中小型渔船制冷技术的研究进展

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1、 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 中小型渔船制冷技术的研究进展 王树刚 王如竹 上海交通大学制冷与低温工程研究所 摘 要 远洋渔船带有制冷装置 而100吨以下的中小型渔船因其柴油机的限制 无法安装压缩机式制冷 机 出海作业时 均需携带冰块做渔产保鲜 本文介绍压缩式渔船制冷的现状 回收渔船尾气余热的吸收 式制冷系统 吸附制冷的冷冻水系统 吸附式制冰系统等实验装置 其中吸附式制冰系统具有良好的开发 价值 关键词 渔船 制冷 余热回收 吸附式制冰 PROGRESS ON

2、RESEARCH AND APPLICATIONS OF REFRIGERATION TECHNOLOGY IN FISHING VESSELS WANG Shugang WANG Ruzhu Institute of Refrigeration and Cryogenics Shanghai Jiao Tong University Shanghai ABSTRACT Ocean fishing vessels include mechanical refrigeration but fishing vessels with tonnage at 100T or below can not

3、attach compressor icemaker onboard because the horsepow2 er of diesel engine is too small These vessels traditionally used crushed ice for caught fish preservation Several types of refrigeration technology in fishing vessels were introduced such as vapor compression refrigeration systems heat recove

4、ry systems to power absorption refrigera2 tion plant adsorption systems for producing chilled water and adsorption ice mader systems The better perspectives of applications for the lattermost exist for fishing vessels KEY WORDS Fishing vessel Refrigeration Waste heat recovery Adsorption ice maker 我国

5、船舶制冷 空调设备主要采用CFC 12 与HCFC 22为制冷剂 且CFC 12在我国航运 业仍占主导地位 对于全球性的CFCs禁用 世界 各国的对策主要是选用对环境影响小的制冷剂作 为CFCs的替代工质 加紧研究开发完全与臭氧层 无关的制冷剂 1 对于近海捕鱼的中小型渔船一 般是带冰作业 由于中小型渔船吨位小 不可能装 压缩式制冰机 装冰又占用巨大空间 与此同时 渔 船上的柴油机约有30 的热量从尾气排入大气而 浪费 利用柴油机余热驱动的吸附式或吸收式制 冰机可在不增加柴油机任何油耗情况下 仅回收其 尾气余热即可实现制冰 满足渔民的需求 用于渔 船的这种新的绿色制冷方式的研制开发 还处于理

6、论分析和实验室试验阶段 鲜有安装于渔轮上并成 功运行的先例 近年来 国内外对吸附制冷技术的研究基本上 都是以太阳能为热源展开来的 目前已有不少结构 简单并且比较成熟的太阳能吸附式制冷机的报 道 2 20 用于渔船余热回收和吸附式制冰系统报 道的较少 这方面工作还有很宽的研制和开发余 地 本文的工作在于回顾和展望中小型渔船的制 冷技术 1 压缩机组制冷 21 22 我国渔船保鲜经历一个从带冰冷却到微冻保 鲜 直至八十年代以来钢质渔船普遍采用的速冻保 鲜过程 随着近海渔业资源的锐减 我国开辟远洋 作业渔场已经颇具规模 远洋渔船由于渔场距离 和渔获量的增大 对渔获物的一线冷冻保鲜有更高 的要求 船舶

7、对制冷压缩机及其附属设备在重量 体 第2卷 第3期 2 0 0 2年6月 制 冷 与 空 调 REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING Vol 2 No 3 June 2002 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 积 安全可靠以及备件方面比陆用有更高的要求 这是因为远洋渔船在航行作业中只能作简单的检 修 设计选用制冷压缩机时 首先应保证任何一台 制冷机出故障时 其他制冷机连续运转能维持鱼舱 设计的最低温度 确保捕到的鱼货不会变质 在441kW

8、 588kW渔船中 机舱的面积压缩 得较小 制冷设备和主辅机都安装在同一机舱内 钢质海洋渔船建造规范 对氨系统的通风换气 以及针对氨所配备的安全保护设施要求较高 氨制 冷系统的泄漏 将对船上轮机人员的操作环境造成 严重破坏 因此船上较少采用氨作为制冷剂 目前 国产渔船的制冷保鲜方式有冷却排管冰 鲜 冰融冷鱼排管保持0 4 舱温 微冻保鲜 微 冻至 3 在 3 1 舱温下冷藏 冻结冷藏 平 板冻结器冻至 15 20 冻结能力3 9 3吨 日 排管冷却舱温 18 25 三种 制冷系统 几乎全部为国产直接膨胀供液系统 压缩机制冷 除VGL812型船用制冷剂R717外 其余排管冰鲜 用R12 冻结冷藏

9、用R22 引进和国外有关渔船采用的制冷设备有 小型 拖网冷冻渔船东海 150采用R12活塞式双级机 1台液泵供液打低温 单级机1台直接膨胀供液打 制冷冰鲜 鲁渔捕 600采用BCS 50M型R502 双级半封闭活塞式压缩机1台 CaCl2盐水冷却打 冻结 日本北转船349GT 用制冰冰鲜 冻结冷藏 保鲜方式 中型远洋拖网加工船开创 开拓等中型 双甲板艉滑道拖网加工船采用螺杆和活塞式压缩 机R22 CaCl2间接冷却 机械装卸冷海水预冷 冻 结用卧式和立式平板冻结器 风冷冷藏舱 钓船奋 斗号 远洋钓船采用 40 60 低温冻结装置 主要应用RL型转子式 螺杆式和活塞式压缩机 制冷剂主要有R717

10、 R22 R502 蒸气压缩冷冻机冷冻效果好 效率高 但必须 用柴油发电机产生的电力驱动 使柴油的消耗量增 加 运行费用增加 2 吸收式余热回收制冷系统 一般说来 200 以上高温余热能用来驱动任 何吸收式制冷系统 优点是运行连续 较高的COP 和持续的制冷能力 然而 由于它结构复杂 体积 大 造价高和控制繁琐 特别是四个主要部件即发 生器 冷凝器 吸收器和蒸发器需要自由水平面 不 太适合船体的颠簸运动状态 因此对于中小型渔 轮使用这种系统尚有许多困难 Fernandez Seara 23 等人报道了用于回收拖 网渔船尾气余热的NH3 H2O吸收制冷实验装 置 图1为吸收余热回收系统简图 该系

11、统的主 要部件有溶液热交换器和气体热交换器 溶液热 交换器作为发生器 气体热交换器作为热回收器 同时还包括烟气旁通装置 泵 管道 膨胀箱 阀门 和绝热材料 选择合成油作为换热流体 水泵用作 流体循环动力和流量控制 发生器是带两个通道 的加热锅型的热交换器 装在分裂蒸馏塔底部 如 图2所示 热回收器是一种带有肋片管串联 环形 平肋交错布置 的气 液热交换器 装在柴油机烟 道内 排出的烟气或者通过肋片管或者通过旁通 管 取决于导流板的位置 参见图1和图3 而导 图1 余热回收系统简图 图2 两通道加热锅型发生器 图3 控制系统 71 第3期 王树刚等 中小型渔船制冷技术的研究进展 1994 201

12、0 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 流板的位置需根据系统要求保持的发生器温度而 定 应用计算模型对典型拖网渔船的实际数据进 行模拟得出 氨 水吸收制冷装置的制冷功率是 8 33kW COP为0 5 可回收热量是16 66kW 分 析结果表示 将最小换热面积作为设计标准时存在 换热流体的最高温度和最大温差的最优值 同时 证明 采用所研究实例的数据设计的渔船用吸收式 制冷系统是可行的 即根据柴油机的运行条件和 相应的烟气温度范围 在拖网渔船上安装氨 水吸 收式制冷装置是可以满足船用最低的冷

13、量 在捕 鱼期间 对应柴油机的高负荷和维持的恒定负荷从 尾气回收的热量能达到驱动氨 水吸收式制冷系 统的要求 3 吸附式余热回收的冷冻水系统 因为渔船在航行作业中只能简单的检修 所以 渔轮对制冷设备在重量 体积 安全可靠以及备件 方面比陆用有更高的要求 由此看来 吸附式制冷 系统比其它系统更具优越性 中小型渔轮的维持 负荷是不固定的 这使得吸附制冷的非连续的缺点 不太突出 图4 24 显示了用于渔船保鲜的吸附制冷的冷 冻水系统 采用沸石 水作工质对 两个沸石吸附 单元4a和4b组成一个系统 每个单元由吸附器 冷凝器 蒸发器及水箱组成 吸附器的结构类似于 壳管式换热器 沸石分子筛填入壳侧 两个单

14、元通 过切换阀2能相互转换它们的脱吸附过程 实验 用的吸附单元由多根吸附制冷单元管组成 单元管 上部作为吸附床充填沸石 下部作冷凝器 蒸发器 一个单元管含有400克沸石13X和120克的纯净 水 此质量比作为样机的沸石 水质量比 在解吸 温度200 吸附温度为大气环境温度 循环时间 为3小时的情况下 一根单元管可以把1kg的水 从24 冷却到2 基于单元管的实验结果 文 献 24 报道了制成的中型吸附式冷冻水样机 其制 冷能力设计为一个循环3500kJ 测试结果显示当 随着柴油机负荷增加 排气温度增高时 样机制冷 能力增加而循环周期缩短 图4 吸附式冷冻水系统 1 柴油机 2 切换阀 3 送风

15、机 4a 4b 沸石吸附单元 A 发生器 B冷凝器 蒸发器 C 水 箱 D 搅拌器 5 三通电磁阀 6a 6b 7a 7b 8a 8b 阀门 9 10 泵 11 储鱼箱 文献 25 也介绍了一种以水产品保鲜为目的 的吸附式船舶制冷系统 该系统以沸石为吸附剂 水为吸附质 以内燃机排放废热为热源 由二套相 同制冷机组耦合而成 引用文献 24 所推荐的类 似实验装置 吸附器 冷凝器 蒸发器分开布置 圆 筒形再生器由壳管式改成内置一圆管 其外壁布置 81 制 冷 与 空 调 第2卷 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House

16、 All rights reserved 等距环形肋片 肋片间填充沸石 圆筒内壁和肋端 间隙作为水蒸气通道 从而改善了再生器的传热 与冷却降温效果 4 吸附式余热回收的制冰系统 4 1 化学吸附式余热回收的制冰系统 李定宇等 26 研制开发了船舶柴油机尾气制冰 机样机 图5是DY渔船制冰机结构示意图 DY 系统利用船本身柴油机尾气作动力 采用DY吸附 剂 氨为工质对 其中DY吸附剂由无水氯化钙与 催化剂和添加剂按一定比例混合而成 及水冷冷却 方式 制冷功率达6 kW 制冰量为38kg h 制冷所 达温度 15 系统需用功率大于110 kW的柴 油机排气余热驱动解吸过程 发生器总重量和总体 积分别是600 kg与880 410 1628mm 图5 DY渔船制冰机结构 4 2 物理吸附式余热回收冷藏系统 文献 27 讨论了研制的以低温工业余热为动 力的吸附式制冰机的试验情况 该机的动力来自 100 的水蒸气 以活性炭作吸附剂 甲醇作制冷 剂 制取0 的冰块 它的COP在0 32 0 425 之间 所得冰块可用于冷藏食品等 文献 28 29 将已研制的热波型活性炭 甲醇吸附对螺旋板式 吸附器