冷藏船是使鱼、肉、水果、蔬菜等易腐食品处于冻结状态或某种低温条件下进行载运的专用运输船舶。因受货运批量限制,冷藏船吨位不大,通常为数百吨到数千吨。冷藏船的货舱为冷藏舱，常隔成若干个舱室。每个舱室是一个独立的封闭的装货空间。舱壁、舱门均为气密,并覆盖有泡沫塑料、铝板聚合物等隔热材料,使相邻舱室互不导热，以满足不同货种对温度的不同要求。冷藏舱的上下层甲板之间或甲板和舱底之间的高度较其他货船的小，以防货物堆积过高而压坏下层货物。

1997年前几个月的世界冷藏船市场又一次证明了这个市场的脆弱性和不可预测性,虽然每年的前几月都是对保鲜冷藏船需求的最强阶段,但是市场表现却又令原先抱乐观态度的人士感到沮丧,他们原以为1995～1996年度市场的复兴还会持续下去, 而现实情况是今年的租金水平下降了7% ～10% ,在几个月前,主要的冷藏船公司还预测市场将要上升5% ～10% 。不过尽管遇到了不利因素,预计在未来几年中冷藏船市场仍将以每年2. 5% ～4% 的速度增长。仔细分析市场变化的原因,能够发现有几个因素的影响最大,特别是气候因素好像是导致今年市场滑坡的关键。 比如南美洲西海岸的干旱对智利和厄瓜多尔的影响造成了香蕉、葡萄和其他水果的减产; 北非埃及和摩洛哥及亚洲菲律宾的多雨又影响了马铃薯、柑橘和香蕉的产量;南非少有的低温也使得大量农作物减产,另外塞浦路斯的霜冻对其马铃薯的影响也很大。 上述恶劣气候导致从南半球国家冷藏保鲜货物的出口下降了约7% ,期租租金最高值仅达1. 3U SD /CU F T ,而1996年同期数据为1. 5 美元, 1995年为1. 35美元。

气候也对进口国的需求产生影响, 1997年1月中国的寒冬和大雪使部分港口不得不关闭,致使约10艘装载香蕉的冷藏船在港口延迟了三个星期。政治因素和经济因素也是影响市场表现的重要量。许多欧共体国家的经济不景气,明显抑制了其对冷藏保鲜品的需求,而德、意、法等国在建立欧洲统一货币体系方面的争论,以及欧洲统一市场下各种深层次、结构上的矛盾也对近期市场的发展带来很多不利的作用。俄国今年开始对于鸡肉征收45% 的附加关税,对于原先进口免税货物的进口商而言无疑是重大打击,因此他们联合起来对该项政策进行抵制,包括拒绝卸货,从1月中旬到3月上旬,这种斗争延续了近三个月,虽然最后不得不向政府低头,但是各国在俄国口岸准备御货的大量冷藏船及其它船只则不得不在焦虑中等待。

对比冷藏船新造及拆解状况,可以看出市场近期供求的趋势:

上表反映了近几年来新建冷藏船的情况,及1997年～ 1999年的预测值,值得注意的是在20世纪剩余的几年里又将有64艘冷藏船要加入到服务的行列,共计2 900万CU F T。不过船舶的拆解数量却直线下降, 1996年后半年拆解船只仅有11条共280万CU F T , 1997年更不理想,全年预计拆解总量仅达到350万CU F T ,这会直接导致世界船队净增加480万CU F T,另外各类冷藏集装箱的增加无疑会使冷藏船市场供大于求的状况更加突出。

利用低温运输易腐货物的船舶称为冷藏船。它是远洋渔业和运输中保证易腐食品品质的必要设施, 由于其运输批量大, 装卸集装箱化, 冷藏船运输量在逐年增加。为了在运输贮藏中能以消耗最小的能源来最大限度地保持食品原有的风味和质量, 冷藏船制冷系统的合理配置就显得非常重要。本文从节能的角度出发, 从库容与压缩机的能量匹配、库内蒸发装置的布置、 制冷剂的使用和冷库围护结构的设计和制冷设备的选择等方面来进行研究探讨, 提出对船舶制冷系统进行优化设计的方法, 供设计和使用者参考。

与陆上的固定冷冻冷藏库相比, 船舶冷库的制冷系统的运行参数要恶劣得多。船舶水上移动, 室外的参数在不断地发生变化, 所以在以往的设计中为了保证易腐食品的高品质, 总是按行程中最恶劣的条件来选择设计参数进行设计, 而船舶绝大部分时间均处于低于满负荷一半以上的工况下运行, 结果形成了库容与制冷压缩机的能量不匹配, 从而使系统的能耗大大增加, 也使食品的运输费用大大增加;其次, 由于冷藏船的冷藏库受船体结构的限制, 库内空间不会很大, 库内蒸发器布置对其容量会造成比较大的影响;再就是船体在不同的地区、不同的地段运行时, 要面临不同的热湿环境, 冷库围护结构要设计适当, 才能做到减少热损失。因此, 为了提高船舶制冷装置的经济效益, 节约能源, 必须从以上几个方面考虑对船舶制冷系统进行优化设计。要对制冷系统进行优化设计, 首先必须对系统相关参数的选择、 制冷工质的选用和气流组织及制冷流程的设计等每一个方面都加以考虑。

远洋渔船在海上作业时为了使经济价值较高的渔货及时保鲜和进行速冻, 一般冷藏船分为高低不同的冷藏温度。冷藏船由于空间的限制一般采用多温单机系统, 并用蒸发压力调节阀来保持高低温库之间的平衡, 事实证明, 这种方法, 造成很大的火用损, 为保证速冻渔货具有优秀的冻结质量,又要保证系统具有经济的运行费用, 其所配制冷系统参数的选择基本上与陆上制冷装置所选参数的标准一致, 在进行优化设计时必须改善这种循环方式, 在设计中采用喷射器代替蒸发压力调节阀。理论分析和实验证明其系统的各性能得到了很大程度的改善, 系统的火用效率提高, 起到了节能的效果。当然, 在优化设计中还可以采取利用双级压缩制冷循环的中间冷却器来作为高温部分的供冷环节的方法,这样设计制冷系统还可以在速冻的初期利用高温库的温段对货品实行预冷, 将冻品冷却到冻结点以上的温度后进入冻结低温库, 可以达到降低传热温差而节能, 提高制冷效率的目的。制冷系统中采用R - 134a 作为循环工质,既能满足环保的需要, 且制冷剂R - 134a的各项指标总体优于R -12,系统的供液方式还可以采用直接膨胀供液,并采用回热循环来提高制冷量, 防止压缩机液击, 达到安全有效节能的目的。

在船舶制冷系统所配的压缩机选择中通常存在这样的问题, 那就是压缩机的容量远远大于库容量, 造成大马拉小车, 大量的能源浪费。所以在设计时能根据耗冷量来合理配置压缩机就显得非常重要。对已设计好的冷冻冷藏系统可用计算冷冻冷藏蒸发管组每小时可能传递的最大冷量的办法来校核系统配置的合理性。

冷冻室蒸发器的结构设计

在渔业冷藏船上通常使用隧道式冻结装置和其它如平板冻结装置、 液体冻结装置等。在船用制冷系统中为了节省空间并使蒸发器处于长期有效运行状态, 在优化设计中应选用管架式鼓风冻结装置, 这种装置耗电量小, 干耗小, 冻结温度均匀, 且所占空间少, 初投资省。实践证明, 与同样容量的平板冻结装置相比, 其运行费用相当, 但其初投资可以节省20%左右。陆上冷冻的实验表明, 冻品的冻结质量好, 能耗小。气流均匀, 冷量的利用率高但这种形式占用空间较大,且要有一定的高度, 在小型船舶制冷冷冻库中适用性不强。

船舶舱壁结构均为金属材料, 而钢材的导热系数很大, 因此渗入热量较严重, 必须敷设隔热防潮层。单纯地增加隔热层的厚度会使船体空间减小,并不能达到隔热的理想效果。良好的隔热保温技术应在合适的隔热材料和厚度的前提下注重保温材料的敷设工艺和进行技术经济指标的分析。对于船舶制冷装置应在不影响船体强度的情况下, 可将冷库围壁扶强材放在隔热层外。实际证明在隔热厚度相等的情况下可以减少冷损失。另外应尽量采用导热系数小、 吸湿率小的隔热材料来减小传热系数, 实际表明, 聚氨脂材料现场发泡在严格工序的前提下敷设可以达到较为理想的效果。敷设时应保证:发泡时气泡细小、紧凑, 隔热层厚度均匀, 外层油膜连续。其敷设工艺上应先设置一个板层, 板层厚度正好与隔热厚度一致, 这样做到隔热均匀到位, 不留冷桥。在其它低温管道上也必须严格敷设保温材料。保证节流阀前不产生闪发性气体, 以使供液量与系统的制冷量相匹配。

实际表明, 螺杆式压缩机由于其具有制冷量大、运行可靠、寿命长、能进行无级能量调节, 对少量进液不敏感等特点, 特别适用于大型船舶上;而在小型船舶上可以采用变频装置的活塞式压缩机。为了保证系统能在最有效的方式下运行, 冷凝器应采用卧式壳管式的结构, 且进水阀前要配置易拆卸的过滤器, 节流阀前装液体过冷器, 系统回路上装回热器。为了保证安全, 在压缩机的回汽阀前还应装有汽液分离器。配置完善的自动控制装置, 即制冷系统还必须进行优化控制。作为制冷装置各部分的温度控制是保证安全、 节能有效运行的有效手段, 所以应配置一个适应性和可靠性强的温度控制器。系统中可采用PIC I6C 76单片机设计的变频节能模糊控制器, 控制器采用采集的蒸发温度、蒸发器出口温度、库温等参数, 调节压缩机的转速, 使得制冷量与热负荷相匹配。这样配置的系统应能在设定参数下更有效的运行, 达到优化设计的目的。另外海水泵和冷库风机也应采用变频器进行变频控制, 变频器的使用不仅可以节能, 还能提高冷冻系统的冷冻质量, 降低电机的电流, 通过合理控制还可以起到过电流保护和压差保护的作用。

无论是远洋船舶还是近海船舶, 无论是大型船舶还是小型渔船, 为了完善冷藏链, 均需配有制冷系统, 来确保易腐食品能高品质到达消费者手上。而船运装置由于其特殊的工作环境条件, 使得以往许多设计总在较高的安全系数下进行, 这样船运具有较大的能耗。从长远的利益来说, 应从安全和节能的角度来同时考虑船舶制冷系统的设计, 使得船舶制冷系统更加有效的运行。所以对船舶制冷系统的优化设计进行研究探讨, 是船舶动力装置设计中的一个重要环节。而优化制冷系统应从制冷流程的选择、 制冷工质的选择、 制冷机和设备的配置、 隔热保温技术和控制技术等方面全方位加以考虑, 保证设计的最优化。再者由于船舶不断变化的工作环, 使得其系统负荷的变动大, 变频技术的使用能在系统中发挥最大的效用