斯特林低温制冷机组在“渔光互补”电站的应用实践

斯特林低温制冷机组在“渔光互补”电站的应用实践

贺俊

广东金元新能源有限公司 广东广州  511400

摘要：Sterling制冷机是一种高效、可靠的回热制冷机。利用 Sage方法对斯特林制冷机进行了数值模拟，并对整机进行了试验研究，确定了各工作参数、各几何参数对制冷性能的影响，并对深冷区的制冷量进行了理论预测。通过试验，初步看出，非负载条件下冷却温度是70 K，在110 K时可以达到507 W的制冷量，而制冷机的相对卡诺效率为21.3%。试验结果表明，各气缸存在最佳频率，并且随着供气压力的增加，制冷效率也相应提高。可见，热交换结构可进一步提高斯特林制冷机的制冷效率。

关键词： Sterling冰箱；大冷量；回热器；制冷效率

前言

随着社会科技的进步，高效斯特林制冷机越来越受到人们的重视，在液化天然气领域得到了广泛的应用。船运液化天然气行业对天然气回收装置的研究很少，斯特林制冷机这种高效的制冷设备正好可以解决这一问题。对远距离运输要求较高的其它产品，可以采用斯特林制冷机，并对斯特林制冷机大型化进行了研究。我们所说的大冷量斯特林制冷机，可以在80 K左右获得接近千瓦的制冷量。但目前，除国外大型单级斯特林制冷机外，对于大冷量斯特林制冷机，国内还处于理论研究阶段。

自一九五四年荷兰 Philips公司开发出1台单级膨胀式斯特林制冷机，可输出77 K制冷量580 W的制冷机。国外已开展了一系列改进斯特林制冷机性能的研究。随著科技创新，目前已生产出超过1千瓦制冷量的单级斯特林制冷机，即 StirlingC&RSPC-01单级斯特林制冷机。这种制冷能力可达11000 kW@77 K，这也是目前世界上唯一一台单级冷机。

本文介绍了斯特林制冷机的开发过程，并对其工作参数的影响进行了研究。该机冷端温度由295 K降至77 K，最短冷却时间2分钟，最低温度可降到49 K。72 K时，冷端最大制冷量为0.5 W；斯特林制冷机在50赫兹时的制冷效率(COP)最高，是一种较小的制冷器，在工业工程中的应用范围有限。国内的研究更倾向于理论研究。

从总体上看，国内对传统大冷量斯特林制冷机的研究较少，而对深冷范围的大冷量斯特林制冷机的试验研究，其工况对制冷机性能的影响也仅在理论阶段。同时，大冷量斯特林制冷机在制造上也存在一定的困难，即体积小、体积大、径向温度梯度大、径向温度梯度大，造成了较大的导热损失。本文所开发的1台四缸双作用发动机，搭建了一台大型斯特林制冷机，并进行了初步模拟和试验研究。

一、工程概况

在广东阳春市巨阳新能源120 MW渔光互补光伏发电综合利用项目位于广东省阳春市岗美镇那尔村，项目总用地面积3140亩，可提供鱼虾、虾等农产品，可供120 MWp使用。为充分利用新能源技术，适应高值水产品原味保鲜和电子商务发展，将水产品原味保鲜技术与光伏系统相结合，实现对能源资源的循环利用，达到了节能环保、可持续发展和增加收益的目的。特别需要科研开发一套利用渔光互补发电制冷技术，对鱼、虾等鲜活水产品进行急冻保鲜、深冷快运的系统设备。鱼塘成熟后，可采用本地发电、本地电力、本地深冷加工、深冷快递、高值水产品等无缝对接方式，实现水产品原味保鲜，实现高附加值水产品电子商务模式的无缝对接。

二、斯特林制冷机技术优势

1、防止腐朽：水产品对长时间保存和长时间运输的要求较高，本技术模式能有效抑制和减缓鱼体酶活性和微生物细菌生长。

2、保藏营养价值：是在最佳状态下冷冻起来的，几乎和刚捕上来的新鲜水产一样美味，能很好地保存鲜味、营养价值和外观品质。

结构设计合理：最大限度地保持水产品原有外形，便于包装和运输，且能耗极低。

4、由于传统的先冻后解再冷冻程序，对水产品进行定量保存和运输，避免了时间和质量问题。

4、物流模块和电子商务模式：减少流通环节，从而降低流通成本，提高流通效率，提高辐射量，保证水产品安全保鲜。

三、设备简介

1.斯特林制冷机深冷系统

其主要由制冷压缩机、冷凝器、油分离器、中间热交换器、箱内循环器、干燥器、冷凝器、蒸发器、节流机构、载冷罐、电气控制等组成。

机器蒸发器内的液相制冷剂与箱内循环式空气进行交换，温度上升，由液态转变为气态，通过压缩机吸气口吸入，经过压缩机压缩的高温高压制冷剂气体先经过油分离器，再与冷凝器或冷却水换热，由高温高压气体变为常温高压液体。在制冷剂高压常温下干燥过滤器，再经膨胀阀节流降压，即由高压液体变为低压液体。低沸点的低温液体进入机组的蒸发器，通过循环风将冷量输送至箱体，实现制冷。技术参数如下：

四、结语

水产业是指鱼类为主体，海水、淡水中含有虾蟹、贝类、乌鱼、海参等经济水产动植物，如鲸类、海藻。随着水产产量的不断提高，除部分就地鲜销外，大部分都需要保鲜、长期保存，并加工制成各种食品、饲料和工业、医药等产品。

水产业具有许多特点，如：水产品种多、体型大、栖息在水中的情况多种多样，不同种间的重量组成、肌肉的组织结构、化学成分等，在不同的季节变化也很大，有的还含有天然毒素等。但其最大特点是容易腐败变质，其原因在于水产品本身携带或运输受到污染的微生物，分解鱼体蛋白质、氨基酸、脂肪等成分产生异臭、毒性的物质；另一方面，水产品本身含有的酶，在一定环境条件下，会促使鱼腐烂变质，死后僵硬期短，机体内酶活性强，肌肉内富含浸出物，体表被覆多量粘液，这些都有利于细菌繁殖。

因此，在水产品的储运和运输过程中，要控制好以上两方面的因素，才能保证产品的品质达到保鲜目的。现已摸索出多种处理方法，主要有三种：活鲜、冰鲜、冷冻；处理点一般是送至冷库冷冻贮存。

对于水产品冷冻，目前的技术已经比较成熟，因为鱼类是因为海鲜等水产有一些特殊气味，如鱼肉等水产有一些特殊气味，如在储藏室中处理不好，很容易造成冷库内的气味，很容易产生异味。因此，在水产养殖进入冷库之前，应充分做好预冷，即在预冷期内彻底去除水产特有的臭味，即低温降低水产活性，使入鱼冷冻库的水产不会有臭味，更能达到贮藏效果。

参考文献

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[2] 张丽敏, 余国瑶, 李小伟, 等. 液氮温区大冷量自由活 塞斯特林制冷机实验研究[J]. 工程热物理学报, 2015(5): 933-936.

[3] 李小伟, 余国瑶, 戴巍, 等. 液氮温区大冷量自由活塞 斯特林制冷机实验及模拟研究[J]. 工程热物理学报, 2017(11): 24-28.

[4] 邹隆清, 刘洪硕, 邓十洲. 斯特林发动机[M]. 长沙: 湖 南大学出版社, 1985.