冷冻设备技术

第十一章   冷冻设备 　            冷冻设备包括冷源制作（制冷）、物料的冻结、冷却三个组成部分。制冷机的有活塞式，螺杆式、离心式制冷压缩机组、吸收式制冷机组、蒸汽喷射式制冷机组以及液态氮、液态二氧化碳、盐液等冷剂；现在活塞压缩式制冷机组是国均外主要的冷源制作装置。物料进行冻结的方式有风冷式、浸渍式和冷剂通过金属管、壁和物料接触传热降温的装置。 　         冷冻设备在农产品、食品的加工和贮藏方面的应用如下： 　         （l）食品的冻结、冻藏和冻结运输。主要是畜产品、水产品的冻结和冻藏。还有速冻蔬菜、速冻面食品、冰、雪糕等产品的冻结和冻藏。 　         （2）农产品、食品的冷却、冷藏、气调贮藏和冷却运输。主要是果品、蔬菜、蛋及油脂、冷饮等产品的冷却和冷藏。 　         （3）食品加工。如冻结干燥、冻结浓缩和物料的冷却等。         （4）食品加工厂的空气调节。 　         冷冻设备的内容很多，本章仅扼要地叙述活塞式压缩制冷机、冷库制冷系统的分类、工作原理、结构和选择，还有速冻和气调设备。 　 第一节  活塞式压缩制冷设备的主要装置 　        一、制冷压缩机         （－）分类                     1．按活塞的运动方式 　                （1）往复式压缩机其活塞在汽缸里作往复的直线运动，在食品加工厂和冷库制冷方面多采用这种压缩机。                                   （2）回转式压缩机其活塞在汽缸内作旋转运动，电冰箱采用此种压缩机。 　              2．按一台压缩机中蒸汽被压缩的次数  分为单级和双级。 　                                 3．按蒸汽在汽缸内的流向  分为顺流式与逆流式。 　              4．按汽缸中心线位置  分为立式、V式、W（角度）式和S式等。 　              5．按压缩机组的封闭程度               （l）开启式  压缩机的功率输入轴伸出曲轴箱外，电机通过联轴器或皮带轮与压缩机轴输入端相联接，在曲轴伸出端装有油封。 　               （2）半封闭式  压缩机与电机外壳为一体，构成一个密封机壳，不需要装油封。 　               （3）全封闭式  压缩机与电机封密在一个容器内，形成一个整体，从机外看，只有压缩机吸排气管和电机导线。 　                            6.按压缩机的冷量 　                   （1）小型  其制冷量小于 209MJ/h；                   （2）中型  其制冷量为  209～1672MJ/h；                   （3）大型其制冷量在  1672MJ/h以上。            7．按压缩方式  分为单作用和双作用。 　  一、单级压缩制冷系统 　                             1、主要设备：压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器。                             2、附助设备：油分离器，空气分离，器贮氨器，汽液分离器。     　 　 　     　 　     　              工作原理、结构和特点  图11-2所示为立式、单作用、直流式氨压缩机工作原理图，它主要由汽缸体、汽缸、活塞、连杆、曲轴、曲轴箱、进排气阀们、假盖等组成。                    图11-3所示为高速多缸制冷压缩机结构。汽缸的配置有V、W和S型；曲轴转速为700～2000r/min。功率为10～150kw。吸气孔道在汽缸套凸缘上。工作时汽间借助于阀片前后的压力差自动开启和关闭，达到吸气和排气的目的。   二、冷  凝  器 　                冷凝器是制冷系统中的一种热交换器，使制冷剂过热蒸汽受冷却凝结为液体。冷凝器的种类很多，大中型制冷设备常用的有卧式壳管式、立式壳管式、淋水式。蒸发式和空气冷却式冷凝器。           1.卧式壳管式冷凝器、卧式冷凝器的结构和组成，如图  ll－4所示。钢制圆柱壳体的两端焊有端盖，在壳内装有一组横卧的直管管簇。            冷凝器中冷却水的流速一般为 0.8－1.2m/s时传热系数 K＝ 2.5l～3.34MJ/（m2· h·℃），单位面积热负荷qF－12.54～14.63MJ／（m2.h)。             这种冷凝器的优点是结构紧凑、占空间高度小、传热系数高。缺点是清除水垢困难。              2. 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器  　            如图11一5所示。由换热管组、供水喷淋装置和风机等组成。制冷剂蒸汽从管组上部的过气集管。分配给每根蛇形管后与冷却水进行热交换，冷凝后经出波集管导至贮液器中。冷却水喷淋在管外壁上，一部分冷却水受热蒸发变成水蒸汽，在风机作用下，被空气带走，另一部分冷却水，沿管外壁成膜层向下流，落入水池中，利用水泵送到喷水器，如此循环流动。水池中的水量需要补充，所需水量，由水量调节阀控制。 　              这种冷凝器的特点是因部分冷却水蒸发，吸收大量汽化潜热，故消耗水量很少，仅为壳管式冷凝器的1/25～1/50,但设备与作业的费用、较大。管排间水垢难清除，水需要软化处理。 　             3．淋水式冷凝器。      如图11－6所示。由贮氨器、冷却排营和配水箱等组成。工作时冷却水由顶部进入配水箱，经配水槽流到蛇形管的顶面，然后顺着每层排营的外表面成膜层流下，部分水蒸发，其余落入水池中，通过冷却后再循环使用。氨气自排管底部进入管内．沿管上升时遇冷而冷凝，流入贮氨器中。这种冷凝器的优点是结构简单，工作安全。对水质要求不严，容易清洗。缺点是金属消耗量大，占地面积较大。 　 三、膨胀阀 　        （－）手动膨胀阀             手动膨胀间的构造如图11－7所示，阀蕊有针形和V形缺口等型式。手轮转动时，可改变阀门开启度。开启度按蒸发器热负荷的变化来调节，通常为手轮的1／8～1/4周，不能超过1周，否则开启度过大，失去膨胀作用。 　           这种膨胀阀，结构简单，但不能随热负荷的变化而自动调节。在氟利昂制冷装置中已使用热力膨胀阀进行自动调节。           （二）热力膨胀阀         它是利用蒸发器出口处蒸汽的过热度来调节制冷剂的。如图11-8所示，由感应元件（感温包）、膜片、阀体、阀座等组成。在制冷机组正常运转条件下，感应元件灌注剂压力等于膜片下气体压力与弹簧压力之和，处于平衡状态。如供制冷剂不足，引起蒸发器出口处回汽，过热度增大，感温包温度升高，使膜片下移，阀口的开启度增大，直至供液量与蒸发量相当时，再得到平衡。故热力膨胀阔能自动调节间的开启度，供液量随负荷大小自动增减，可保证蒸发器的传热面积得到充分利用，使压缩机正常安全地运行。 四、蒸发器 　     蒸发器的作用是制冷剂吸收被冷却介质的热量。         （－）分类  蒸发器按被冷却介质的性质可分为三大类： 　         1．冷却液体载冷剂的蒸发器  通称为液体冷却器。如水冷却器、盐水冷却器等。在这类蒸发器中，制冷剂在管外吸热，液体载冷剂依靠液泵在管内循环流动，可采用闭式循环，也可采用开式循环。按结构又分为卧管式、立管式螺旋管式和蛇管式等多种。 　         2.冷却空气的蒸发器 这类蒸发器的型式繁多，制冷剂在管内蒸发，空气在外侧流动。空气的流动属于自然对流，如设在冷库库房中的墙排管、顶排管；若蒸发器是装在一个箱体内，而空气是依靠风机进行强制循环，则称为冷风机或空气冷却器。 　         3.冷却冷冻物料的接触式蒸发器制冷剂在传热间壁的一侧蒸发，间壁的另一侧与被冷却或被冻结的物料直接接触。例如平板冻结装置中的板式蒸发器等。             1．卧式壳管式蒸发器      卧式壳管式蒸发器的结构如图11－9所示，与壳管式冷凝器相似。在钢制的圆筒形壳体的两端焊管板，其间装管簇。一般作成多程式，即载冷剂在蒸发器的管内往返流动，多次与制冷剂进行热交换。载冷剂（盐水或水）由泵的作用，由下方流入从上方流出。氨液自壳体下部进入在管簇间沸腾吸热蒸发，蒸汽由上部排出。 　           这种蒸发器的优点是传热效果较好，结构简单，占地面积小，因载冷剂循环系统封密，对设备腐蚀性小，缺点是当盐水泵因故障停止运转时，可能发生冻结，造成管箱破裂。 　             2．冷却排管       冷却排管的类型，按管组在库房中的安装位置分为墙管、顶管和搁架式三种。按结构分有立管、盘管和横管三类，按管的表面形式分为光滑管与翅片管两类，对于氨直接冷却系统用无缝钢管焊制，对盐水间接冷却采用镀锌焊接管制作。冷却排管结构比较简单，但钢材消量大，国内冷藏肉类的库房，多采用此种冷却装置。 　        （1）立式冷却排管  它由若干立管与上下集管组成，氨液由下集管进入并充满管组，氨气由上集管引出，排管的容量为排管容积的80％。这种排管的优点是制冷剂汽化后容易排出，传热效果较好，但排管较高时，因液柱静压作用，下部制冷剂的蒸发温度较高。 　        （2）单列盘管式墙排管  图11—10所示为单列盘管式冷却排营，管总长一般不超过120m，管间距为 110-220mm，制冷剂在同一侧进出，在重力供液系统中，氨液由下部进入，氨气由上部排出。这种排管的优点是灌氨量较小，约为排管容积的50％，但制冷剂汽化后不会很快排出管外，降低了传热效果。 　        （3）顶排管  它是吊装在冷库顶板下，每组排管各有上下两根集管，其间焊接U形排管；供液管接在下集管底部，出汽管接在上集管顶部，这样利用热氨除霜时，便于从排管中排出润滑油，并可缩短除霜时间。这种排管的灌氮量为排管容积的50％，该排管结霜比较均匀。 　        （4）翘片管  翘片管是在光滑的无缝钢管外表面上，嵌以用酸洗或镀锌的铁片，以扩大散热面积，其结构有套片式和绕钢片式。绕钢片的翘片管常用作冷风机的蒸发器。 　 　        3.冷风机  食品工业中常用的是干式冷风机。它是靠空气通过冷风机内的蒸发排营来冷却管外强制流动的空气。将它装在冷库内的地坪，叫做落地式冷风机；装在库房顶上，叫做吊顶式冷风机。两者结构类同。 　         落地式冷风机，如图11－12所示。翘片蒸发排管装在箱体内，空气自下部进入，氨气从上部排出，有的在管组上面设有冲霜淋水管，底部有集水箱。 第二节   活塞式压缩制冷设备的附属装置 　                             一、油分离器        油分离器又称为油器，用于分高压缩后的氨气中所挟带的润滑油，以防止润滑油进入冷凝,  使传热条件恶化。    油分离器的工作原理是借油液和制冷剂蒸汽的比重不同；利用增大管道直径降低流速，并改变制冷剂的流动方向；或靠离心力作用，使油滴沉降而分离。            对于蒸汽状态的润滑油，则采用洗涤或冷却的方式降低蒸汽温度，使之凝结为油滴而分离。有的则采用过滤等方法来增强分高效果。               目前国内常用的油分离器，用于氨制冷的有洗涤式、填料式和离心式三种，用氟利昂制冷的为过滤式油分离器。这种油分离器的分离率为8O%～85%。     二、集油器 　             集油器是汇集从氨制冷系统的油分离器、冷凝器及其他装置中分离出来的氨、油混合物，使油在低压状态下与混杂的氨再进行分离，然后分别放出，这样既保证放油安全，又减少制冷剂的损失。 　           集油器的结构是金属立式圆筒形容器，筒体上有进油管、放油管、回气管及压力表等。较大的集油器装有玻璃管液面指示器。      三、贮液器 　           贮液器的功用是贮存和调节供给制冷系统内各部分的液体制冷剂。 　           各种贮液器的结构大致相同，都是用钢板焊成的圆柱形容器，简体上装有进液、出波、放空气、放油、平衡管及压力表等管接头；但各种贮液器的功用不同。 　         （－）高压贮液器         设在冷凝器之后，与冷凝器排液管直接联通，使冷凝器内的制冷剂液体能通畅地流入高压贮液器，这样可充分利用冷凝器的冷却面积，提高其传热效果。另外当蒸发器热负荷变化时，制冷剂的需要量随之变化，贮液器能起调节制冷剂循环量的作用。 　         （二）低压贮液器       只在大型制冷设备中使用。其功用是收集蒸发器回气管路上氨液分离器中分离出来的低压氨液，以免液滴随回气冲入压缩机。具有多种蒸发温度的制冷系统中，应分别设置低压贮液器。 　         （三）排液桶        它的功用是当冷库中排管冲霜时，用来暂时贮存排管排出的氨液。排液桶的容积，应能容纳需要冲霜各库房中最大房间的氨液量。 　         （四）循环贮液涌         循环贮液桶是用于氨泵供液制冷系统的重要装置，它既能稳定地保证氨泵循环所需的低压氨液，又能对库房的回气进行汽液分离。 　     四、氨液分离器 　            氨液分离器的作用，一种仅是分离来自蒸发器的氨液，防止氨液进入压缩机发生敲缸。另一种是兼用来分离节流后的低压氨液中所带的无效蒸汽，以提高蒸发器的传热效果，还能起到调剂分配氨液的作用。            氨液分离器有立式、卧式和T型三种结构型式。图  11－14所示是常用的一种立式氨液分离器。它是一个圆筒壳体，其上有氨气进出口、氨液进出口、安全阀、放油口及压力表等。氨液分离器的工作原理与油分离器类同。 五、空气分离器 　        空气分离器功能：分离排出冷凝器中不能液化的气体。 　       不凝气体的来源： 　     (1)首次加氨时残留在系统内气体。     (2)低压管路的渗漏。     (3)润滑油或氨的分解。 　       不凝气体的危害：     聚集在冷凝器，高压贮氨器等设备内降低冷凝器的传热系数，引起冷凝器压力升高，增加压缩机的功耗及耗电量。 　 空气分离的原理： 　 冷凝法     1、二重管式(套管式)空气分离器：             型式：立式，卧式。             安装：在冷凝器旁边。]  2、四重管式空气分离器 　         结构：由四个同心套管焊制而成。其上有混合气体进口，氨液进口，氨气出口及放空气口等接头。         特点：分离效果高，体积小。 　      虽是密封的，但在首次加氨前，不可能将整个系统抽成绝对真空。补充润滑油与制冷剂时，也有空气进入系统。润滑油与制冷剂在很高的排气温度下，会分解产生不凝结气体。工作时低压管路压力过低，系统不够严密，也会渗入空气。设备内聚集有气体。从而降低冷凝器的传热系数，引起冷凝温度升高，增加压缩机的电耗。空气分离器是用以分离排出系统中的不凝结气体，保证制冷系统正常运行。 　           空气分离器的型式很多，常用的有套管式和立式两种，主要用于大中型制冷系统，在小型制冷装置中，通常将空气含量大的混合气体直接排出系统，以求系统简化。图11一15所示为套管式空气分离器，它由四个同心套管焊接而成，从内向外数，第一管与第三管，第二管与第四管分别接通，第四管与第一管间接旁通，其上装有节流阀。工作时来自节流阀的氨液，进入一、三管蒸发吸热而汽化，氨气由第三管上的出口被压缩机吸走。自来冷凝器与高压贮液器的混合气体，进入第二、四根管，其中氨气因受冷凝结为液体由第四根管下部经节 　            流阀再回收引到第一管中蒸发，分离出来的不凝结气体（包括空气）由第二根管引入存水的容器中放出，从水中气泡多少和大小可以判断系统中的空气是否已放尽，当系统中的空气接近放净时，水中无大气泡，当水温升高时，说明有氨气放出，应停止放气操作。   •       六、中间冷却器            中间冷却器装在双级（或多级）压缩制冷系统中，用以冷却低压级压缩机排出的过热气体进行级间冷却，以保证高压级压缩机的正常工作。另外它具有分离低压级排气中挟带的润滑油，以及冷却制冷剂，使制冷剂获得较大过冷度的功用。 　       如图 11－16所示。在氨制冷系统中，中间冷却器均采用氨液冷却的方法。来自低压级缸的过热蒸汽进入器内，并伸入氨液液面以下，经氨液的洗涤而迅速被冷却，氨气上升遇器内伞形挡板，将其中挟带的润滑油分离出来以后进入高压级压缩机。用于洗涤的氨液从器顶部输入。高压贮液器的氨液，从器下部进入蛇管；由于蛇管浸于低温中，使蛇形管内的高压氨液过冷。当需要检修中间冷却器时，器内氨液由放液口排出。   •    七、凉水装置           制冷系统中的冷凝器、过冷器及制冷压缩机的汽缸等，都需要不断地用大量水冷却，而这些冷却水吸热后温升只 3～4oC，通常是用凉水装置将吸热后的冷却水降温后重复使用。  凉水装置的型式很多，常用的有点波填料凉水塔，如图11－17所示。它是依水-空气对流换热和蒸发冷却原理使水降温的高效冷却装置。冷凝器等设备的回水过自动旋转的布水器从上向下喷淋，水滴沿点彼填料的表面成膜状向下流动，空气在顶部风机作用下，从下部进入塔体，由下而上在塔内与水流逆向运动进行热交换。 　          这种装置结构紧凑，占地面积小，冷却效果好，耗水量低。 　           BL-50型点波式冷却塔的性能参数： 　           冷却水量 L＝ 50m3／ h；当空气干球温度为31.5℃，湿球温度为28℃，大气压力为100.4kPa，进水温度 36℃，出水温度32℃，冷却水温降4℃时。循环水自身的蒸发量约为0．7％；淋水密度为13M3／M2·H。此种冷却塔适用于配套627MJ／ h的氨制冷机。 　 第三节   冷藏库 　 一、冷藏库的作用、分类和组成 　           （一）作用           ①使易腐产品能较长时间保存；        ②为农产品、食品加工厂长时间均衡加工创造条件；                                ③供大型副食店、菜场和食堂短期或临时贮存食品之用。 　           （二）分类   冷库按容量分为大型冷库（5000t以上）、中型冷库（1500～5000t）和小型冷库（1500t以下）。 　              1．按使用性质分 　            （l）生产性冷库  主要建在产地。            （2）分配性冷库  主要建在消费中心。            （3）混合性冷库兼有生产性和分配性冷库的特点。 　           2.按使用要求分           （l）高温冷库  主要冷藏果品、蔬菜、鲜蛋等食品，。一般库温4～-2℃。           （2）低温冷库  主要冷冻并冻藏肉类、水产品等，一般库温为-l8～-30℃。           （3）空调库  在常温条件下贮藏米、面、药材、酒等，一般库温在10～15℃。 　            （三）冷库的组成   如机房，冷却间、速冻间、冷藏间、冻藏间、制冰间、产品分级清洗间、调节站、配电间、货物升降装置、氨库和冷却塔等，有的还设有零配件间与卫生间。 　 　 二、 冷藏库的制冷系统及其设备选择        1．压缩机 　          （l）一般选择原则             ①负荷   制冷压缩机的总负荷，按库房各冷间的耗冷量加以汇总修正确定。 　             ②台数   冷库所需制冷压缩机的总负荷较大时，宜选用大型压缩机，以减少台数，简化系统，但整个冷库中的压缩机，不得少于两台，以防因压缩机发生故障而停止供冷，且避免在淡季时压缩机长期在小负荷下运转。 　             ③备件   不同蒸发系统的压缩机，应考虑到各系统之间相互代替的可能性。以便各零件的互换使用。 　            ④技术条件    选用压缩机应按其制造厂规定的技术条件计算。如缺少资料可按前一机部部颁《中小型活塞式单级制冷压缩机型式与基本参数》（JB955—67）考虑。 　         ⑤压缩比    按氨制冷压缩机的使用条件，高低压的压缩比小于8时，即-15℃蒸发温度的制冷系统，采用单级压缩机。若压缩比大于8时，即-28～-33℃蒸发温度的制冷系统，则采用双级压缩机。   　         （2）单级压缩机的选型计算  根据压缩机总负荷，有以下两种方法： 　          ①按压缩机的理论排气量选型。用制冷量和需冷量的平衡关系，求得压缩机的理论排气量，再查得相近的理论排气量，即可选定压缩机的型号和台数。压缩机的理论排气量Vp由下式求得：                            式中 Qj——冷却系统压缩机总负荷（kJ／h);                 V2——吸入气体的比容（m3／kg）；                 il——蒸发器出口干饱和蒸汽的焓值（kJ／kg）；                 i5——节流阔后液体制冷剂的焓值（kJ／kg）；                i1、i5——由已知的制冷工作参数（蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、过冷温度）绘制制冷剂的压焓图确定；                λq―― 压缩机吸气系数，按制造厂给定值选用。          ②按压缩机的标准工况制冷量选型。即把所需的压缩机负荷折算成标准工况下的制冷量，以选配压缩机的型号和台数。 　 (五)  压缩机的有关计算 　       1、压缩机产冷量的计算       (1) 压焓图       (2) 理论排气量：         Vp＝15πD2s n z                 (m3/h)       (3) 氨循环量：              G＝Vpλq/V1       (4) 产冷量(制冷能力)          Q＝Vpλqqr / 3.6         或        Q＝G ( i1－i4 ) / 3.6       不同工况下制冷量换算               Qg＝Qb qg λg / qb λb         2．冷凝器冷凝器的选型主要按制冷设备的制冷量、机房布置、当地的水温、水质、水量及气象条件确定。        （l）立式冷凝器适用于水质较差、水源丰富的地区，一般布置在冷库机房外面；常用于大、中型冷库。        （2）卧式冷凝器适用于水温较低、水质较好的地区，一般布置在室内与中小型制冷机组配套，亦用于船舶制冷装置。        （3）淋水式冷凝器适用于空气干燥、水源不足和水质较差的地区，布置在室外通风良好的地方，一般与氨制冷设备配套。        （4）蒸发式冷凝器适用于水源困难的地区，一般布置于厂房的顶部或通风良好的地方。        （5）空气冷却式冷凝器，主要适用于小型氟利昂制冷装置。 　      （二）库房冷却系统  冷却系统包括氨液分离器、低压循环桶、氨泵、冷剂调节站和冷分配装置（蒸发器）。        1．供液方式  在直接冷却系统中，供液方式分为直接膨胀供液、重力供液和氨泵供液三种。       (l）直接膨胀供液系统  它是借冷凝压力与蒸发压力差经节流阀，直接向冷分配装置供液。其特点是系统简单；但因无分离装置，节流后的制冷剂是两相流，影响传热效能。     （2）重力供液系统  它是借低压氨液本身的重力进行供液。       氨液在蒸发器被汽化后，再进入氨液分离器、将其中液滴分离出去，重新进入压缩机。     为满足供液所需的静液柱，氨液分离器液面需高于冷分配设备最高点0.5—2m。             ①重力供液制冷系统的优点：         第一，利用氨液分离器将节流生成的闪发气体分离出来，有利于提高冷分配设备的传热效能。         第二，同一蒸发温度的冷分配设备可使用一个膨胀阀和氨液分离器，节省膨胀阀。         第三，供液中有氨液分离器的缓冲作用，因而容易实现正常工况的操作调节。         ②缺点：         第一，氨液在较小压差下流动，放热系数小，蒸发器的换热强度较低。         第二，用一个氨液分离器向多个同层库房供液时，因冷却设备阻力较大，制冷剂有再汽化的可能。如供液路长短不一，供液不均。         第三，在热负荷变化较大或供液距离较长时，还需在机房内设氨液分离器。         目前我国不少中小型冷藏库仍采用这种供液方式          （3）氨泵供液方式  这种供液系统是利用氨泵向蒸发器输送低温（低压）氨液。其组成与工作过程与重力式供液方式基本相同。         高压氨液经节流进入低压循环器，在器内将闪发气体和液体分离，其液体被氨泵吸入后送入蒸发器，蒸发器中产生的蒸汽和未蒸发的氨液一起回到低压循环贮液器再次被分离。这种氨泵供液的优点是：         ①依靠氨泵的机械作用输液，进液压力较高，即使管路配液不均，仍保证结霜均匀。        ②氨液在蒸发排管内被迫流动，且循环量大，传热效果好，不易积油，不产生过热，蒸发温度稳定，不易击缸。         ③操作简单，便于集中控制实现系统的自动化。         其缺点是设备费用动力消耗较高，大中型冷藏库采用这种供液方式。        2．冷分配装置（蒸发器）的选择        （1）冷却排管                     卧式壳管蒸发器，常用船舶或陆上的小型制冷机组。                   立式、盘管式墙排管适用冷藏间、冻藏间。                  顶排管常用于低温冷藏间、冰库和小型冻结间。 　           一般均按排管的特性、冷间的要求、建筑尺寸和冷间所处的位置等因素，先选出排管类型，求得冷却面积，再确定排管的尺寸和排数。 　        （2）冷风机  它多用于冻结间、冷却间和冷藏间的强制通风。一般亦按冷间特点、建筑尺寸和所需冷却面积，选配冷风机的型号和台数。 第四节  速冻设备 　           速冻设备适用于冻结小包装或未包装的块、片、粒等状的原料，制成各种畜产、水产、蔬菜、水饺等速冻食品、一般速冻设备的冻结温度为 -30—-40℃，其类型很多，按冷却方法分为空气冷冻法、间接接触冷冻法和浸渍冷冻法。按速冻设备的结构分为箱式、隧道式、带式、流化床式和螺旋式等型式。                                               一、箱式速冻机        这种设备的结构是在绝热包裹的箱体内装有可移动带夹层的数块平板，故又称平板式速冻器，夹层中装有蒸发盘管。管间也可灌入盐水，制冷剂川流于蒸发盘管内；被速冻的产品放在平板间，并移动平板，将物料压紧，进行冻结。平板间距为40～70mm，可根据产品的厚度进行调节。        平板式速冻器的特点是结构简单紧凑，作业费用较低，但生产能力小，装卸费工。       二、隧道式速冻机           隧道式速冻机主要由隧道体、蒸发器、风机、料架或不锈钢传动网带等组成。被速冻的物料放在料架的各层筛盘中或网带上通过隧道，空气通过蒸发器降温，然后送入隧道中，川流于物料之间使其速冻。冻结物料的作业方法与隧道式逆流干燥设备相同；冷风与物料在隧道内的流动方向相反。速冻温度为 -3 5 ℃时，青刀豆的冻结时间约为45min。隧道内装有传动网带的速冻机工作过程如图11－25所示。第一、二级传动网带的运行速度可以分别控制，冷风分别吹到网带上，穿过物料层，再经蒸发器与风机，循环使用。物料先通过第一级网带，运行较快，料层较薄，使表面冻结；然后转入第二级网带，运行较慢，料层较厚，使整个物料全部冻结，得到单粒速冻产品。这种速冻机的特点是可冻结产品的范围广，冷冻效率较高，冲霜迅速，清洗方便。       三、硫化床式速冻机            流化床式速冻机由多孔板（或带）、风机、制冷蒸发器等组成。如图11-26所示。工作过程是将前处理后颗粒状食品，从多孔板一端送入。铺放厚度为2～12cm，视产品性状而异。空气通过蒸发器、风机，由多孔板底部进入向上吹送，使产品呈沸腾状态流动，并使低温冷风与颗粒全面地直接接触，冷冻速率大大加强。这种设备的冷风流速约8m／s循环流动。风温-35℃，一般蔬菜的速冻时间为3～5min。其特点是成单体冻结，连续作业，为速冻蔬菜的理想设备。       四、螺旋式速冻机           螺旋式速冻机由柔性传送带、中心转筒、风机、风幕。传动、变速、冲洗、安全、制冷等装置组成。如图11－27所示。柔性传送带（链条）构成一螺旋循环回路，见图11－28所示。当中心转筒转动时，利用装在中心转筒上的板条与链条的摩擦力，使绕在中心转筒上的链条运动,物料由入口送进，放在柔性传动带上，绕中心转筒由下部螺旋向上移动，同时冷风通过制冷机、风机和传送带，对物料进行冻结。循环使用。物料冻结后由上部卸出。为了延长链条的使用寿命，设置了翻转机构，使链条两端轮流磨损。风幕安装在物料进、出口处，以减少冷量损失。 　           螺旋式速冻机采用氟利昂双级压缩制冷系统，蒸发器为铜管铝翅片结构，冷风温度为－5～－40℃，可以调节。在冷风温度－35℃，冻结时间30min的条件下，处理能力为100～500kg/h。该机的特点是结构紧凑，占地面积小，连续作业，冻结迅速，适用于薄肉片、鱼片、冰激淋和冷点心多种食品加工。但设备费用较高。 　 　     五、浸渍式速冻机 　              浸渍式（包括喷淋）速冻法是将被冻结物料直接和温度很低的液化气体或液态制冷剂接触，制成速冻产品。现使用的制冷剂有液态氮、液态二氧化碳和氟利昂（R12）等。这类装置多为隧道式结构，隧道内有传送带，喷雾器或浸渍器和风机等装置。如图11－29 所式，食品从一端置于传送带上，随带移动，依次通过预冷区、冻结区和均温区，最后由另端卸4，出。液氮贮于隧道外，以一定压力引入冻结区进行喷淋或浸渍冻结，液氮吸热后形成的氮气，温度仍很低，为－10～－5℃，通过风机，将其送入隧道前段进行预冻。在冻结区，食品与-200℃的液氮接触而迅速冻结。该装置的特点是结构简单，使用寿命长，可超速单体冻结，但成本高。 第五节 气调冷藏设备 　           气调冷藏是将冷藏与气调贮藏相结合，即除能控制贮藏贮内的温度外，还控制气体的组成，使库内的氧和二氧化碳的含量，有适当的配合，并保持一定湿度，主要用于果蔬贮藏，能获得良好的保鲜效果。产品在贮藏中的损失甚小，我国目前的果蔬贮藏除冷藏外，多采用薄膜封闭气调，有垛封和袋封两种方法，垛封是将消石灰撒在垛内以吸收CO2，袋封是定期开袋换入新鲜空气。这类方法成本较低，使用方便，近几年还研制出与薄膜封闭配合使用的分子筛气调机，即CO2吸附机组，亦取得成效。          气调冷藏设备，主要包括库房、制冷机组、N2产生器、co2吸附机组和其他装置，如图11—30所示。                                         一、氮发生器         氮发生器又称催化降氧机，它的作用主要用产生的N2冲淡库内的O2。 图11-31所示为管式氮发生器，由反应器、电炉、风机和水洗塔等组成。反应器由抗热合金制造，上部装有铂等催化剂，以降低燃烧温度，避免产生有毒的氮氧化合物和其他物质。下部是一个管状气体热交换器。工作是来自库内的气体或库外空气，通过风机与液化石油气或其他可以气化的燃料如丙烷、煤油等混合，进入反应器燃烧，烧掉气体中的氧，其余的气体经水洗冷却净化后，除残留的很少的O2（1％一4％）主要是 Ｎ2。燃烧还生成ＣＯ2。也是气调贮藏所需要的。冷风通过管式换热器，吸入燃烧过程中的热量，变为热风，用来预热进入反应器的气体，以节约热                                     二、库房和制冷系统 　          气调冷藏库的库房结构和制冷设备，与一般机械冷藏库基本相同。但要求库房有更高的气密性，可在四壁内侧和顶板加衬金属薄板或不透气的塑料板，或涂喷塑料层，库门等都要有气密装置，严防漏气。 　                                                      三、二氧化碳洗涤（吸附）机组 　         它的作用是排除库内过多的ＣＯ2，并净化气体，常用的为干式ＣＯ2吸附器。由两个吸附罐、空气循环的风机、吸入新鲜空气的风机及导管、阀门等组成，如图１１—３２所示。吸附罐是一个密封的圆筒形容器，罐上下装有滤网，罐内装满吸附剂（活性碳等）。两个吸附罐通过柔性导管和转换阀门连接，阀门由电器控制。工作时从气调库来的空气经风机进入罐内，其中ＣＯ2。被活性碳吸附后，再回到气调库中。罐内活性碳吸附ＣＯ2达饱和时，用新鲜空气吹洗，使ＣＯ2脱附。当一个罐吸附ＣＯ2时，另一罐同时进行脱附。                                            四、其他装置 　          （一）湿度调节器        因气调库内制冷系统的蒸发器不断结霜，使库内空气相对湿度过低，不符合果蔬贮藏要求，故在库内装加湿器或在净化空气回库之前通过加湿器。 　          （二）气压袋              气调库内，当排除ＣＯ2时会出现负压，这对库房气密性不利，故设置气压袋。袋用不透气的聚乙烯制成，体积为库容积的１％一２％，装在库外，与库内相通。当库内气压变化时，气压袋自动收缩或膨胀，以保库内外气压平衡。 　          （三）温度  温度检测和自动记录仪器及Ｏ2、ＣＯ2和记录仪器即时检测和调节库内的气体参数。 (五)  压缩机的有关计算 　         1、压缩机产冷量的计算 　           (1) 压焓图                                 (2) 理论排气量：         Vp＝15πD2s n z                 (m3/h)                (3) 氨循环量：              G＝Vpλq/V1                (4) 产冷量(制冷能力)          Q＝Vpλqqr / 3.6         或        Q＝G ( i1－i4 ) / 3.6       不同工况下制冷量换算                Qg＝Qb qg λg / qb λb 　          2、压缩机功耗的计算                           (1) 绝热功率：             Nj＝G ( i2－i1 ) / 3600 　                      (2) 指示功率：                 NI＝Nj / η                                           η=Ts / Tl＋b ts                                              (3) 摩擦功率：               Nm＝PmVp/3600                                              (4) 轴功率：                   Ne＝NI+Nm                                               (5) 电机轴功率：         N=Ne/ηe=(NI+Nm) / ηe                                               (6) 配用电机功率：      N'd = (1.10～1.15)N   二、冷凝器 　                    功能：使高压高温的过热蒸汽冷却，冷凝成高压液氨，散发热量。                                                               型式：壳管式，淋水式，双管对流式，组合式，蒸发式，气冷式。 　                       (一) 壳管式冷凝器：有立式和卧式两种。 　                                                        1、立式壳管式冷凝器 　                                                                                                                                                                                               工作原理：管内通冷却水，管外为氨蒸汽。                                                       组成：1.放油孔，2.混合气出口，3.均压管，                                               4.压力表，5.安全阀，                                               6.配水箱，7.分水器。 　                优点：(1)占地面积小，可安装在室外；                                     (2)传热系数较高；                                     (3)冷却水质要求较低，不易阻塞；                                     (4)清除水垢容易。 　                 缺点：(1)用水量较多；(2)泄漏不易发现。 　 　       2、卧式壳管式冷凝器 　       工作原理：管内通冷却水，管外为氨蒸汽。 　       组成：1.放空阀，2.放空气，3.氨气进口，4.均压管，5.压力表，6.安全阀，7.水出口，8.水进口，9.氨液出口，              10.放水阀。 　       特点：可以安装在室内，清洗不容易。 　                       适用于水温较低，水质较好的条件。         　 　 　 　 　 　 　       (二)淋水式冷凝器 　       工作原理：氨气在管内从下部进入，冷凝后从中部排出，流入贮氨器中，冷却水在外。 　 三、膨胀阀与蒸发器 　       (一)膨胀阀 (又称节流阀) 　       功能：起降压及控制流量的作用，高压液体通过膨胀阀时，经节流而降压，由冷凝压力降低到蒸发压力。在降       低压力的同时，氨液因沸腾蒸发而吸热，降低温度。 　       1、手动膨胀阀 　       2、热力膨胀阀     利用蒸发器出口蒸汽的过热自动调节制冷剂流量，多用于小型机组(如电冰箱)。 　       (二)蒸发器 　       功能：低压低温液体进入蒸发器后，吸热蒸发变为蒸汽，从冷却介质带走热量。 　       型式：立管式，卧式管壳式 　       1、立管式蒸发器： 　       优点：构造比较简单，传热效率高，检修与清理方便。       缺点：蒸发管组腐蚀快，尤其是采用氯化钠盐水时腐蚀更快。         2、卧式蒸发器： 　       优点：结构简单，紧凑，传热效率高，减少了腐蚀。 　       缺点：当盐水浓度不够冻结后，管子有破裂危险。 　 四、制冷机附助设备 　       (一) 油分离器 　       功能：分离氨液中的润滑油，以免降低冷凝器的传热系数。 　       工作原理：利用油密度大，氨气密度小，采用降低流速、温度，改变运动方向的方法使油下落到底部。 　       通油分离器氨气的体积： 　 V＝3600 D2 vπ/ 4     (m3/ hr) 　       油分离器直径： D＝( 4 V / 3600πv )1/2       (m) 　       设置：在压缩机排气管道上，靠近冷凝器。 　       (二)贮氨器 　       功能：与冷凝器安装在一起，贮存从冷凝器排出的高压氨液，当冷负荷变化时，调节蒸发器内氨液盈亏，适应      液量变化。 　       结构：圆柱形钢板容器，设有氨液进出口，均压管，安全阀，放空气，放油接头等。 　       贮氨器容积计算：                         V=∑Gψ/ 80%ρ 　       (三)排液桶 　       功能：当蒸发器排管冲霜时，贮存由排管内排出的氨液。 　       冲霜：用过热氨蒸汽压入排管，将霜溶化除去。 　       排液桶容积：          V＝V’ / 80% (四)氨液分离器        功能：分离氨气和氨液，保证进入压缩机的是干饱和蒸汽，进入蒸发器的为氨液。        结构：立式圆筒容器，中间进，两头出。 　        安装：安装在库房最高处，最好高出蒸发              器1～2m，以便氨液顺利流入排管。 　       分离原理：降低气流速度，改变运动方向，                      使气液分离。 　       直径：D＝(4V / 3600πv)1/2。 　       高度：h＝(3～4) D 　 (五)空气分离器： 　       功能：分离排出冷凝器中不能液化的气体。 　       不凝气体的来源：    (1)首次加氨时残留在系统内气体。      (2)低压管路的渗漏。       (3)润滑油或氨的分解。 　       不凝气体的危害： 　     聚集在冷凝器，高压贮氨器等设备内降低冷凝器的传热系数，引起冷凝器压力升高，增加压缩机的功耗及耗电量。 　       1、二重管式(套管式)空气分离器：                型式：立式，卧式。              安装：在冷凝器旁边。 　       2、四重管式空气分离器        结构：由四个同心套管焊制而成。其上有混合气体进口，氨液进口，氨气出口及放空气口等接头。         特点：分离效果高，体积小。 　       (六) 中间冷却器： 　       功能：用于双级以上压缩制冷系统中，冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽，分离出通向高压压缩机的氨蒸汽       中夹带的氨液和润滑油。 　       工作原理：来自低压缸的氨气，通入中间冷却器内液面下被洗涤，冷却，氨气上升由上部通向高压缸，液体            被除去。