冷冻设备

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，从机外表看，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。单级压缩式制冷循环•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。•（三）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。汽缸套的外测装有负荷控制装置，它能使压缩机在启动时，关闭吸气阀，空负荷运转，然后顶开吸气阀，压缩机进入正常工作状态；当负荷变化时，能和油分配问或电磁间配套使用，达到分段加载或卸载，调节制冷量的目的。另外这种压缩机上还有润滑、冷却和传动系统。活塞式（往复式）制冷压缩机的特点是结构较简单、制造容易、适应性强、操作稳定、维护方便，故广泛应用。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器，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：冷凝法五、空气分离器•1、二重管式(套管式