频压缩机
变频压缩机可以分为两部分，一部分是变频控制器；另一部分是压缩机。变频控制器的原理是将电网中的交流电转换成方波脉冲输出。通过调节方波脉冲的频率(即调节占空比)，就可以控制驱动压缩机的电机转速。频率越高，转速也越高。即通过控制压缩机输入电源频率，控制压缩机转速，从而完成制冷系统的制冷容量调节。变频技术因能优化压缩机启动和运行性能，实现制冷量的无级调节，在冷藏集装箱上有着广阔应用前景。2006年马士基推出了STARCOOL系列，采用变频压缩机作为制冷机组的容量调节方式。2012年大金推出的新一代冷藏集装箱ZESTIA系列，也采用了具有良好节能性能的涡旋式直流变频压缩机技术，据该公司资料显示，这种技术相比以往机型节能45%以上。2013年10月，开利公司在德国汉堡展览会推出NaturaLINE系列的冷藏集装箱，其制冷容量调节技术同样采用了变频多级往复式压缩机。
结语
冷藏集装箱因其特殊运输环境特点和严格的运输货物温度控制要求，制冷机组在运输过程中，大部分时间运行在部分负荷工况下，需要通过制冷机组容量调节完成箱内温度的精确控制。
参考文献
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[4]吴业正.小型制冷装置设计指导[M].北京：机械工业出版社，1998.
论文作者:陈伟国
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：集装箱论文; 压缩机论文; 蒸发器论文; 冷藏箱论文; 舱室论文; 温度论文; 机组论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;