關(guān)于艦船應(yīng)用氣調(diào)保鮮冷藏單元的研究

何 磊，柴鎮(zhèn)江，施曉波

(1．海軍駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129；2. 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

關(guān)于艦船應(yīng)用氣調(diào)保鮮冷藏單元的研究

何 磊1，柴鎮(zhèn)江1，施曉波2

(1．海軍駐滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129；2. 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

通過對艦船氣調(diào)保鮮系統(tǒng)原理和氣調(diào)保鮮冷藏單元組成的闡述，分析了氣調(diào)保鮮冷藏單元相比傳統(tǒng)的果蔬保鮮組合冷庫具有保鮮效果好、安裝簡單、適用性強(qiáng)和使用可靠等優(yōu)勢。指出了在艦船上使用氣調(diào)保鮮冷藏單元要注意的事項(xiàng)，認(rèn)為艦船上應(yīng)用氣調(diào)保鮮冷藏單元具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

果蔬；氣調(diào)；冷藏單元；適用性；安全保障

0 引言

隨著我國海軍從黃海海軍向藍(lán)海海軍的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，海軍艦艇在海上執(zhí)行任務(wù)的單次時(shí)間越來越長，不論是巡邏、護(hù)漁、演習(xí)訓(xùn)練以及亞丁灣護(hù)航，都對艦艇的自持力和續(xù)航力提出了很高的要求。而艦艇除了在設(shè)備上應(yīng)滿足自持力和續(xù)航力的要求外，艦艇上工作的官兵是否也能在長期的海上生活工作中保持良好的身體素質(zhì)變的尤為重要。

新鮮的果蔬可提供人體必需的多種維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等，可維持人體內(nèi)的酸堿平衡，促進(jìn)新陳代謝。如果人長期吃不到新鮮的果蔬會(huì)影響人體的健康，導(dǎo)致貧血、潰瘍、精神不振等情況。對于長期遠(yuǎn)離陸地在海上執(zhí)行各種任務(wù)的海軍艦艇來說，缺少新鮮果蔬是一個(gè)非常棘手的問題，主要是由于果蔬相對其他食品肉類來說貯藏時(shí)間短(冷庫環(huán)境下一般不超過一周)，又不能在低溫下冷凍，加上艦艇上的果蔬貯藏環(huán)境存在空間小、混合貯藏導(dǎo)致催熟腐爛等問題。海軍官兵經(jīng)常是在出海一周后就開始面臨長期吃不到新鮮果蔬，進(jìn)而直接影響到海軍官兵的身體健康，這對艦艇長時(shí)間執(zhí)行任務(wù)產(chǎn)生了非常不利的影響。因此如何提高艦艇上果蔬貯藏保鮮能力，實(shí)現(xiàn)海軍官兵能夠長期吃到新鮮優(yōu)質(zhì)果蔬，從而保證海軍官兵在長距離、長時(shí)間連續(xù)航行和執(zhí)行任務(wù)過程中依然能保證身體健康和體能，是現(xiàn)階段迫切需要解決的問題。

1 艦船果蔬保鮮

1.1 傳統(tǒng)果蔬保鮮方式

目前，艦船果蔬保鮮主要是依靠在低溫冷藏蔬菜庫內(nèi)配備臭氧發(fā)生器和乙烯脫除保鮮裝置，其原理是由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧離子來對庫內(nèi)進(jìn)行殺菌，減少導(dǎo)致果蔬腐爛變質(zhì)的細(xì)菌；由乙烯脫除裝置來對庫內(nèi)空氣進(jìn)行過濾，將果蔬在貯藏中釋放的催熟劑乙烯進(jìn)行脫除轉(zhuǎn)化，減緩果蔬的成熟速度。利用這個(gè)方法雖然可對果蔬保鮮期有一定的延長，但效果有限，根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)一般能將果蔬的貯藏時(shí)限延長至15d左右，而類似于亞丁灣護(hù)航這樣超過一個(gè)月才補(bǔ)給一次的任務(wù)來說，這種方法不能滿足需求。

1.2 氣調(diào)保鮮冷藏單元

1.2.1 氣調(diào)保鮮冷藏概述

氣調(diào)冷藏保鮮是利用陸用大型氣調(diào)冷藏庫的成熟技術(shù)，在冷藏的基礎(chǔ)上，增加了氣體成分調(diào)節(jié)，通過對貯藏環(huán)境中溫度、濕度、氮?dú)?、二氧化碳、氧氣濃度和乙烯濃度等條件的有效控制，抑制果蔬呼吸作用，延緩其新陳代謝過程，通常氣調(diào)貯藏比普通冷藏可延長貯藏期2～3倍。該技術(shù)已經(jīng)在民用市場被廣泛利用，被證明是現(xiàn)在最先進(jìn)的果蔬保鮮貯藏方法。目前艦船上的氣調(diào)調(diào)節(jié)方式主要是充氮降氧加上乙烯脫除，其原理是將制氮機(jī)產(chǎn)生的氮?dú)?，?qiáng)制性的充入冷藏庫內(nèi)來置換空氣，或在二氧化碳含量高時(shí)，用以置換二氧化碳，以達(dá)到快速降氧和控制適量二氧化碳，并同時(shí)定時(shí)進(jìn)行乙烯脫除處理。氣調(diào)保鮮原理框架圖見圖 1。

這種調(diào)節(jié)方式可將冷藏庫內(nèi)的氧氣濃度控制在1%～5%，二氧化碳濃度控制在3%～10%，這樣可有效抑制果蔬的呼吸作用和微生物的生長繁殖，也間接影響其蒸發(fā)，并且可延緩葉綠素的分解，對水果還有保硬效果?？刂七m當(dāng)高的二氧化碳含量，可減緩呼吸。同時(shí)二氧化碳是乙烯作用的競爭性抑制劑，提高氣調(diào)庫內(nèi)的二氧化碳含量，會(huì)使水果的內(nèi)源乙烯合成速度減緩[1]。

圖1 氣調(diào)保鮮原理框架圖

1.2.2 氣調(diào)保鮮冷藏單元的組成

氣調(diào)保鮮冷藏單元將氣調(diào)保鮮設(shè)備、冷藏設(shè)備和氣密冷庫三大設(shè)備整合為一體，外形可根據(jù)艦船總體設(shè)計(jì)進(jìn)行定制，作為一個(gè)分段或者艙室直接吊裝。保鮮冷藏單元分為三個(gè)大小不一的艙室，分別用于放置設(shè)備、貯藏蔬菜和貯藏水果。保鮮冷藏單元一般包含制冷設(shè)備、制氮設(shè)備、二氧化碳脫除設(shè)備、乙烯脫除設(shè)備、濕度調(diào)節(jié)裝置等。所有的設(shè)備均可自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)調(diào)節(jié)。其中氣調(diào)保鮮設(shè)備、冷藏設(shè)備及電控機(jī)柜全部集成于設(shè)備艙，單元控制采用PLC控制方式，可通過庫外監(jiān)控方式監(jiān)視和控制氣調(diào)冷藏單元的運(yùn)行狀態(tài)。典型的氣調(diào)保鮮冷藏單元布置見圖2。

圖2 氣調(diào)保鮮冷藏單元典型布置圖

2 氣調(diào)保鮮冷藏單元在艦船上使用的優(yōu)勢

該單元由于采用了陸用氣調(diào)冷藏庫的成熟技術(shù)，在保鮮原理上和可靠性上都是具有先天優(yōu)勢，然后根據(jù)艦船使用環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性的改進(jìn)，并結(jié)合現(xiàn)在造船業(yè)比較流行的模塊化生產(chǎn)程序，配合殼舾涂一體化作業(yè)，相對于傳統(tǒng)的單一組合式冷庫具有以下優(yōu)勢。

2.1 保鮮效果好

相對于之前單一組合式冷庫，其通過改變貯藏環(huán)境氣體成分、相對濕度，最大程度的創(chuàng)造果蔬貯藏最佳環(huán)境，其效果變現(xiàn)主要在以下幾個(gè)方面：氣調(diào)貯藏單元營造的低氧環(huán)境(一般氧含量降低至1%～5%)，而適當(dāng)?shù)亩趸紳舛瓤捎行б种乒吆粑饔?，減少果蔬中營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，同時(shí)抑制病原菌的滋生繁殖，控制某些生理病害的發(fā)生；清除貯藏環(huán)境氣體中的乙烯，以抑制其對果蔬的催熟作用，延緩后熟和衰老過程；增加環(huán)境氣體中的相對濕度，以降低果蔬的蒸騰作用，從而達(dá)到果蔬長期貯藏保鮮的目的。所以，經(jīng)氣調(diào)貯藏保鮮的果蔬具有以下特點(diǎn)：1）很好的保持果蔬原有的形、色、香味；2）果實(shí)硬度高于普通冷藏環(huán)境；3）貯藏時(shí)間延長(經(jīng)大量試驗(yàn)得出該單元可保證大多數(shù)果蔬的貯藏期在40d以上，包括較難貯藏的生菜、青菜，其中青菜貯藏到50d時(shí)還有80%以上的可食用率。而蘿卜、蒜苗、花菜等貯藏期可達(dá)90d具有95%以上的可食用率)；4）果實(shí)腐爛率低、自然損耗(失水率)低；5）延長貨架期（貨架期為果蔬在解除氣調(diào)狀態(tài)后仍具有的一段很長時(shí)間的“滯后效應(yīng)”或休眠期。其對艦船遠(yuǎn)航的使用是有積極作用的，官兵可根據(jù)需要定期從單元內(nèi)取出定量的果蔬食用而不擔(dān)心出庫后果蔬很快腐爛變質(zhì)）；6）適于長期運(yùn)輸貯藏(可根據(jù)需要由都具有氣調(diào)保鮮冷藏單元的補(bǔ)給艦為作戰(zhàn)艦艇補(bǔ)充新鮮果蔬)。

2.2 艦船適用性好

1）由于作戰(zhàn)艦船空間有限，相對于民用船舶和陸用冷庫來說空間都非常緊張，該單元靈活的設(shè)備布局以及可根據(jù)艦船總體設(shè)計(jì)重新設(shè)計(jì)的庫體為艦船設(shè)計(jì)和施工帶來了極大的便利。單元冷庫的所有配套設(shè)備如制冷系統(tǒng)、泄水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及冷庫附件均安裝于同一單元上，以完整產(chǎn)品出廠，因此具有安裝方便迅速，只要接通電源、泄水、冷卻水和通風(fēng)接口即可投入運(yùn)行[2]。

2）氣調(diào)庫相對于傳統(tǒng)組合式冷庫對庫體本身的密性要求高，主要是為保證庫內(nèi)氣體成份濃度長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，并防止氮?dú)庑孤?。氣調(diào)庫氣密測試主要采用正壓測試法。目前關(guān)于艦船上氣調(diào)庫氣密標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定，一般參考我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣調(diào)冷藏庫設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)要求[3]。

傳統(tǒng)組合式冷庫庫體一般采用現(xiàn)場裝配式結(jié)構(gòu)，由預(yù)制不銹鋼絕熱復(fù)合板(彩鋼板+聚氨酯泡沫+防潮膠合板+不銹鋼板)、冷庫門、地漏及其他附件現(xiàn)場組裝而成。但由于預(yù)制不銹鋼絕熱復(fù)合板的接縫處均采用企口連接和硅膠密封，處理不好很易泄漏，加上艦船的震動(dòng)本來就比普通船大，長期的震動(dòng)必定會(huì)使接縫間隙越來越大，保證不了氣密性。另外，普通冷庫門也難以達(dá)到氣密要求。而單元冷庫庫體外是用鋼板焊接成的一個(gè)鋼性圍壁，先對此鋼性圍壁做密性試驗(yàn)，合格后再在鋼圍壁內(nèi)部裝配庫板結(jié)構(gòu)。所以單元冷庫的密性是靠庫體外鋼圍壁來保證的，這樣很好的解決了不銹鋼絕熱復(fù)合板接縫處的泄漏問題，同時(shí)又采用了具有彈性材料密封的專用氣調(diào)庫氣密門，并對庫體上所有對外接口做好密封措施，這樣可以大大改進(jìn)庫體氣密性[4]。另外，單元冷庫實(shí)船安裝時(shí)是整體固定在船體基座上，因此它的強(qiáng)度更大，剛性更好，可更好適應(yīng)不同現(xiàn)場安裝情況與艦船航行時(shí)帶來的各種不利因素。

所以以單元或者模塊的形式在生產(chǎn)廠家全部做好再吊裝上船也從工藝上保證了其冷藏保鮮的效果(傳統(tǒng)組合式冷庫由于在造船現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，難免密封性受到影響，進(jìn)而直接導(dǎo)致冷藏效果大打折扣)。

3 氣調(diào)保鮮冷藏單元在艦船上使用的注意點(diǎn)

由于氣調(diào)保鮮是一種新的果蔬貯藏概念，其在設(shè)計(jì)和使用上與傳統(tǒng)的冷庫是有本質(zhì)區(qū)別的，總結(jié)下來氣調(diào)保鮮冷藏單元在艦船上使用還需注意以下幾點(diǎn)。

3.1 與常規(guī)冷藏庫共同使用

氣調(diào)保鮮冷藏單元雖是根據(jù)常規(guī)冷藏庫發(fā)展而來的，但其更主要的目的是針對長時(shí)間的果蔬貯藏，而由于其內(nèi)外部要求盡可能的隔絕并盡可能的避免打開，所以其應(yīng)和常規(guī)冷庫共同協(xié)調(diào)使用才能達(dá)到保鮮效果和使用便利性的統(tǒng)一。

3.2 減少庫門打開次數(shù)

氣調(diào)保鮮冷藏單元必須具有良好的氣密性。由于其保鮮原理是依靠調(diào)節(jié)庫內(nèi)氣體成分來達(dá)到保鮮的目的，并在果蔬貯藏期間較長時(shí)間，來維持設(shè)定的指標(biāo)，所以減免庫內(nèi)外氣體的交換對單元保鮮效果起到了有較大的影響，從理論上來講打開庫門次數(shù)越少，保鮮效果就越好。所以在該單元的使用上應(yīng)該和傳統(tǒng)組合式冷庫有所區(qū)別，根據(jù)食品常規(guī)冷藏保鮮的規(guī)律，一般建議一周左右打開一次取出定量的果蔬放置于常規(guī)冷庫內(nèi)食用，并應(yīng)快進(jìn)快出。

3.3 安全保障

3.3.1 庫體安全

由于單元的庫體是密閉的，當(dāng)庫內(nèi)外溫度升降變化時(shí)，其內(nèi)部壓力也會(huì)隨之變化，從而導(dǎo)致庫內(nèi)外有一定的壓差，故在設(shè)計(jì)氣調(diào)保鮮冷藏單元時(shí)應(yīng)布置安全閥和氣壓調(diào)節(jié)裝置，以使內(nèi)外壓差控制在一個(gè)較為安全的范圍內(nèi)。為避免安全閥或氣壓調(diào)節(jié)裝置失靈，庫體內(nèi)還應(yīng)設(shè)有微壓差雙向安全保險(xiǎn)開關(guān)，當(dāng)庫內(nèi)壓力超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)；

3.3.2 人員安全

氣調(diào)庫內(nèi)含氧量一般在5%以下，如此低的含氧環(huán)境將威脅進(jìn)庫操作人員的生命安全，必須在進(jìn)庫前用增氧風(fēng)機(jī)吹入常氧空氣，只有當(dāng)庫內(nèi)含氧量增至15%以上才能入庫操作。因此，應(yīng)在庫門旁設(shè)置安全操作控制盒及安全警示燈，當(dāng)艦員需進(jìn)入庫內(nèi)作業(yè)時(shí)，在安全操作控制盒上打開增氧風(fēng)機(jī)，待安全警示燈滅，表明庫內(nèi)增氧完成，庫內(nèi)含氧量已≥15%，人員可入庫操作。若艦員未按規(guī)定操作，即安全警示燈未滅就將庫門打開，此時(shí)系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)。

4 結(jié)論

氣調(diào)保鮮技術(shù)最早應(yīng)用于民用，所以其在民用市場上應(yīng)用非常廣泛，從大型的陸用氣調(diào)保鮮貯藏庫建設(shè)到跨國生鮮食品海上進(jìn)出口貿(mào)易都能見到氣調(diào)保鮮設(shè)備的身影，其作為現(xiàn)代生鮮食物冷鏈建設(shè)中重要的部分已成為廣大人民生活中不可缺少的一部分。將該成熟技術(shù)引入用來解決海軍官兵在長期海上生活中無法吃到新鮮果蔬的問題具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 尉遲斌, 盧士迅, 周祖毅. 實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

[2] 王強(qiáng)生, 張中明. 船用伙食冷庫[J]. 機(jī)電設(shè)備,2006（6）：3-4.

[3] 中華人民共和國商務(wù)部. 氣調(diào)冷藏庫設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京: 中國計(jì)劃出版社, 2009.

[4] 趙磊, 張慧. 氣調(diào)保鮮庫在現(xiàn)代船舶上的運(yùn)用[J].船舶, 2008(8)：6-8.

瓦錫蘭為中國政府公務(wù)船提供推進(jìn)設(shè)備解決方案

瓦錫蘭作為船舶行業(yè)領(lǐng)先的解決方案和服務(wù)提供商，已與中國交通進(jìn)出口總公司簽訂了為四艘新造海洋救助船提供主推進(jìn)系統(tǒng)的合同。這批船正在廣州中船黃埔造船有限公司建造，并計(jì)劃于2014年年底交船。該訂單作為同期22艘船的一系列合同中的一部分，于2013年第二季度簽署。

完整的瓦錫蘭推進(jìn)解決方案包括9缸瓦錫蘭32主機(jī)、瓦錫蘭可調(diào)距螺旋槳（CPP）、齒輪箱、軸帶發(fā)電機(jī)和瓦錫蘭Lipstronic 7000推進(jìn)控制系統(tǒng)。為了滿足客戶的要求以及船只運(yùn)行的規(guī)定，瓦錫蘭對整體的方案已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化。因?yàn)閳?zhí)行海洋救助作業(yè)往往是在復(fù)雜的海域和惡劣的天氣情況下進(jìn)行的，可靠性和安全性是贏得該合同最優(yōu)先被考慮的因素。除了在為最苛刻的作業(yè)條件而開發(fā)的設(shè)備解決方案方面具有杰出的業(yè)績記錄之外，瓦錫蘭在支持特種用途船方面有超過50年的經(jīng)驗(yàn)。

“我們很榮幸被選為這些船的推進(jìn)設(shè)備供應(yīng)商。這些船將在惡劣的自然環(huán)境下運(yùn)行，這意味著效率和可靠性是至關(guān)重要的。瓦錫蘭的完全集成推進(jìn)系統(tǒng)解決方案的設(shè)計(jì)正是針對最苛刻的需求而設(shè)計(jì)的。我們不僅利用瓦錫蘭廣泛的商業(yè)專長和經(jīng)驗(yàn)來支持這種能力，而且也從業(yè)界最全面的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中汲取經(jīng)驗(yàn)?！蓖咤a蘭船舶動(dòng)力部銷售副總裁Aaron Bresnahan先生說道。

這些船將隸屬于中國交通運(yùn)輸部救助打撈局，瓦錫蘭為中國救助打撈局供應(yīng)設(shè)備已有超過15年的歷史。瓦錫蘭也是歐洲第一家就深化相互協(xié)作水平，促進(jìn)雙方交流與溝通建立長期機(jī)制，與中國交通運(yùn)輸部簽訂諒解備忘錄的企業(yè)。

Research on Using Controlled Atmosphere Refrigeration Unit on Naval Vessel

HE Lei1, CHAI Zhen-jiang1, SHI Xiao-bo2
(1. Navy Representatives Office at Hudong-Zhonghua Shipbuilding Co. Ltd., Shanghai 200129, China; 2. Hudong-zhonghua Shipbuilding Co. Ltd.., Shanghai 200129, China )

Through expatiating the composing of controlled atmosphere refrigeration unit and the principle of marine controlled atmosphere system, this paper analyses the advantages of controlled atmosphere refrigeration unit compared with traditional Pre-fab cold store of fruits and vegetables, such as good freshness, easy fixing, high applicability, reliable using and etc. Meanwhile, the paper points out some attentions about using controlled atmosphere refrigeration unit on naval vessel, which has practical significance to a certain extent.

fruits and vegetables; controlled atmosphere; refrigeration unit; applicability; safety control

U666

A

何磊 1982-， ，工程師。主要從事航船機(jī)電工程工作。