冷鏈設(shè)備與系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)展

文/中國科學(xué)院理化研究所 博士生李佩儒 張海南副研究員 田長青研究員

近年來，在國家政策的支持下，中國冷鏈物流行業(yè)得到了快速發(fā)展，冷鏈?zhǔn)袌鲆?guī)模持續(xù)擴(kuò)大，冷鏈物流基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善。同時(shí)，在新冠疫情之下，冷鏈成為保障民生和鏈接全球生鮮市場的重要通路，并且疫苗等生物醫(yī)藥相關(guān)的冷鏈產(chǎn)品和解決方案助力全球抗疫。冷鏈物流正逐漸向低碳環(huán)保、智能化、自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的新動(dòng)能。

一、總體特點(diǎn)

在2021中國制冷展中，全程冷鏈涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)冷鏈設(shè)備與系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)展均得到體現(xiàn)。此次展示的冷鏈物流設(shè)備和系統(tǒng)體現(xiàn)出節(jié)能高效、綠色環(huán)保、自動(dòng)化與智能化的特點(diǎn)。例如，針對(duì)于冷鏈的節(jié)能高效壓縮機(jī)大量涌現(xiàn)，天然工質(zhì)二氧化碳系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，并出現(xiàn)了自動(dòng)化程度較高的智能立體凍結(jié)隧道。此外，本屆展會(huì)也展出了果蔬氣調(diào)保鮮相關(guān)裝備。

受新冠肺炎疫情影響，本次展會(huì)中參展商還推出了針對(duì)疫苗等生物醫(yī)藥相關(guān)的冷鏈產(chǎn)品和解決方案，包括疫苗冷藏設(shè)備、疫苗冷庫制冷機(jī)組和生物樣品低溫保存冰箱等，保障疫苗和生物制品質(zhì)量，助力公共衛(wèi)生安全。

二、特色技術(shù)

1.冷加工產(chǎn)品

冰輪環(huán)境技術(shù)股份有限公司針對(duì)凍結(jié)大塊、大量食品速凍依靠傳統(tǒng)凍結(jié)庫的模式進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了智能立體凍結(jié)隧道（圖1）。食品經(jīng)加工及包裝后，通過流水線輸送到智能化立體凍結(jié)流水線中，通過冷風(fēng)降溫，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模盤裝分割肉、禽產(chǎn)品的連續(xù)自動(dòng)化冷凍，空間利用率高。同時(shí)，該系統(tǒng)采用了高效的氣流組織和變距式蒸發(fā)器，冷風(fēng)利用率高，化霜周期長。

圖1 冰輪環(huán)境IFST-智能立體凍結(jié)隧道

傳統(tǒng)的禽肉預(yù)冷采用片冰預(yù)冷，使禽類胴體溫度保持在8℃，該方法耗水量較大。本次展會(huì)中，冰山集團(tuán)推出了紅水預(yù)冷系統(tǒng)（圖2），該系統(tǒng)采用降膜蒸發(fā)技術(shù)和噴射供液系統(tǒng)，配套螺旋預(yù)冷機(jī)實(shí)現(xiàn)禽類胴體的循環(huán)預(yù)冷，使其溫度保持在0.5℃～4℃，抑制食品內(nèi)細(xì)菌生長，實(shí)現(xiàn)耗水量的大幅減少。

圖2 冰山HSMF紅水預(yù)冷系統(tǒng)

上海漢鐘精機(jī)股份有限公司推出的開啟式螺桿壓縮機(jī)（圖3），采用轉(zhuǎn)子永磁勵(lì)磁，定子無鐵芯繞組技術(shù)，電機(jī)效率可達(dá)96%～98%。采用一體式設(shè)計(jì)，長度相比壓縮機(jī)配置普通三相異步電機(jī)減少約50%。該壓縮機(jī)內(nèi)置卸載機(jī)構(gòu)，在啟停時(shí)能夠減小負(fù)載，并采用變頻技術(shù)，提升冷量應(yīng)用范圍，目前已在-42℃速凍隧道和-40℃速凍庫實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

圖3 漢鐘精機(jī)RGII-200開啟式螺桿壓縮機(jī)

2.冷凍冷藏

在食品冷凍冷藏領(lǐng)域，江森自控推出了超低充注集中式制冷系統(tǒng)（圖4），采用遠(yuǎn)程分布式冷凝模塊設(shè)計(jì)，使得氨的高壓排氣在用冷點(diǎn)冷卻，縮短液相管路。該系統(tǒng)在低壓側(cè)采用高效直膨式蒸發(fā)器，取消了低壓循環(huán)桶、泵供液系統(tǒng)及其相關(guān)的液相管路。此外，該系統(tǒng)搭載的控制系統(tǒng)整合了冷庫系統(tǒng)的所有控制，并對(duì)制冷劑的分配進(jìn)行精確控制。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)氨制冷系統(tǒng)相比，氨充注量可減少85%～95%。

圖4 江森自控超低充注集中式制冷系統(tǒng)

本次展會(huì)中，多家參展推出的制冷設(shè)備采用了天然環(huán)保制冷劑CO2。冰輪推出了CO2臨界冷熱雙效機(jī)組（圖5），機(jī)組采用12 MPa高壓螺桿壓縮機(jī)和BF12R標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)搭配，采用雙機(jī)雙級(jí)壓縮形式和二次節(jié)流，通過噴射器回收膨脹功，提高機(jī)組運(yùn)行效率。機(jī)組只以CO2作為制冷劑，解決了復(fù)疊機(jī)組的安全和環(huán)保問題。

圖5 冰輪跨CO2臨界冷熱雙效機(jī)組

神舟制冷研發(fā)的二氧化碳跨臨界機(jī)組采用噴射器技術(shù)和熱回收系統(tǒng)（圖6），實(shí)現(xiàn)冷熱聯(lián)供，提升能源綜合利用效率。此外，該系統(tǒng)的氣冷器良好絕熱，運(yùn)行COP得到有效提升。

圖6 神舟制冷二氧化碳跨臨界機(jī)組

開利推出的變頻跨臨界CO2壓縮機(jī)（圖7），其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為20～110 Hz，采用吸氣冷卻直驅(qū)電機(jī)和雙級(jí)壓縮高效閥板設(shè)計(jì)，可靠性高，節(jié)能效果好。

圖7 開利06 V變頻跨臨界CO2壓縮機(jī)

此外，比澤爾也推出了ECOLINE跨臨界CO2壓縮機(jī)（圖8），具有高能效、低帶油率和低震動(dòng)等特點(diǎn)。

圖8 比澤爾ECOLINE跨臨界CO2壓縮機(jī)

在氣調(diào)保鮮設(shè)備方面，天津立喆舜保鮮科技有限公司推出了多功能氣調(diào)保鮮一體機(jī)（圖9），煙臺(tái)科達(dá)氣調(diào)設(shè)備有限公司推出智能氣調(diào)保鮮一體機(jī)（圖10），均能同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氧制氮、脫除二氧化碳和氣體成分濃度分析的功能，抑制果蔬呼吸作用，避免果蔬二氧化碳中毒，延長果蔬產(chǎn)品的貨架期。

圖9 天津立喆舜多功能氣調(diào)保鮮一體機(jī)

圖10 煙臺(tái)科達(dá)智能氣調(diào)保鮮一體機(jī)

3.冷藏運(yùn)輸

格力推出了一款應(yīng)用于新能源冷藏車上的制冷機(jī)組（圖11），機(jī)組具備實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和安全保護(hù)等功能，使用范圍在-20℃～45℃之間，專用于凍肉、蔬菜、乳制品、疫苗及藥材等冷凍冷藏貨物的城市間配送。

圖11 格力GTR系列新能源運(yùn)輸制冷機(jī)組

4.冷藏銷售

此次展會(huì)中，展商推出了多種節(jié)能環(huán)保冷柜。青島海爾特種電冰柜有限公司推出的陳列式冷柜（圖12），通過風(fēng)機(jī)送風(fēng)方向與蒸發(fā)器迎風(fēng)面的高效耦合，提高了送風(fēng)效率與蒸發(fā)器空氣流場的均勻性，耗電量相比普通商用冷柜節(jié)能30%以上。開利推出的無霜冷柜（圖13），24小時(shí)溫度波動(dòng)0.2℃，相比有霜機(jī)組節(jié)能50%。該冷柜貯藏的葉菜水分保持較好，葉綠素降解延緩，貨架期延長了25%～66%。

圖12 海爾陳列式冷柜

圖13 開利無霜冷柜

冷柜控制方面，三花推出的REVO系列冷柜控制器（圖14），在過熱度控制基礎(chǔ)上，集成了柜溫、化霜及其他輔助控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)雙溫，一鍵切換。

圖14 三花REVO系列冷柜控制器

思科普壓縮機(jī)（天津）有限公司推出的適用于輕型商用制冷的活塞式變頻壓縮機(jī)（圖15），能夠在-45℃～10℃蒸發(fā)溫度范圍平穩(wěn)運(yùn)行，相較于R404A制冷劑的定速壓縮機(jī)能耗節(jié)省可達(dá)40%。在-6.7℃蒸發(fā)溫度下，制冷量最大可達(dá)2146 W，COP為2.14。

圖15 斯科普SLVE18CN-R290活塞式變頻壓縮機(jī)

冷鏈?zhǔn)称返慕K端配送的“最后一公里”是全程冷鏈較為薄弱的環(huán)節(jié)，松下冷鏈（大連）有限公司在展會(huì)上推出了生鮮自提柜（圖16），包括冷藏模塊（0℃～4℃）和冷凍模塊（-18℃～22℃），集成了在線購物平臺(tái)，可幫助商家實(shí)現(xiàn)一次性集中配送，降低運(yùn)營成本。

圖16 松下生鮮自提柜

5.生物醫(yī)藥冷鏈

在新冠疫情背景下，本次展會(huì)中出現(xiàn)了針對(duì)生物醫(yī)藥冷鏈領(lǐng)域的各種解決方案。例如，青島海信商用冷鏈股份有限公司推出了疫苗接種門診數(shù)字化冷鏈解決方案（圖17），包括兩種型號(hào)的2℃～8℃智能疫苗保存箱，集成了人與疫苗識(shí)別、疫苗出入庫管理和冷鏈監(jiān)控等功能。

圖17 海信疫苗接種門診數(shù)字化冷鏈解決方案

此外，格力推出了醫(yī)藥陰涼庫專用空調(diào)機(jī)組（圖18），具有精準(zhǔn)送風(fēng)、高效防冷橋、低漏風(fēng)率等特點(diǎn)。同時(shí)，格力還推出了醫(yī)用疫苗冷庫制冷機(jī)組（圖19），采用集控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)同時(shí)啟停，同時(shí)采用化霜溫度補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較小的庫溫波動(dòng)，該機(jī)組已在廣東省疾控中心疫苗冷庫中得到了應(yīng)用。

多家參展商也推出了生物樣本保存低溫冰箱，應(yīng)用于生物樣本的保存。如冰山松洋生物科技有限公司推出了可實(shí)現(xiàn)-90℃的低溫冰箱（圖20），海信推出了可實(shí)現(xiàn)-86℃的低溫冰箱（圖21），采用R290和R170制冷劑，應(yīng)用智能控制和變頻技術(shù)，并搭載生物樣本信息管理系統(tǒng)。

圖20 冰山松洋低溫冰箱

圖21 海信低溫冰箱

6.保溫材料

保溫材料展出規(guī)模有所增加，技術(shù)發(fā)展平穩(wěn)，主要向更環(huán)保、易用方向發(fā)展，而且拓展更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

順達(dá)聚氨酯展出了冷庫保溫解決方案（圖22），包括了庫頂、庫板、水泥立柱及庫底的保溫解決方案。如：-20℃噴涂施工的聚氨酯保溫材料（圖23），適用于冬季建筑墻體保溫施工，運(yùn)行中冷庫保溫工程改造、補(bǔ)庫等；采用零ODP、低GWP發(fā)泡劑，單層噴涂厚度可達(dá)50～80mm。華美的二烯烴深冷絕熱保溫材料（圖24），適用于-80℃低溫領(lǐng)域。

圖22 順達(dá)冷庫保溫方案

圖23 超低溫噴涂聚氨酯

圖24 華美二烯烴保溫材料

惠風(fēng)、朗通均展出了EPP保溫風(fēng)管（圖25），可以一次性成型風(fēng)管、彎頭、三通等結(jié)構(gòu)，使用時(shí)進(jìn)行拼接。特殊風(fēng)管也可以現(xiàn)場裁切EPP板進(jìn)行拼接。EPP是一種化學(xué)穩(wěn)定、可降解的保溫材料，可以自主成型，內(nèi)外均無需加附皮，還可以承受一定的釘力，應(yīng)用潛力大。

圖25 惠風(fēng)EPP保溫管

三、評(píng)價(jià)與展望

2021中國制冷展參展產(chǎn)品覆蓋全程冷鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，并由于新冠防控出現(xiàn)了針對(duì)生物醫(yī)藥冷鏈的相關(guān)產(chǎn)品。在冷加工方面，本次展會(huì)中的紅水預(yù)冷系統(tǒng)在降低預(yù)冷溫度的同時(shí)，大幅降低了耗水量。展出的智能立體凍結(jié)隧道自動(dòng)化程度較高，提升了冷凍庫的利用效率。冷凍冷藏方面，展出的超低充注集中式制冷系統(tǒng)采用氣態(tài)管路，有效降低了氨系統(tǒng)的充注量，但管路成本帶來小幅增大。天然環(huán)保工質(zhì)CO2在冷凍冷藏領(lǐng)域的應(yīng)用，有助于減少碳排放。冷藏運(yùn)輸方面，本次展會(huì)推出了新能源冷藏車，有助于節(jié)能減排，保障食品品質(zhì)。冷藏銷售方面，本次展會(huì)推出了節(jié)能無霜、溫度波動(dòng)較小的多種冷柜以及智能生鮮自提柜，有效延長食品貨架期，助力全程冷鏈的實(shí)現(xiàn)。醫(yī)藥冷鏈方面，本次展會(huì)推出的生物醫(yī)藥冰箱具有智能化、信息化處理等特點(diǎn)。

從本屆展會(huì)可以看出，冷鏈設(shè)備與系統(tǒng)具有以下發(fā)展趨勢：

1.冷鏈設(shè)備能耗不斷降低。為響應(yīng)國家實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，冷鏈設(shè)備未來將朝著低能耗、高效率的方向發(fā)展，通過變頻控制、傳熱優(yōu)化、多參數(shù)綜合優(yōu)化等手段，將有更多節(jié)能高效的冷鏈設(shè)備推出。

2.天然工質(zhì)進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)《蒙特利爾議定書》及其基加利修正案對(duì)制冷劑的削減目標(biāo)，氨、二氧化碳等環(huán)保天然工質(zhì)將應(yīng)用于冷鏈系統(tǒng)，二氧化碳跨臨界系統(tǒng)、亞臨界系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用，氨系統(tǒng)的充注減量、泄露檢測等保障安全的技術(shù)將不斷完善。

3.冷鏈設(shè)備自動(dòng)化程度逐漸提升。食品冷加工自動(dòng)化程度將不斷提升，食品冷鏈設(shè)備相關(guān)的控制器和傳感器將不斷涌現(xiàn)，以滿足不斷增長的冷鏈?zhǔn)称肥袌鲂枨蟆?/p>

4.醫(yī)藥冷鏈設(shè)備快速發(fā)展。在新冠疫情背景下，疫苗等生物醫(yī)藥產(chǎn)品的低溫保存得到廣泛關(guān)注，相關(guān)產(chǎn)品快速涌現(xiàn)，溫度精確控制、信息化管理、安全可靠、覆蓋多溫區(qū)的全程醫(yī)藥冷鏈設(shè)備將是未來的發(fā)展方向。

2021中國制冷展展現(xiàn)了我國冷鏈技術(shù)和產(chǎn)品在疫情沖擊下仍然強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，所展產(chǎn)品涵蓋了全程冷鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)出節(jié)能高效、綠色環(huán)保、自動(dòng)化與智能化的特點(diǎn)。此外，本次展會(huì)一個(gè)重要特點(diǎn)是出現(xiàn)了眾多針對(duì)疫苗等生物醫(yī)藥冷鏈相關(guān)的產(chǎn)品，為國家的公共衛(wèi)生安全提供堅(jiān)實(shí)保障。冷鏈正成為推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)能。