机械式冷藏集装箱：应用、特点及货物堆放影响

（一）机械式冷藏集装箱的工作原理

机械式冷藏集装箱由具有良好隔热结构的集装箱和与箱体构成一体的机械制冷装置组成。机械式冷藏集装箱的外形尺寸是标准的20ft或40ft，制冷装置藏在箱体的一端，因此机械式冷藏集装箱有时也称为内藏式冷藏集装箱。

机械式冷藏集装箱工作原理是，制冷装置的蒸发器离心风机将冷藏箱的回风经回风格栅后抽回到制冷装置，回风经蒸发器降温后，被送入送风道井进入送风压力室；冷却降温后的送风从送风压力室经T形风轨被送入冷藏箱，冷风在冷藏箱内从下往上经过货物后，回到回风格栅进入下一次循环。在机械式冷藏箱正常工作过程中，冷藏箱内部的热量由循环空气不断带回到制冷装置；制冷装置中的制冷剂则不断地将热量从蒸发器带到冷凝器，并经冷凝器将热量排至周围环境中。机械式冷藏集装箱又可以分为外置式冷藏集装箱和内藏式冷藏集装箱，外置式冷藏集装箱无制冷装置，隔热结构良好，箱端头有软管连接器，可与船上或陆上供冷站的制冷装置连接，使船上或供冷站制冷系统的冷气在集装箱内循环；内藏式冷藏集装箱是指设有制冷装置，由船上或陆上电网供电，或自备发电机使制冷装置运行，向集装箱供冷。

冷藏集装箱通常采用电热式融霜，根据冷却或冷冻的不同工况，可在控制器上预先设定融霜时间间隔，融霜间隔时间通常为3～8h一次。当装置处于融霜工况时，控制器先停止压缩机和蒸发器风机的工作，再开始电加热器的工作。当蒸发盘管传感器温度达到预定温度时，控制器将停止加热器工作，融霜过程结束，装置将重新转入制冷工况。

冷藏集装箱用的制冷剂，在20世纪90年代中期以前，以R12或R22为主，自20世纪90年代中期开始，逐步为R134a和R404所取代。

冷藏集装箱大多采用半封闭或封闭式制冷压缩机。传统的冷藏集装箱制冷压缩机使用单级活塞式压缩机，现代冷藏集装箱制冷压缩机则有以涡旋压缩机为主的趋势。

（二）冷藏集装箱的运行模式

冷藏集装箱根据设定温度可分为冷藏工况和冷冻工况两种，当设定温度为-9.9℃及以上时，为冷藏工况；当设定温度为-10℃及以下时，为冷冻工况。在冷藏工况下，机组的运行模式有“制冷”、“加热”、“融霜”三种；在冷冻工况下，机组的运行模式有“制冷”、“空运行”、“融霜”三种。

所谓“空运行”模式，是指在冷冻工况下，当回风温度降至低于设定温度1℃（不同机组可以有不同值）以下时，冷藏集装箱机组控制器要进入“空运行”模式。在“空运行”模式下，控制器停止压缩机和冷凝器风机运转，切断供液电磁阀供电，蒸发器风机继续运转（除非在“经济运行”模式），压缩机至少停机5min以上。

为达到节能效果，机组可以选择在“经济运行”模式或“正常运行”模式运行。通常蒸发器风机为双速风机，控制器根据设定温度和是否为经济运行模式来决定蒸发器风机的转速。

当机组处于“正常运行模式”运行时，在冷藏工况下，蒸发器风机持续高速运转；在冷冻工况下，蒸发器风机低速运转，低速转速为高速时的一半。

当机组处于“经济运行模式”运行时，在冷藏工况下，当温度达到设定温度范围时，控制器使蒸发器风机低速运行，节省耗功；在冷冻工况下，当回风温度降低至低于设定温度1℃以下时，机组从“制冷”模式转入“空运行”模式，控制器停止压缩机和冷凝器风机，蒸发器风机从低速变为停止，以达到节能目的。

（三）冷藏集装箱的运行管理

1.冷藏集装箱运行前的检查与测试

（1）机组检查冷藏集装箱在装箱使用前，首先应对机组进行外观检查。外观检查主要包括以下几点：

1）检查机组外观有无损伤。

2）检查机组控制箱内的电气连接是否牢固。

3）检查电源线及插头等。

4）检查制冷系统有无泄漏。检查所有连接处有无滑油迹象。

5）检查冷凝器和蒸发器盘管，是否有需要进行清洁。同时检查冷凝器风机网罩是否有损坏，如有损坏应及时修理或更换，否则会影响冷凝器散热效果。

6）检查机组、压缩机和风机电动机的安装螺栓，如有需要，进行紧固。

7）清洁融霜排水系统。

（2）预检（PTI）测试。这是冷藏集装箱使用前对整个系统运行情况的一种测试，目前在先进的冷藏箱中，机组控制器带有特殊的PTI预检测试功能，可自动检测制冷量，加热量，温度控制以及风机、传感器功率等。测试内容包括测量部件功耗，并将测试结果与正确值比较。预检测试只能在空箱状态下进行，并且在测试过程中箱门需关闭，整个测试过程大约需要2～2.5h。

2.冷藏集装箱的货物堆装与气流组织

冷藏集装箱按照送风方式不同，可分为上送风式和下送风式，如图5⁃10所示。(https://www.xing528.com)

图5⁃10 冷藏集装箱的送风方式

a）上送风式 b）下送风式 1—风机 2—蒸发器 3—冷凝器 4—箱门 5—送风管 6—箱体 7—T形风轨

如图5⁃10a所示为传统的冷藏箱上送风方式，冷风由风机1从箱体6的上端送入箱内。为保证箱内温度的均匀，通常用风管5将一部分冷风引至箱体的中后部进行吹送。为防止送风管损坏，一般多采用帆布等材料制成的软风管。

目前新型冷藏集装箱的送风方式则基本趋向于下送风方式，如图5⁃10b所示。在下送风式冷藏箱中，冷藏箱底部铺设T形铝合金风轨。T形风轨一方面可作为箱底离水格栅，另一方面，当风轨上部覆盖货物后，T形风轨将形成良好的送风通道。冷风从T形风轨的一端进入后，沿着箱体纵向送到箱体的各个部分，冷风在货物上下部静压差的作用下，自下而上流经货物，从货物与箱体顶部的通风空间回流到制冷装置。冷风在箱体内部流动过程中吸收热量，以达到冷藏集装箱的降温和保温作用，而流动空气本身在流经货物和箱体内的过程中，温度升高，回风被风机抽入，经过蒸发器降温后，再进入位于箱子底部的T形风轨循环工作。在下送风方式中，冷藏箱底部的T形风轨不仅是理想的送风通道，同时能使送入冷藏集装箱的送风分布更均匀，从而使整个冷藏集装箱内部的温度场分布也更均匀、合理。

冷藏集装箱内部的货物堆装方式，对冷藏集装箱内部气流组织的影响较大。由于气流总是向流动阻力最小处流动，因此要保证冷藏集装箱内部良好的气流组织分布，必须做到：①在任何情况下冷藏箱内部的货物装载高度不能超过最高货物装载线，以确保冷藏箱内部有足够的回风通道，使气流能顺利返回到制冷装置。②在任何情况下不能有直接裸露的T形风轨，必须使冷藏箱整个底部处于被货物或其他遮盖物覆盖的状态。在货物装载量不足时，在未被货物包装箱覆盖区域，必须用硬板纸等将底部全部覆盖住，使送入冷藏箱底部T形风轨的冷风只能从货物装载区向上流动，并从货物内部或表面吹过，带走热量，形成良好的箱内流量循环，下送风式冷藏集装箱气流组织如图5⁃11所示。

图5⁃11 下送风式冷藏集装箱气流组织

由于果蔬等货物在运送过程中存在着呼吸现象，一般多用有透气孔的包装箱装载。因此，在装载果蔬类冷藏货物时，应注意使上下箱的透气孔对齐，从而使冷却空气能从对齐的透气孔穿过而带走货物所释放的热量。对在运送过程中不产生热量的冷冻货物，一般用密封的包装箱包装，由底部T形风轨送入的冷风，仅仅从冷冻货物的外部吹过，带走通过箱壁传入的热量，保证货物处于低温状态。

箱内货物的堆装一定要防止气流组织形成“短路”或“断路”，如图5⁃12所示为几种不正确的冷藏集装箱货物堆装方式。在图5⁃12a中，由于货物装载太分散，货物之间的空间无任何流动阻力，从底部T形风轨送入的冷风将通过货物之间的空间直接回流到制冷装置，而造成气流的“短路”。在图5⁃12b中，货物仅装载在冷藏箱的后部，在前部留下了无遮盖的空间，从T形风轨送入的冷风将直接返回到制冷装置，造成严重的气流“短路”，气流组织将不会对货物产生任何直接的影响。在图5⁃12c中，货物仅装载在冷藏箱的前部，在后部留下了无遮盖的空间，由于空气总是向流动阻力最小处流动，因此从T形风轨送入的冷风将绕过货物装载区，从冷藏箱后部通过上部回风通道返回到制冷装置，造成气流的“短路”。在图5⁃12d中，由于不正确地在货物上部覆盖了不透风的塑料薄膜等覆盖物，使气流“断路”而无法通过上部回风通道回到制冷装置。在图5⁃12e中，货物装载高度超过最高货物装载线，没有在货物上部与冷藏箱顶部之间留下必要的回风通道，从而造成气流的“断路”，影响制冷效果。

图5⁃12 几种不正确的冷藏集装箱货物堆装方式

a）货物装载太分散 b）货物装在后部 c）货物装在前部 d）货物上部有覆盖物 e）货物装载高度超限

冷藏集装箱在货物装箱前不必进行预冷，除非从有密封门的冷库中装货时才有必要进行预冷。否则不但造成不必要的能量浪费，而且在货物装载过程中，大量外界热湿空气进入冷藏箱内，产生凝水，对货物造成损害。

（四）机械式冷藏集装箱的散热

每个冷藏集装箱的散热量会受许多因素影响，例如工作模式、箱内外温度、货物种类等。通常冷藏集装箱的最大散热量都可以从生产厂家的技术说明中得出，其计算式如下：

冷藏集装箱的散热量=制冷量+压缩机功耗

当冷藏集装箱装载在船舶甲板上时，散热不会有任何问题。随着单船冷藏集装箱装载量的不断增加，必然有一定数量的冷藏集装箱装载在甲板下方的船舶货舱中。为保持冷藏集装箱的正常工作，其散热必须及时排出货舱。目前，常用的货舱散热方法有如下三种：

1.直接风冷 采用直接风冷就是直接将周围环境空气用风机进行通风冷却，如图5⁃13所示。通常每个冷藏集装箱所需风量按60m³/min计算。

图5⁃13 直接风冷法

2.水冷式冷凝器 对同时配有风冷式冷凝器和水冷式冷凝器制冷装置的冷藏集装箱来说，当冷藏集装箱装载在货舱中时，可启用水冷式冷凝器以解决冷藏集装箱的散热问题。但必须注意的是，由于冷藏集装箱的压缩机等散热部件依然在放热，因此在货舱中还需要有一定量的通风散热。为减少对制冷装置冷凝器的腐蚀，制冷装置一般都采用淡水作为冷凝器的冷却水，而淡水本身又由海水进行冷却。

3.蒸发冷却式 蒸发冷却式的工作原理就是将细小的水雾喷入空气气流中，使水快速蒸发，以吸收汽化潜热而使环境温度下降。采用这种方式散热的优点是可大大减小通风量，利用较小的风量可获得较好的冷却效果。由于冷藏集装箱能在潮湿环境中工作，因此采用蒸发式冷却对冷藏集装箱而言无任何危害。但采用蒸发冷却对淡水的耗量较大，船上要有充足的淡水来源。

与直接风冷式相比，采用蒸发冷却式，通风冷却所需的空气量可减少一半，即每只冷藏箱所需风量是30m³/min。由于船舶在海上航行时日夜温差较大，因此通常只有在白天高温时段才需要采用蒸发式冷却，而在夜晚等外界气温较低时，可采用直接风冷式就可满足货舱的散热问题。