不同冷凝風(fēng)量對(duì)冷藏集裝箱運(yùn)行特性影響的試驗(yàn)研究

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(集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

目前國(guó)內(nèi)外所廣泛應(yīng)用的冷藏集裝箱的冷風(fēng)循環(huán)，都是采用冷風(fēng)從制冷裝置的下部吹出，經(jīng)過(guò)箱內(nèi)底部通風(fēng)軌，經(jīng)過(guò)貨物及側(cè)板、門板、吸收熱量后上升到頂部，被制冷裝置的頂部吸入。再由風(fēng)機(jī)吹過(guò)蒸發(fā)器，放出熱量，溫度降低，再?gòu)南虏看党?，周而?fù)始的循環(huán)，箱內(nèi)的熱量被蒸發(fā)器吸收，通過(guò)冷凝器排出，就實(shí)現(xiàn)了制冷[1]。冷藏集裝箱貨物的保存質(zhì)量很大程度上取決于制冷系統(tǒng)的性能，冷凝器要排出制冷劑在蒸發(fā)器中攜帶的熱量和壓縮機(jī)做功產(chǎn)生的熱量，故冷凝器風(fēng)機(jī)的風(fēng)量影響制冷系統(tǒng)的運(yùn)行特性，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

在實(shí)際運(yùn)行中，冷凝器的風(fēng)機(jī)由于暴露在環(huán)境中，容易造成風(fēng)機(jī)性能下降，從而影響冷凝風(fēng)量；另外，在冷藏集裝箱的堆垛過(guò)程中，堆垛方式和距離會(huì)影響冷凝空氣氣流的流動(dòng)狀態(tài)，從而影響冷凝風(fēng)量。因此，本試驗(yàn)將模擬風(fēng)機(jī)性能下降對(duì)制冷系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響，同時(shí)，研究不同垛距對(duì)制冷性能的影響。

1 試驗(yàn)臺(tái)及主要試驗(yàn)儀器介紹

試驗(yàn)以集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院的20 ft船用冷藏集裝箱為對(duì)象，該冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

EV-電子膨脹閥；HSV-熱氣電磁閥；LSV-供液電磁閥 ；ISV-噴射電磁閥；DSV-融霜電磁閥；BSV-排氣旁通電磁閥；ESV-節(jié)能電磁閥；LPT-低壓傳感器；DPR-排氣壓力調(diào)節(jié)閥；HPT-高壓傳感器；SMV-吸氣調(diào)節(jié)閥；HPS-高壓轉(zhuǎn)換閥

圖1冷藏箱的制冷系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用R134a制冷劑，能夠?qū)崿F(xiàn)不同貨物的冷藏或冷凍的要求。同時(shí)，為了保證在多變的海洋環(huán)境中冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)還具有如下一些重要功能。

1)噴液冷卻。在壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，為了防止壓縮機(jī)的排氣溫度過(guò)高，當(dāng)排氣溫度超過(guò)一定的限度，通過(guò)噴液電磁閥向壓縮機(jī)的吸入管注射液體制冷劑以降低吸氣溫度，從而降低排氣溫度，保證機(jī)組安全運(yùn)行[2]。

2)經(jīng)濟(jì)器。來(lái)自貯液器的溫度相對(duì)較高的液態(tài)制冷劑與來(lái)自蒸發(fā)器的溫度相對(duì)較低的氣態(tài)制冷劑進(jìn)行換熱，使蒸發(fā)器入口制冷劑溫度降低，防止閃氣，提高制冷效果；同時(shí)使氣態(tài)制冷劑過(guò)熱，防止液擊[3]。

3)自動(dòng)熱氣融霜。冷藏箱長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生霜，不去除影響制冷效果。當(dāng)檢測(cè)到結(jié)霜嚴(yán)重時(shí)，通過(guò)融霜電磁閥把來(lái)自壓縮機(jī)的高溫高壓熱的過(guò)熱氣體通入并流經(jīng)蒸發(fā)器，制冷劑在蒸發(fā)器中冷卻，集結(jié)在蒸發(fā)器上的霜層吸收制冷劑放出的熱量，從而達(dá)到融霜的目的。熱氣融霜時(shí)間短，效率高，是一種節(jié)能的融霜方式[4]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集如下：壓縮機(jī)吸排氣壓力、壓縮機(jī)的吸排氣溫度、制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度、吸氣調(diào)節(jié)閥和電子膨脹閥開(kāi)度、送風(fēng)和回風(fēng)溫度，還測(cè)量功率并記錄相應(yīng)的時(shí)間。同時(shí)，還配備了TSI8710型面風(fēng)量計(jì)[5]，用于測(cè)量冷凝風(fēng)機(jī)的冷凝風(fēng)量。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案

1)設(shè)定冷藏箱內(nèi)部溫度為-20 ℃。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，相對(duì)濕度65%左右，保證外界滲入熱大致相等。

2)冷凝風(fēng)機(jī)出口沒(méi)有遮擋和分別用木板擋住冷凝風(fēng)機(jī)出口1/4及1/2的面積時(shí)，分別用風(fēng)量計(jì)測(cè)出冷凝風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)量，記錄制冷機(jī)組各參數(shù)的變化數(shù)據(jù)，觀察和記錄機(jī)組所消耗的功和運(yùn)行的時(shí)間。

3)改變冷藏集裝箱和箱子的距離，在不同的距離，箱內(nèi)溫度從環(huán)境溫度30.5 ℃(±0.5 ℃)達(dá)到設(shè)定溫度-20 ℃時(shí)，觀察和記錄所需要的時(shí)間和功耗。

2.2 正常冷凝風(fēng)量下系統(tǒng)的運(yùn)行特性和風(fēng)機(jī)性能下降對(duì)制冷性能影響試驗(yàn)

1)正常冷凝風(fēng)量下系統(tǒng)運(yùn)行特性試驗(yàn)。在正常冷凝風(fēng)量下進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行特性試驗(yàn)，也就是冷凝風(fēng)機(jī)出口沒(méi)有遮擋時(shí)，當(dāng)外界環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，設(shè)定箱內(nèi)溫度為-20 ℃，以回風(fēng)溫度為參照對(duì)象，每下降4 ℃記錄一組數(shù)據(jù)，因開(kāi)始時(shí)溫度下降太快(從30.5 ℃～20 ℃為2～3 min)，所以從20 ℃開(kāi)始記錄，觀測(cè)記錄制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，當(dāng)箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量為59.8 m3/min，歷時(shí)47 min，耗電能4.887 kW·h。

表1 正常冷凝風(fēng)量下制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況

注：FD-冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量；HP-高壓；LP-低壓；EIS-制冷劑在蒸發(fā)器進(jìn)口溫度；EOS-制冷劑在蒸發(fā)器出口溫度；DCHS-壓縮機(jī)排氣溫度；SGS-壓縮機(jī)吸氣溫度；MVO-吸氣調(diào)節(jié)閥開(kāi)度；EEVO-電子膨脹閥開(kāi)度；SS-供風(fēng)溫度；RS-回風(fēng)溫度

2)風(fēng)機(jī)性能下降對(duì)制冷性能影響的試驗(yàn)。當(dāng)冷凝風(fēng)機(jī)出口分別遮擋1/4及1/2時(shí)，也就是說(shuō)3/4冷凝風(fēng)口面積和1/2冷凝風(fēng)口面積下，當(dāng)外界環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，設(shè)定箱內(nèi)溫度為-20 ℃，以回風(fēng)溫度為參照對(duì)象，每下降4 ℃記錄一組數(shù)據(jù)。

因開(kāi)始時(shí)溫度下降太快(從30.5 ℃～20 ℃為2～3 min)，所以從20 ℃開(kāi)始記錄，觀測(cè)記錄制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況。

表2是3/4冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)口面積運(yùn)行特性的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量為48.9 m3/min，歷時(shí)53 min，耗電能5.511 kW·h。

表3是1/2冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)口面積運(yùn)行特性的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量為42.8 m3/min，歷時(shí)61 min，耗功6.343 kW·h。

表2 3/4冷凝風(fēng)機(jī)面積工況下制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況

表3 1/2冷凝風(fēng)口面積工況下制冷系統(tǒng)各參數(shù)的變化情況

3)3個(gè)試驗(yàn)達(dá)到設(shè)定溫度所消耗功和消耗時(shí)間比較。圖2、3分別表示不同風(fēng)口面積下，箱內(nèi)溫度從(30.5±0.5) ℃下降到設(shè)定的-20 ℃所需要的時(shí)間和電能。圖2、3表明，當(dāng)條件相同時(shí)，達(dá)到相同的溫度，壓縮機(jī)所消耗的電能和所用的時(shí)間跟冷凝器風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的有效面積成反比。

圖2 不同冷凝風(fēng)量耗時(shí)比較

圖3 不同冷凝風(fēng)量耗電能比較

2.3 不同垛距對(duì)制冷性能的影響

在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，冷藏集裝箱的堆放方式也會(huì)影響制冷系統(tǒng)的性能。不同的垛距，冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量會(huì)有所不同，因此有必要對(duì)不同垛距下制冷系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。放置和集裝箱裝制冷機(jī)組側(cè)大小差不多的箱子，通過(guò)改變冷藏箱與箱子的距離來(lái)模擬垛距，使集裝箱內(nèi)部溫度從環(huán)境溫度(30.5±0.5) ℃下降到-20 ℃，記錄耗功和時(shí)間，見(jiàn)表4。

表4 不同垛距的耗電和時(shí)間

由表4可見(jiàn)，冷藏集裝箱間距大于1 m時(shí)，系統(tǒng)的耗功和時(shí)間已變化很小。故冷藏集裝箱放置時(shí)，為了防止熱風(fēng)短路，降低制冷裝置的制冷效率，堆垛距離至少要達(dá)到1 m，才能使制冷裝置有效地進(jìn)行通風(fēng)。

3 結(jié)論

風(fēng)機(jī)性能下降及過(guò)小的垛距會(huì)降低冷凝風(fēng)機(jī)的冷凝風(fēng)量，增加系統(tǒng)的制冷時(shí)間和功耗。在實(shí)際管理過(guò)程中，冷凝風(fēng)機(jī)由于暴露在環(huán)境中，容易出現(xiàn)性能下降，應(yīng)注意經(jīng)常對(duì)冷凝風(fēng)機(jī)進(jìn)行清潔和保養(yǎng)；在堆垛過(guò)程中要注意合適的堆垛距離，以獲取最多的擺放數(shù)量和較佳的系統(tǒng)性能。

本文的試驗(yàn)是在單箱狀態(tài)下進(jìn)行的，在實(shí)際堆垛中，冷藏箱往往是多個(gè)疊放，因此，有必要進(jìn)一步在多箱堆垛狀態(tài)下對(duì)冷凝風(fēng)量的影響因素進(jìn)

行模擬研究。

[1] 盧士勛，楊萬(wàn)楓.冷藏運(yùn)輸制冷技術(shù)與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 謝培志.冷藏集裝箱工況模擬及試驗(yàn)研究[D].上海：上海海事大學(xué)，2006.

[3] 樊 斌，汪和平.噴液冷卻在高溫空調(diào)中的應(yīng)用與理論分析[J].制冷空調(diào),2011(4):175-178.

[4] 張雪亮.制冷經(jīng)濟(jì)器循環(huán)與普通經(jīng)濟(jì)器循環(huán)性能比較[J].中國(guó)科技信息,2011(10):124-125.

[5] 劉訓(xùn)海，朱 華.低溫冷風(fēng)機(jī)熱氣融霜試驗(yàn)研究[J].低溫工程,2008(1)：57-60.