船舶食品冷藏中的冷藏技术

船舶食品冷藏中的冷藏技术
摘要：船舶食品冷藏技术以传统的冷冻冷藏为主，蔬菜的自给力不大于30 天。

为满足船舶食品自给力达到45 天的设计标准，解决船舶冷藏系统中存在的问题，冰温冷藏技术被引入船舶冷藏中。

文章介绍了冰温冷藏的原理和发展概况结合船舶现有的冷藏系统，给出了船舶冰温冷藏的技术方案，分析了冰温冷藏技术要应用于船舶冷藏上需解决的关键技术问题，并就如何解决这些问题进行了探讨。

关键词：船舶食品冷藏冰温冷藏制冷
Abstract: Conventional refrigeration technique is commonly used on ship food preservation now a day sand vegetables stored time is less than 30 days。

To prolong the stored time to 45 days and also solve the problems existing in ship food preservation systems, a new technology, controlled freezing-point technique is introduced。

This paper describes the controlled freezing-point technique, and analyzes its application possibility and key issues which needs to be solved on this kind of system。

Key words: ship cold storage of food ice temperature storage refrigeration
正文：
1、船舶冷藏技术的现状及存在的问题
我国船舶现有食品冷藏系统的设置基本是基于食品自给力不大于30 天设计的，只适合船舶近海航行，已不适应远洋航行的需求。

从目前船舶冷藏库的设置来看，一般设-18℃的低温库、+2℃的高温库和10℃~15℃的粮食库，库内的温度波动为±2℃。

库内设置冷风机，采用启/停控制的方法实现温度控制，冷风机的设置也一般不作区域负荷匹配性和优化气流组织方面的考虑；制冷装置一般仅设较少级别的负荷调节控制，未采用压缩机变频控制或并联压缩机多级能调技术，最终严重影响了库温的控制精度。

近年来，为了改善冷藏效果，新造船舶也尝试设置了一些气调库，力求解决果蔬长期保存过程中存在的问题，但因处于船舶应用的起步阶段，未能针对船舶上的应用开展系统的研究。

目前气调库的应用存在的不足。

主要表现为：1）仍然沿用了普通冷藏±2℃的控温精度，严重影响了气调库的保鲜效果；2）未能针对不同的果蔬食品设置不同的温区，也未能进行不同气调比例的配置；3）未能对库内气体泄漏和进库操作安全性进行针对性
设计，也未开展气调库船舶上使用安全性管理的研究；4）未能对多种食品进货状态设定针对性的预处理流程。

总之，船舶上的食品储藏技术是从普通陆用冷藏技术跨越式的直接进入了气调保鲜技术，未能进行船舶用食品保鲜技术的合理选择、安全设计、食品分类储藏和食品进出库及日常管理等方面要求的全面研究，尚未形成能满足于自给45 天左右食品保存的设计标准和其他相关要求。

此外，冷藏系统也未就食品的特定进库状态和库内摆放特点进行针对性的设计，因此需重点改进食品进出库通道、货柜和食品进库预处理等方面的针对性设计，为了保证更好的延长食品保存期，建议进行食品进库前的预处理或冷库设必要的预处理流程。

2 冰温冷藏技术的发展现状
冰温技术是继冷藏和气调保鲜技术发展起来的第三代食品保鲜技术，于上世纪70 年代起源于日本并在日本得到迅速发展。

它是利用零度至食品冻结点这一温区（一般为-1℃~-3℃）保存鲜活食品的保鲜技术。

和传统保鲜技术相比，它具有的优点：1）不破坏细胞；2）最大限度地抑制有害微生物的活动；3）最大限度地抑制呼吸作用，延长保鲜期；4）提高食品品质在冰点温度附近，为阻止生物体内冰晶形成，动植物会自动从体内不断地分泌大量的不冻液以降低冰点，不冻液的主要成分是葡萄糖、氨基酸、天冬氨酸等，从而使食品品质得以提高。

目前，该技术在国内已从技术引进、研究发展，进入了推广应用阶段。

例如，在家用冰箱上已大量推广应用（即“零度不结冰技术”），而且以西门子为代表的冰箱厂商还研发出了真空和冰温保鲜相结合的真空冰温保鲜冰箱。

在大型冷库上也有不少典型的应用实例，例如在上海崇明岛上建立的大陆地区的第一个冰温粮库，已成功用于储藏崇明长江农场的有机大米；北京市平谷区的桃产业果品保鲜与加工冰温示范工程，作为北京市科技重大项目已成功实现了大桃保质、保鲜三个月，磨盘柿保鲜 4 个月的目标。

而且，目前国内外学者已对冰温保鲜技术进行了更深入的研究，出现了超冰温技术、冰膜储藏技术、真空冰温技术和冰温气调技术等多种更先进的保鲜技术。

3 冰温技术在船舶上的应用探讨
为了提高船舶上的冷藏水平，实现大型补给船自给能力45 天左右的食品供给需求，需对现有的船舶用冷藏技术进行改进和更新。

考虑到气调保鲜在船舶上应用的安全性问题、气调设备尺寸较大、运行管理复杂和运行成本较高等缺陷，可以把能克服上述问题的冰温冷藏技术引入到船舶应用上来。

结合冰温冷藏本身的技术要求和船舶冷藏应用的特殊性，根据食品中、长期冷藏保鲜的需求，要做好冰温冷藏的设计，必须重点做好以下四个方面的工作：
1）冰温库具有较宽的温区设定功能，以满足食品进库预处理、出库后处理和冰温保存的需求，建议温控区域的可设定范围为-3~+5℃，并编制特定的控制
流程；
2）库内气流组织应开展优化设计，提高库内流场的均匀性；
3）制冷量供给和库内温度控制必须采用高精度控制技术，确保实现温度测量精度±0。

1℃、控制精度±0。

5℃的水平；
4）冰温储藏的要求对冷藏装置的性能改进提出了较高要求，但为了控制初投资和运行成本，还需力求最大限度的不改变普通冷藏系统的组成和结构形式。

要实现上述几个方面的技术要求，重点需解决以下五个方面的技术问题：1）改进冷藏装置的制冷量供应技术，扩展制冷负荷调节范围、提高制冷负荷调节精度对于大型冷库，往往存在以下几种情况：
（1）需设置不同功能的多个库温区，甚至在同一库内设置多个温区；
（2）每次进货的食品种类、状态不尽相同；
（3）在一个较长的食品储藏周期内，食品的各种活性作用也随着时间推移发生较大的变化；
（4）船舶航行范围较大，所处气候条件变化大。

这些因素都会使冷库负荷变化范围和剧烈程度变大，要求制冷机组具有更宽广的负荷调节范围。

另外，随着库温控制精度要求的提高，要求制冷机组具有更细的负荷调节能力和更好的负荷调节精度。

普通的船用冷藏系统，采用单台压缩机“启/停+卸载”的能调方式实现制冷负荷调节，这种方式已不能满足高精度的控制要求。

为解决这一问题，目前技术较成熟的实现方式有两种：
（1）采用压缩机变频技术，根据负荷需求的不同改变压缩机的转速，实现制冷能力的连续可调。

在家用和商用制冷领域，压缩机变频技术已很成熟、应用也很普遍，可选用的各种负荷范围的变频压缩机、变频器等品牌种类较多，使用变频技术完全可以满足要求。

（2）采用多压缩机并联运行技术，即采用多台较小制冷能力的压缩机替代一台大制冷量压缩机，并且多台压缩机并联接入同一制冷系统，实现扩展能调范围和细化能调等级的效果。

采用这种技术不仅无电磁兼容问题，而且初投资增加不大，还可提高制冷机组的互备性、增加可靠性。

2）测量和控制系统的测控精度需大大提高控制精度要求的提高，首先要求测量系统的测量精度更高，这对传感器的合理选择、位置设置、测量误差传递控制等提出了很高要求；其次，就控制方式而言，传统的启/停两位式控制方式不再适用。

因此，新的控制系统必须具有高测量精度、高控制精度、控制连续性和较高的非线性适应性等特点，就实现手段来说，“高测量精度”可通过采用±0。

1℃测量精度的温度传感器和±0。

001MPa 的压力传感器来实现高精度测量，同时在库内多个区域设置温度传感器，通过对测量数据的比较、判断来提取真实的参数、减小测量误差；“高精度、非线性控制”可通过在微电脑内设置PID 或模糊控制
程序实现高精度和非线性控制；“连续可调”可通过采用电子膨胀阀技术实现制冷剂流量连续控制来实现。

这些测量、控制、逻辑计算方法都是技术较先进、比较容易实现的方式，国内具有相应的技术能力、配套和服务渠道。

因此，相关的研究重点是结合制冷系统、冷库系统试验研究这些技术综合应用的效果和调试、使用管理的有效方法，力求达到±0。

5℃库温控制水平。

3）库内气流的送风方式需改善，实现均匀送风解决库内不同区域的温度均匀性，根除温控死区，除了需消除库内温度测控偏差外，还需重点消除送风气流组织的不均匀性对库内温度控制效果的影响。

这一问题的解决关键是减小送风温差、改善送风方式，具体来说可有两种解决方案：
（1）就送风方式而言，若采用天花板夹层送风、底部回风的送风方式效果最优。

据日本和国内试验研究的有关报道，采用这种方式实现了空库温度波动±0。

3℃、满库温度波动±0。

05℃的极佳效果。

但采用这种方式，改变了在库内设冷风机的传统形式，而需设置空气处理机组，通过送、回风管解决送回风问题，送风夹层可利用传统冷藏库中布置冷风机的空间，因此对库内容积的影响并不大。

（2）开发具有均匀布风机构的冷风机，优化冷风机的送风均匀性，同时优化冷风机在库内的布置，改变冷风机启停控制方式，采用冷风机变制冷剂流量控制来实现负荷调节。

根据冷风机在库内安装位置的不同，建议开发具有四周环向送风和两侧送风两种形式的冷风机，并通过在冷库内进行送风流场测试的试验研究手段，研究其送风的均匀性，并同步完成冷风机布置要求总结等研究内容。

4）提高蒸发盘管融霜的自动化水平，降低融霜对库温的影响
消除库温的随时间波动特性，重点需解决融霜对库温波动的影响问题。

研究船舶用传统冷库结构条件下，冷风机按需融霜技术和融霜对库温波动的影响，并研究热气融霜的可行性和考虑设置融霜补充盘管的必要性。

采用热气融霜更快速且可省去融霜电加热管，只需增设融霜用氟利昂高压气体管路，就实现方法和控制手段方面都较简单、技术难点不大，因此重点是研究其必要性和效果。

5）提高智能化水平，提升运行管理能力，由于冷库功能和要求的提升，冷库设备的种类、设备的复杂程度也大大提高，设备的良好管理、及时维护维修显得更加重要和困难。

为提高运行管理能力和效率，开发冷库系统的智能化管理和冷库主要设备故障诊断辅助修理专家系统是可行的解决途径。

这些技术在商用制冷设备上已有应用，一些国内外知名空调设备厂商在压缩机、部分冷水机组内设置了“黑匣子”，记录设备运行数据，并通过离线或在线的方式，实现对机组的运行监控、故障诊断和维修指导。

4 结论
冰温冷藏技术可以大幅延长食品保藏期并提高食品保藏品质，船舶上的冷藏系统可以采用该技术以实现船舶食品蔬菜自给力大于45 天的目标，其技术的关
键在于如何实现船舶冷藏系统的精确控温。

为达到±0。

5℃的库温控制精度，研究的重点应结合制冷系统、冷库系统采用船舶上可行的技术手段以细化负荷调节并避免温度波动，主要包括：1）采用压缩机变频或者多台压缩机并联技术。

2）采用高精度的测温、测压技术，通过采用电子膨胀阀以实现负荷的连续可调。

3）采用天花板夹层送风、底部回风以优化气流组织形式或开发具有均匀布风机构的冷风机，优化冷风机的送风均匀性，同时优化冷风机在库内的布置，改变冷风机启停控制方式，采用冷风机变制冷剂流量控制来实现负荷调节。

4）研究船舶用传统冷库结构条件下，冷风机按需融霜技术和融霜对库温波动的影响，并研究热气融霜的可行性和考虑设置融霜补充盘管的必要性。

5）为提高运行管理能力和效率，开发冷库系统的智能化管理和冷库主要设备故障诊断辅助修理专家系统是可行的解决途径。

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