多冷藏温度要求下的系统配置及舱室布局研究

常 鸿

(天津新港船舶重工有限责任公司 天津300456)

多冷藏温度要求下的系统配置及舱室布局研究

常 鸿

(天津新港船舶重工有限责任公司 天津300456)

从鱼品变质和保鲜的过程分析，找出了影响鱼品新鲜度的症结所在，针对这些问题点展开实践、分析和研究，制定出舱室合理布局及系统合理配置方案，在降低能耗的同时，延长鱼品的保质、保鲜时间，进而提高整船的经济效益。

变质 保鲜 冷库温度 冷库舱室设计 冷库系统配置

0 引 言

海洋鱼品是人类摄取优质蛋白的重要来源，它所含有的 DHA通常高于其他食品。DHA是人类自身无法产生的一种不饱和脂肪酸，它是大脑正常活动所必需的营养素之一，其中尤以金枪鱼为之最。远洋渔业由于受环境污染的程度较低，所以深海鱼类不仅是人们喜食的美味佳肴，而且是人们补充营养健康的重要来源。

但由于深海鱼类处于特殊的生活环境，捕获后如不进行及时处理和贮存，或者采取不正确的方式处理和贮存，都会使其丧失原有的鲜味和营养价值，从而降低其经济价值。

我国的远洋渔业，一直处于比较落后的状态，所以在我国现有制冷设备和保温技术的基础上，通过研究多冷藏温度下系统配置及舱室布局提高远洋渔业的市场竞争力已势在必行。

1 冷库温度的设计依据

1.1 食品变质分析

要正确设计冷库。首先需对食品变质的诱因进行分析，然后从中找出最适宜的冷库设计思路与方案。

各种微生物都有自己生长的最适温度，在最适温度下，微生物生长最快，偏离此温度，生长速度逐渐放缓甚至停止。微生物根据其最适温度可分为嗜冷性微生物、嗜温性微生物、嗜热性微生物。微生物适应温度范围见表1。

如表 1所示，当把食品降低到某一温度下时，就可以使食品中微生物和酶的作用得到抑制，使食品保持基本不变质，从而达到长期贮存的目的。

这里特别强调一下，大部分水中细菌都是嗜冷性微生物，而有些水中霉菌即使在－8,℃时，仍能生长。所以在渔船的预冷区、加工作业区等处所，为了抑制细菌的滋生和繁殖，在设计时，一定要保证温度低于0,℃以下。

表1 微生物类别及适应温度表Tab.1 Types and adaptive temperatures of microorganisms

另外，从微生物适应温度范围表，我们还可以看到：当温度升高到一定程度后，细菌也不适宜生长，因本篇论文仅对低温贮藏进行讨论，所以高温杀菌将不作为研究课题。

任何食物都是由细胞组成的，所以要使食物维持原味，其细胞及其组成成分就要维持相对稳定，这也就是我们常说的食品的新鲜度，即食品在贮藏过程中，要尽可能地维持原始细胞组织的完整性。

1.2 保鲜分析

鱼体内含水量较高，一般在 70%～80%左右，而生物体内的水分分为游离水和结合水两部分；游离水分布在细胞与细胞之间，结合水分布在细胞内部，由于结合水含有盐分，所以其冰晶点低于游离水。

鱼品从常温到完全冻结过程中，温度的下降可大致分为 3个阶段：①鱼品从常温下降到结晶温度为止，此过程是显热过程。由于环境温度很低，所以这个过程进展得非常迅速，即温度下降很快。②鱼体结晶开始到体内80%左右都已冻结的过程，此阶段主要是潜热过程。③冻结后的食品继续降温冷冻到最佳贮藏温度的过程。

下面图 1和图 2就是一个典型冷冻全过程的温度和时间曲线关系图：

图1 慢速冻结过程的温度时间曲线Fig.1 Temperature and time curve during slow freezing

从上面分析及实验结果可以看到，如果急速冻结，可以使细胞内外几乎同时到达结晶点，这时细胞形成的结晶体颗粒很小而且均匀。由于细胞膜内外压力基本一致，所以细胞膜稳定，破坏较少，解冻后鱼品卖相和质量都较好。因此，只有采取快速冷结方式，使鱼体以最快速度通过最大结晶区，才能保证鱼品的品质，获得良好的经济效益。

图2 速冻过程的温度时间曲线Fig.2 Temperature and time curve during flash freezing

2 冷库舱室的设计与配置

在设计冷库舱室前，首先要根据使用要求计算出冷库舱室的库容，各个舱室的冷量，然后计算压缩机制冷量，最后进行系统设计。

2.1 冷库舱室设计

在设计中，首先考虑将冷库舱室集中设计在一处，以便有效缩短制冷管线长度；同时还要按照工作顺序，将各个库房进行合理布局；通过缩短工作距离、减少开门次数，降低每道工序的温差要求，来达到节能的目的。

考虑到捕获上来的鱼品放置要距上船位置最近，将预冷加工处理舱置于尾部，由于预冷舱和处理加工舱所需要的温度基本相同，在设计时将它们合并为一个舱室，以有效节约空间，缩短工作距离，达到降低压缩机能耗的目的。

为了缩短预冷加工处理舱到冻结舱的距离，减少鱼体在此过程中的各类不利生物化学反应，保证鱼类的鲜度，把冷结舱设计到预冷加工处理舱两侧，并且根据鱼品的不同，将其分为 3类：①平板速冻舱，用于体积较小的鱼货，温度设计在－35,℃比较经济；②隧道式速冻舱，用于体积较大的鱼货，温度也是在－35,℃比较经济；③金枪鱼冷冻舱，由于金枪鱼鱼肉细胞内的水分在－1.5,℃时开始冻结结晶，到－60,℃时，细胞内的所有水分全部冻结成结晶体，即金枪鱼的共晶点是－60,℃，即在－60,℃时金枪鱼达到完全冻结，其细胞生物体的反应被维持在停止状态，从而得到长期保持金枪鱼鲜度的效果。图 3为相对比较理想的典型冷库舱室设计。

图3 典型冷库舱室设计Fig.3 Typical cold room design

2.2 系统配置

渔船出海未捕捞前，为了节能，通常鱼品冷库舱室处于不使用状态，开始捕获前一定时间内才开制冷压缩机，使各舱达到预计的使用温度。针对这个特点，我们将保证1类库房中的冷库压缩机制冷量应用于 2类库房的某些处所。另外考虑到靠港状态，仅有集控室和个别舱室需要提供空调，这时可以停止空调压缩机的工作，而用冷库压缩机的冷量服务于这些处所，从而真正做到通过系统配置上的优化，达到节能目的，进而提高鱼货产品在整个市场上的竞争力。

首先从设计原理入手，通常压缩机的制冷量是通过负荷计算得到的。我们知道不同的库温，对应着不同的蒸发温度，这就导致了回气温度和压力都不同于标准计算中所得到的参数，所以要保证系统的正常运行，必须在冷库的模式中设计对应的模式，通过人为切换，使得压缩机对应工作模式并进行正常工作。这种工作模式的实现，必须通过回气温度和压力的感应，来自动控制、调整压缩机的相关组件和阀件，从而达到这些功能。

另外，从上面分析可以看到，鱼品质量好坏直接跟鱼品冻结速度有关，而冻结过程又是整个系统耗能最大的部分。为了保证鱼品原有的营养价值和天然滋味，在速冻过程中不破坏细胞壁，必须让游离水形成很细粒子的冰晶。所以将冻结舱划分为三类，这样有利于根据捕获的鱼品分舱开启压缩机，达到节能目的。在设备配置上，我们还考虑到因金枪鱼库温很低，而且捕获概率也较低，因此应优先考虑金枪鱼处所的冷量负荷，尤其要计算冻结舱、冷藏舱包括其他舱库可能同时启用条件下的最大负荷点，以及这些负荷点所对应的冷凝器、制冷量的情况，即保证在此最大负荷工况下不发生超电流和降温时间过长的现象。

3 结论与展望

本文就多冷藏温度下的系统配置和舱室布局做了初步的探讨、论证与部分实践，为多冷藏温度要求下的系统配置及舱室布局研究提供了一定的思考途径与设计依据，具体为：鱼品贮藏温度、库容的确定；冷库舱室及系统的合理配置与使用效率。

因受总体布局的影响，实船冷库与我们理想的冷库设计有差距；另外没有出海经验，无法掌握实际航行中冷库的真实情况，所以有些参数还有待于通过实践反复确定。但是不管怎样，通过合理布局舱室、优化系统配置是我们降低能耗、提高鱼类经济价值的重要途径。

［1］《船舶设计实用手册——冷载通风》编写组．船舶设计实用手册——冷藏通风[M]. 北京：国防工业出版社，1975：557-582．

［2］杨富华．金枪鱼冷冻冷藏链研究与开发[D]. 大连：大连理工大学，2006．

［3］李碧婷，张惠琴．冷冻工艺知识[M]. 北京：中国商业出版社，1984：219-366．

［4］彭光，王永杭．浅谈制冷技术在渔船保鲜领域中的应用[J]. 现代渔业信息，2007(7)：25-26．

［5］王士刚．超低温冷冻金枪鱼的处理和冻结方法[J]. 水产科技，2002(1)：43-46．

Cold Room System Configuration and Cabin Layout under Multiple Refrigerated Storage Temperatures

CHANG Hong
(Tianjin Xin’gang Shipbuilding Heavy Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China)

Based on an analysis on processes of quality deterioration and fresh keeping of fishes，the key that influences fish freshness was found. Then，based on real practices，analyses and discussions，a scheme of rational layout of cabin and system configuration was worked out，which not only reduces energy consumption，but also extends the quality preservation time for fishes and improves the economic benefit of ships.

quality deterioration；fresh keeping；cold room temperature；design of cold room cabin；cold room system configuration

TS254.3

A

1006-8945(2014)10-0050-03

2014-09-10