移動式瓜果差壓預冷機的優化改進

楊會民，郭兆峰，王學農，劉向東，孫小麗，喬園園，吳政國

（新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆烏魯木齊　830091）

移動式瓜果差壓預冷機的優化改進

楊會民，郭兆峰，王學農，劉向東，孫小麗，喬園園，吳政國

（新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆烏魯木齊830091）

摘要：文中通過對5TYY- 40型田間移動式瓜果差壓預冷機進行優化改進，使其預冷降溫過程由直接降溫變為階梯式降溫，實現了庫內物料的平滑降溫，提高了預冷機的預冷效果；同時對預冷機的控制系統進行了升級改進，將溫濕度傳感器由原來的2個增加到12個，并對其位置進行了合理布置，使系統功率消耗降低，可靠性得到明顯提高。我們于2014年7月、8月分別在英吉沙縣果品蔬菜供銷社和吐魯番新疆果業集團吐魯番基地對該機進行了試驗測試，試驗證明該機預冷效果明顯，整機性能得到提高。

關鍵詞：移動式；差壓預冷機；控制系統；優化

新疆維吾爾自治區科技重大專項：《新疆特色果品田間預冷及高質化加工關鍵技術研究與示范》（201130102- 4）；自治區農機化新技術新機具研制開發項目《移動式瓜果田間差壓式預冷裝置研制開發》

新疆是我國重要的瓜果生產基地，大部分瓜果都要運往內地銷售。因運輸路距離較遠，使得新疆瓜果到達內地市場后品質降低，貨架期縮短，嚴重影響了新疆瓜果行業的經濟效益[1]。經濟發達國家為了獲得高質量的新鮮果蔬產品，已把預冷作為果蔬采后的第一道工序，即在果蔬原料采收后的最短時間內，在果蔬原產地，用人工方法將其預冷到規定溫度[2]。預冷的方式有很多種，選擇適宜的預冷方法應該考慮很多影響因素[3]。

差壓預冷是在冷庫預冷的基礎上彌補了其預冷時間長、不均勻等不足而研究發展起來的預冷技術，其成本與冷庫預冷相當，但預冷效果比冷庫預冷提高2～6倍，預冷時間僅為冷庫預冷的1/4～1/10。5TYY-40型田間移動式瓜果差壓預冷機的降溫方式為直接降溫，果品無法與冷風及時進行能量轉換，預冷效率低，功率消耗大，預冷機的工作可靠性和安全性也有待提高。筆者針對此型預冷機現存在的問題進行了優化改進[4]。

1　工作原理及改進方案

1.1工作原理

（1）當外部啟動/停止旋鈕轉到啟動位置，在庫溫高于設定溫度上限值且無系統故障時供液閥經設定延時啟動。當庫溫低于設定溫度下限值時供液閥關閉。供液閥啟動后經設定延時壓縮機啟動，當庫溫低于設定溫度下限時，關閉供液閥后經系統延時停止壓縮機運行。供液閥啟動后經設定延時冷風機啟動，當庫溫低于設定溫度下限時，關閉供液閥后經系統延時停止冷風機運行。壓縮機啟動后，當高壓達到壓力控制器設定值時，啟動冷凝器，當高壓低于壓力控制器設定值時停止冷凝器運行。化霜為手動化霜，根據實際控制需要在用戶參數中設置化霜周期參數，當系統運行時間達到化霜周期設置時間開始自動化霜，是根據實際情況而進行的強制化霜，經化霜時間或到達化霜時庫溫上限，化霜結束停止化霜。圖1為預冷機制冷機組組成。

圖1　預冷機制冷機組組成

（2）制冷工作流程如下：

通過冷凍油在壓縮機和油分離器之間循環，對壓縮機進行冷卻，冷媒通過冷凝器散熱后回到儲液瓶，再通過過濾器、電磁閥、膨脹閥吸熱降溫，再通過冷風機在預冷間形成冷風氣流。

1.2改進方案

（1）優化預冷機降溫方式，使其由原來的直接降溫改為階梯式降溫，每個階梯時間段，階梯溫度值都根據預冷果品不同、包裝方式不同、預冷果品數量不同而設定，采用這種降溫方式，使預冷機預冷效果達到最佳。

（2）對控制系統電氣及控制儀進行改進，使其系統可靠性得到提高，預冷機整機功率消耗降低。溫濕度傳感器由原來的2個增加到現在的12組，均勻分布在預冷間的兩側，能夠實時準確地檢測到庫內溫度的變化，使制冷機組效率大大提高。

2　系統設計

2.1系統電氣改進設計

為了使預冷機系統低功耗、安全可靠地運行，我們對其電氣部分做了改進。本系統采用了丹佛斯FYC-15H風冷制冷機組，設置了高低壓保護電路和急停開關，根據系統工作情況設置高壓限制值為25KG，低壓限制值為1KG，這樣可以保證制冷機組的安全運行。為了使系統的可靠性更高，避免機組短時間內頻繁啟停，我們在壓縮機、冷風機、冷凝器電路中加入了延時動作電路。考慮到本預冷機工作過程需要融霜的情況極少出現，為了降低系統功率消耗，把融霜啟停改為手動。如圖2為系統主電路圖，其余控制電路（電源指示、壓縮機控制、冷凝器控制、電磁閥控制、冷風機控制、高低壓保護、融霜等控制電路）未在圖中顯示。

圖2　系統主電路圖

2.2控制系統改進設計

為了實現上述改進方案中預冷瓜果溫度的平滑下降及預冷工作間冷風溫度的階梯式下降，本系統采用了廣州科力智能儀器有限公司的ACR-700多路巡檢控制儀，包括12組溫濕度傳感器和ACR-700控制器。此控制儀能根據溫濕度值的變化控制制冷機組啟停，實現工作間冷風溫度的階梯式下降。通過設定目標值、階梯溫度值和階梯溫度保持時間，能夠靈活根據不同預冷物料特性實現預冷最佳效果。12組傳感器均勻分布在預冷間兩側，使控制儀能根據預冷間溫度進行準確控制。本控制儀還具有系統故障報警及緊急關閉制冷機組的功能。圖3所示為預冷間溫濕度傳感器布置示意圖。

圖3　傳感器布置示意圖

3　試驗及結果

3.1試驗測試

2014年7月在英吉沙縣果品蔬菜供銷社對優化改進后的預冷機進行了色實提杏預冷試驗測試，試驗選用采摘后2～3 h的色買提杏，按每框10 kg裝好，按要求將裝好的塑料筐堆碼在預冷間兩側，蓋好帆布，其余出風口做好密封。溫度從27℃開始階梯式降溫至5℃，除了控制器溫濕度傳感器外，為了測量果心溫度變化，筆者在杏子果實內部均勻放置了4個無線溫度記錄儀。2014年8月在吐魯番新疆果業集團吐魯番基地進行無核白葡萄試驗測試，物料選用采摘后2～3 h的無核白葡萄3 t，按每框4 kg裝入塑料筐，按試驗要求堆碼在預冷間兩側，蓋好帆布，放置好無線溫度記錄儀，打開電源開始預冷，檢測設備的使用性能和不同物料預冷所需時間。

3.2測試結果

試驗證明預冷機可以安全穩定地工作。試驗人員分別對出風口溫度、庫溫、果心溫度進行跟蹤記錄，結果表明預冷機預冷效果明顯提高。

（1）杏子的適宜預冷溫度為5℃左右，設定預冷溫度為3℃，杏子的初始溫度為26～27℃，圖4所示為預冷間不同部位溫度變化曲線。由圖可以看出，出風口溫度降到15℃的時候保持1.5 h，制冷機組啟動，繼續降溫，溫度降到5℃左右，繼續保持0.5 h，形成階梯式降溫。我們可以發現預冷間溫度在前1 h內溫度降低3℃左右，2～3 h溫度降低14℃左右，降溫較快。隨著果實溫度下降，降溫幅度越來越小，6 h后果實溫度達到預冷設定值。

（2）葡萄的適宜預冷溫度為3℃左右，預冷機設定溫度為1℃，葡萄的初始溫度為32～33℃，圖5所示為葡萄預冷的溫度變化曲線。由圖可以看出，在7 h的時候達到預冷所需溫度值，庫溫接近0℃不再變化；同樣在15℃和5℃的時候關停制冷機組，出風口溫度分別保持了不同長的時間段。

（3）與直接降溫相比，優化改進后的預冷機采用階梯式降溫，預冷物料可以充分與冷風進行能量交換，降溫效率更高，功率消耗更低；同時整機的工作可靠性、安全性也得到提高。

圖4　杏子預冷溫度變化曲線

圖5　葡萄預冷溫度變化曲線

4　結論

對5TYY-40型田間移動式瓜果差壓預冷機的降溫方式改進后，預冷過程中預冷工作間的冷風氣流均勻平穩，降溫過程更加平滑，預冷效果明顯；對預冷機的控制系統進行優化改進后，系統的可靠性更好，操作更加簡便，同時降低了整個預冷機的功率消耗，整機性能大大提高。

參考文獻：

[1]劉向東，郭兆峰，牛長河等.5TYY-40型田間移動式瓜果差壓預冷機的研制[J].新疆農機化，2014，（3）：5～6.

[2]彭苗，陳華，杜建通等.果蔬差壓預冷技術[J].保鮮與加工，2000（1）：15～17.

[3]高麗樸，鄭淑芳，李武等.果蔬差壓預冷設備及預冷技術研究[J].農業工程學報，2003，19（6）：185～189.

[4]鄭淑芳，高麗樸，李武.移動式差壓預冷機的研制與示范初報[J].中國農學通報，2005，21(10)：389～392.

通訊作者：王學農

基金項目：科學技術部國家“十二五”科技支撐計劃：《新疆特色林果精深加工關鍵技術及裝備研究與示范》（2011BAD27B01）；

收稿日期：2014-12-15

文章編號：1007-7782（2015）01-0018-03

中圖分類號：S229+.3

文獻標識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.01.008