不同冷凝風量對冷藏集裝箱運行特性影響的試驗研究

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(集美大學 輪機工程學院，福建 廈門 361021)

目前國內外所廣泛應用的冷藏集裝箱的冷風循環(huán)，都是采用冷風從制冷裝置的下部吹出，經(jīng)過箱內底部通風軌，經(jīng)過貨物及側板、門板、吸收熱量后上升到頂部，被制冷裝置的頂部吸入。再由風機吹過蒸發(fā)器，放出熱量，溫度降低，再從下部吹出，周而復始的循環(huán)，箱內的熱量被蒸發(fā)器吸收，通過冷凝器排出，就實現(xiàn)了制冷[1]。冷藏集裝箱貨物的保存質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做功產(chǎn)生的熱量，故冷凝器風機的風量影響制冷系統(tǒng)的運行特性，從而影響整個系統(tǒng)的能耗。

在實際運行中，冷凝器的風機由于暴露在環(huán)境中，容易造成風機性能下降，從而影響冷凝風量；另外，在冷藏集裝箱的堆垛過程中，堆垛方式和距離會影響冷凝空氣氣流的流動狀態(tài)，從而影響冷凝風量。因此，本試驗將模擬風機性能下降對制冷系統(tǒng)運行特性的影響，同時，研究不同垛距對制冷性能的影響。

1 試驗臺及主要試驗儀器介紹

試驗以集美大學輪機工程學院的20 ft船用冷藏集裝箱為對象，該冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)見圖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-排氣壓力調節(jié)閥；HPT-高壓傳感器；SMV-吸氣調節(jié)閥；HPS-高壓轉換閥

圖1冷藏箱的制冷系統(tǒng)

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

1)噴液冷卻。在壓縮機正常運轉中，為了防止壓縮機的排氣溫度過高，當排氣溫度超過一定的限度，通過噴液電磁閥向壓縮機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，保證機組安全運行[2]。

2)經(jīng)濟器。來自貯液器的溫度相對較高的液態(tài)制冷劑與來自蒸發(fā)器的溫度相對較低的氣態(tài)制冷劑進行換熱，使蒸發(fā)器入口制冷劑溫度降低，防止閃氣，提高制冷效果；同時使氣態(tài)制冷劑過熱，防止液擊[3]。

3)自動熱氣融霜。冷藏箱長時間運轉會產(chǎn)生霜，不去除影響制冷效果。當檢測到結霜嚴重時，通過融霜電磁閥把來自壓縮機的高溫高壓熱的過熱氣體通入并流經(jīng)蒸發(fā)器，制冷劑在蒸發(fā)器中冷卻，集結在蒸發(fā)器上的霜層吸收制冷劑放出的熱量，從而達到融霜的目的。熱氣融霜時間短，效率高，是一種節(jié)能的融霜方式[4]。

試驗數(shù)據(jù)采集如下：壓縮機吸排氣壓力、壓縮機的吸排氣溫度、制冷劑在蒸發(fā)器進出口溫度、吸氣調節(jié)閥和電子膨脹閥開度、送風和回風溫度，還測量功率并記錄相應的時間。同時，還配備了TSI8710型面風量計[5]，用于測量冷凝風機的冷凝風量。

2 試驗研究

2.1 試驗方案

1)設定冷藏箱內部溫度為-20 ℃。試驗時環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，相對濕度65%左右，保證外界滲入熱大致相等。

2)冷凝風機出口沒有遮擋和分別用木板擋住冷凝風機出口1/4及1/2的面積時，分別用風量計測出冷凝風機的出口風量，記錄制冷機組各參數(shù)的變化數(shù)據(jù)，觀察和記錄機組所消耗的功和運行的時間。

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

2.2 正常冷凝風量下系統(tǒng)的運行特性和風機性能下降對制冷性能影響試驗

1)正常冷凝風量下系統(tǒng)運行特性試驗。在正常冷凝風量下進行系統(tǒng)運行特性試驗，也就是冷凝風機出口沒有遮擋時，當外界環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，設定箱內溫度為-20 ℃，以回風溫度為參照對象，每下降4 ℃記錄一組數(shù)據(jù)，因開始時溫度下降太快(從30.5 ℃～20 ℃為2～3 min)，所以從20 ℃開始記錄，觀測記錄制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況。試驗結果見表1，當箱內的溫度達到設定值時，冷凝風機風量為59.8 m3/min，歷時47 min，耗電能4.887 kW·h。

表1 正常冷凝風量下制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況

注：FD-冷凝風機風量；HP-高壓；LP-低壓；EIS-制冷劑在蒸發(fā)器進口溫度；EOS-制冷劑在蒸發(fā)器出口溫度；DCHS-壓縮機排氣溫度；SGS-壓縮機吸氣溫度；MVO-吸氣調節(jié)閥開度；EEVO-電子膨脹閥開度；SS-供風溫度；RS-回風溫度

2)風機性能下降對制冷性能影響的試驗。當冷凝風機出口分別遮擋1/4及1/2時，也就是說3/4冷凝風口面積和1/2冷凝風口面積下，當外界環(huán)境溫度為(30.5±0.5)℃，設定箱內溫度為-20 ℃，以回風溫度為參照對象，每下降4 ℃記錄一組數(shù)據(jù)。

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

表2是3/4冷凝風機風口面積運行特性的試驗結果，當箱內的溫度達到設定值時，冷凝風機風量為48.9 m3/min，歷時53 min，耗電能5.511 kW·h。

表3是1/2冷凝風機風口面積運行特性的試驗結果，當箱內的溫度達到設定值時，冷凝風機風量為42.8 m3/min，歷時61 min，耗功6.343 kW·h。

表2 3/4冷凝風機面積工況下制冷系統(tǒng)各參數(shù)變化情況

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

3)3個試驗達到設定溫度所消耗功和消耗時間比較。圖2、3分別表示不同風口面積下，箱內溫度從(30.5±0.5) ℃下降到設定的-20 ℃所需要的時間和電能。圖2、3表明，當條件相同時，達到相同的溫度，壓縮機所消耗的電能和所用的時間跟冷凝器風機出風口的有效面積成反比。

圖2 不同冷凝風量耗時比較

圖3 不同冷凝風量耗電能比較

2.3 不同垛距對制冷性能的影響

在實際運輸過程中，冷藏集裝箱的堆放方式也會影響制冷系統(tǒng)的性能。不同的垛距，冷凝風機風量會有所不同，因此有必要對不同垛距下制冷系統(tǒng)的性能進行研究。放置和集裝箱裝制冷機組側大小差不多的箱子，通過改變冷藏箱與箱子的距離來模擬垛距，使集裝箱內部溫度從環(huán)境溫度(30.5±0.5) ℃下降到-20 ℃，記錄耗功和時間，見表4。

表4 不同垛距的耗電和時間

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

3 結論

風機性能下降及過小的垛距會降低冷凝風機的冷凝風量，增加系統(tǒng)的制冷時間和功耗。在實際管理過程中，冷凝風機由于暴露在環(huán)境中，容易出現(xiàn)性能下降，應注意經(jīng)常對冷凝風機進行清潔和保養(yǎng)；在堆垛過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。

本文的試驗是在單箱狀態(tài)下進行的，在實際堆垛中，冷藏箱往往是多個疊放，因此，有必要進一步在多箱堆垛狀態(tài)下對冷凝風量的影響因素進

行模擬研究。

[1] 盧士勛，楊萬楓.冷藏運輸制冷技術與設備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

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

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

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

[5] 劉訓海，朱 華.低溫冷風機熱氣融霜試驗研究[J].低溫工程,2008(1)：57-60.