冷链设备与系统的技术进展

文/中国科学院理化研究所 博士生李佩儒 张海南副研究员 田长青研究员

近年来，在国家政策的支持下，中国冷链物流行业得到了快速发展，冷链市场规模持续扩大，冷链物流基础设施逐步完善。同时，在新冠疫情之下，冷链成为保障民生和链接全球生鲜市场的重要通路，并且疫苗等生物医药相关的冷链产品和解决方案助力全球抗疫。冷链物流正逐渐向低碳环保、智能化、自动化方向转型升级，成为推动社会经济转型的新动能。

一、总体特点

在2021中国制冷展中，全程冷链涉及的各个环节冷链设备与系统的技术进展均得到体现。此次展示的冷链物流设备和系统体现出节能高效、绿色环保、自动化与智能化的特点。例如，针对于冷链的节能高效压缩机大量涌现，天然工质二氧化碳系统进一步发展，并出现了自动化程度较高的智能立体冻结隧道。此外，本届展会也展出了果蔬气调保鲜相关装备。

受新冠肺炎疫情影响，本次展会中参展商还推出了针对疫苗等生物医药相关的冷链产品和解决方案，包括疫苗冷藏设备、疫苗冷库制冷机组和生物样品低温保存冰箱等，保障疫苗和生物制品质量，助力公共卫生安全。

二、特色技术

1.冷加工产品

冰轮环境技术股份有限公司针对冻结大块、大量食品速冻依靠传统冻结库的模式进行改进，设计开发了智能立体冻结隧道（图1）。食品经加工及包装后，通过流水线输送到智能化立体冻结流水线中，通过冷风降温，实现了大规模盘装分割肉、禽产品的连续自动化冷冻，空间利用率高。同时，该系统采用了高效的气流组织和变距式蒸发器，冷风利用率高，化霜周期长。

图1 冰轮环境IFST-智能立体冻结隧道

传统的禽肉预冷采用片冰预冷，使禽类胴体温度保持在8℃，该方法耗水量较大。本次展会中，冰山集团推出了红水预冷系统（图2），该系统采用降膜蒸发技术和喷射供液系统，配套螺旋预冷机实现禽类胴体的循环预冷，使其温度保持在0.5℃～4℃，抑制食品内细菌生长，实现耗水量的大幅减少。

图2 冰山HSMF红水预冷系统

上海汉钟精机股份有限公司推出的开启式螺杆压缩机（图3），采用转子永磁励磁，定子无铁芯绕组技术，电机效率可达96%～98%。采用一体式设计，长度相比压缩机配置普通三相异步电机减少约50%。该压缩机内置卸载机构，在启停时能够减小负载，并采用变频技术，提升冷量应用范围，目前已在-42℃速冻隧道和-40℃速冻库实现应用。

图3 汉钟精机RGII-200开启式螺杆压缩机

2.冷冻冷藏

在食品冷冻冷藏领域，江森自控推出了超低充注集中式制冷系统（图4），采用远程分布式冷凝模块设计，使得氨的高压排气在用冷点冷却，缩短液相管路。该系统在低压侧采用高效直膨式蒸发器，取消了低压循环桶、泵供液系统及其相关的液相管路。此外，该系统搭载的控制系统整合了冷库系统的所有控制，并对制冷剂的分配进行精确控制。该系统与传统氨制冷系统相比，氨充注量可减少85%～95%。

图4 江森自控超低充注集中式制冷系统

本次展会中，多家参展推出的制冷设备采用了天然环保制冷剂CO2。冰轮推出了CO2临界冷热双效机组（图5），机组采用12 MPa高压螺杆压缩机和BF12R标准压缩机搭配，采用双机双级压缩形式和二次节流，通过喷射器回收膨胀功，提高机组运行效率。机组只以CO2作为制冷剂，解决了复叠机组的安全和环保问题。

图5 冰轮跨CO2临界冷热双效机组

神舟制冷研发的二氧化碳跨临界机组采用喷射器技术和热回收系统（图6），实现冷热联供，提升能源综合利用效率。此外，该系统的气冷器良好绝热，运行COP得到有效提升。

图6 神舟制冷二氧化碳跨临界机组

开利推出的变频跨临界CO2压缩机（图7），其转速调节范围为20～110 Hz，采用吸气冷却直驱电机和双级压缩高效阀板设计，可靠性高，节能效果好。

图7 开利06 V变频跨临界CO2压缩机

此外，比泽尔也推出了ECOLINE跨临界CO2压缩机（图8），具有高能效、低带油率和低震动等特点。

图8 比泽尔ECOLINE跨临界CO2压缩机

在气调保鲜设备方面，天津立喆舜保鲜科技有限公司推出了多功能气调保鲜一体机（图9），烟台科达气调设备有限公司推出智能气调保鲜一体机（图10），均能同时实现脱氧制氮、脱除二氧化碳和气体成分浓度分析的功能，抑制果蔬呼吸作用，避免果蔬二氧化碳中毒，延长果蔬产品的货架期。

图9 天津立喆舜多功能气调保鲜一体机

图10 烟台科达智能气调保鲜一体机

3.冷藏运输

格力推出了一款应用于新能源冷藏车上的制冷机组（图11），机组具备实时调节、远程监控和安全保护等功能，使用范围在-20℃～45℃之间，专用于冻肉、蔬菜、乳制品、疫苗及药材等冷冻冷藏货物的城市间配送。

图11 格力GTR系列新能源运输制冷机组

4.冷藏销售

此次展会中，展商推出了多种节能环保冷柜。青岛海尔特种电冰柜有限公司推出的陈列式冷柜（图12），通过风机送风方向与蒸发器迎风面的高效耦合，提高了送风效率与蒸发器空气流场的均匀性，耗电量相比普通商用冷柜节能30%以上。开利推出的无霜冷柜（图13），24小时温度波动0.2℃，相比有霜机组节能50%。该冷柜贮藏的叶菜水分保持较好，叶绿素降解延缓，货架期延长了25%～66%。

图12 海尔陈列式冷柜

图13 开利无霜冷柜

冷柜控制方面，三花推出的REVO系列冷柜控制器（图14），在过热度控制基础上，集成了柜温、化霜及其他辅助控制功能，能够实现一机双温，一键切换。

图14 三花REVO系列冷柜控制器

思科普压缩机（天津）有限公司推出的适用于轻型商用制冷的活塞式变频压缩机（图15），能够在-45℃～10℃蒸发温度范围平稳运行，相较于R404A制冷剂的定速压缩机能耗节省可达40%。在-6.7℃蒸发温度下，制冷量最大可达2146 W，COP为2.14。

图15 斯科普SLVE18CN-R290活塞式变频压缩机

冷链食品的终端配送的“最后一公里”是全程冷链较为薄弱的环节，松下冷链（大连）有限公司在展会上推出了生鲜自提柜（图16），包括冷藏模块（0℃～4℃）和冷冻模块（-18℃～22℃），集成了在线购物平台，可帮助商家实现一次性集中配送，降低运营成本。

图16 松下生鲜自提柜

5.生物医药冷链

在新冠疫情背景下，本次展会中出现了针对生物医药冷链领域的各种解决方案。例如，青岛海信商用冷链股份有限公司推出了疫苗接种门诊数字化冷链解决方案（图17），包括两种型号的2℃～8℃智能疫苗保存箱，集成了人与疫苗识别、疫苗出入库管理和冷链监控等功能。

图17 海信疫苗接种门诊数字化冷链解决方案

此外，格力推出了医药阴凉库专用空调机组（图18），具有精准送风、高效防冷桥、低漏风率等特点。同时，格力还推出了医用疫苗冷库制冷机组（图19），采用集控功能，能够实现多机同时启停，同时采用化霜温度补偿技术，实现较小的库温波动，该机组已在广东省疾控中心疫苗冷库中得到了应用。

多家参展商也推出了生物样本保存低温冰箱，应用于生物样本的保存。如冰山松洋生物科技有限公司推出了可实现-90℃的低温冰箱（图20），海信推出了可实现-86℃的低温冰箱（图21），采用R290和R170制冷剂，应用智能控制和变频技术，并搭载生物样本信息管理系统。

图20 冰山松洋低温冰箱

图21 海信低温冰箱

6.保温材料

保温材料展出规模有所增加，技术发展平稳，主要向更环保、易用方向发展，而且拓展更广泛的应用领域。

顺达聚氨酯展出了冷库保温解决方案（图22），包括了库顶、库板、水泥立柱及库底的保温解决方案。如：-20℃喷涂施工的聚氨酯保温材料（图23），适用于冬季建筑墙体保温施工，运行中冷库保温工程改造、补库等；采用零ODP、低GWP发泡剂，单层喷涂厚度可达50～80mm。华美的二烯烃深冷绝热保温材料（图24），适用于-80℃低温领域。

图22 顺达冷库保温方案

图23 超低温喷涂聚氨酯

图24 华美二烯烃保温材料

惠风、朗通均展出了EPP保温风管（图25），可以一次性成型风管、弯头、三通等结构，使用时进行拼接。特殊风管也可以现场裁切EPP板进行拼接。EPP是一种化学稳定、可降解的保温材料，可以自主成型，内外均无需加附皮，还可以承受一定的钉力，应用潜力大。

图25 惠风EPP保温管

三、评价与展望

2021中国制冷展参展产品覆盖全程冷链的各个环节，并由于新冠防控出现了针对生物医药冷链的相关产品。在冷加工方面，本次展会中的红水预冷系统在降低预冷温度的同时，大幅降低了耗水量。展出的智能立体冻结隧道自动化程度较高，提升了冷冻库的利用效率。冷冻冷藏方面，展出的超低充注集中式制冷系统采用气态管路，有效降低了氨系统的充注量，但管路成本带来小幅增大。天然环保工质CO2在冷冻冷藏领域的应用，有助于减少碳排放。冷藏运输方面，本次展会推出了新能源冷藏车，有助于节能减排，保障食品品质。冷藏销售方面，本次展会推出了节能无霜、温度波动较小的多种冷柜以及智能生鲜自提柜，有效延长食品货架期，助力全程冷链的实现。医药冷链方面，本次展会推出的生物医药冰箱具有智能化、信息化处理等特点。

从本届展会可以看出，冷链设备与系统具有以下发展趋势：

1.冷链设备能耗不断降低。为响应国家实现碳中和目标，冷链设备未来将朝着低能耗、高效率的方向发展，通过变频控制、传热优化、多参数综合优化等手段，将有更多节能高效的冷链设备推出。

2.天然工质进一步广泛应用。为实现《蒙特利尔议定书》及其基加利修正案对制冷剂的削减目标，氨、二氧化碳等环保天然工质将应用于冷链系统，二氧化碳跨临界系统、亚临界系统将广泛应用，氨系统的充注减量、泄露检测等保障安全的技术将不断完善。

3.冷链设备自动化程度逐渐提升。食品冷加工自动化程度将不断提升，食品冷链设备相关的控制器和传感器将不断涌现，以满足不断增长的冷链食品市场需求。

4.医药冷链设备快速发展。在新冠疫情背景下，疫苗等生物医药产品的低温保存得到广泛关注，相关产品快速涌现，温度精确控制、信息化管理、安全可靠、覆盖多温区的全程医药冷链设备将是未来的发展方向。

2021中国制冷展展现了我国冷链技术和产品在疫情冲击下仍然强劲的发展势头，所展产品涵盖了全程冷链的各个环节，呈现出节能高效、绿色环保、自动化与智能化的特点。此外，本次展会一个重要特点是出现了众多针对疫苗等生物医药冷链相关的产品，为国家的公共卫生安全提供坚实保障。冷链正成为推进社会经济发展的新动能。