食品機械講課課件制冷

1、6 冷凍關聯(lián)設備,6.1制冷原理及系統(tǒng) 根據熱力學第二定律，自然界中物體的熱量只能從高溫物體自動地傳給低溫物體，絕不會從溫度低的物體傳給溫度高的物體。因此，要想獲得低于周圍環(huán)境溫度的狀態(tài)，必需借助于一種專門裝置，消耗一定的外界能量，迫使熱量從溫度低的被冷卻物體或空間轉移到溫度較高的周圍介質中去，得到人們所需要的各種低溫，這種方法就是人工制冷。而用人工的方法制造和獲得低于環(huán)境溫度的技術就稱為制冷技術。,實現(xiàn)人工制冷的方法1.利

2、用物質的相變來吸熱制冷； 融化（固體—液體） 氣化（液體—氣體） 升華（固體—氣體） 氣化制冷（蒸氣制冷）： 包括液氮氣化式和蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷。2.利用氣體膨脹產生低溫 氣體等熵膨脹時溫度總是降低的，產生冷效應。3.氣體渦流制冷 高壓氣體經渦流管膨脹后，可分為冷熱兩股氣流；4.熱電制冷（半導體制冷）

3、 利用半導體的溫差電效應實現(xiàn)的制冷。,各種制冷方法均有自身的特點和應用范圍，到目前為止，沒有一種制冷方法在整個的制冷區(qū)間內能保持最佳的制冷效果。因此，不同的制冷區(qū)間應選用不同的制冷方法。目前，根據所獲低溫的溫度要求，可把制冷范圍分為兩個區(qū)間，即⑴普冷：低于環(huán)境溫度～－120℃（153K），簡稱制冷。⑵低溫：－120℃～－273℃（接近0K）所發(fā)生的現(xiàn)象和過程或使用的技術和設備。不同制冷范圍使用不同的制冷方法，在食品加工、貯

4、運過程中所要求的用冷溫度，均屬于普冷范圍，使用最廣泛制冷方法是液體氣化法。因此我們主要介紹液體氣化制冷的原理和制冷方式，以及在制冷過程中所使用的主要機器和設備。,6.1.1制冷原理與制冷劑,1）制冷原理液體氣化制冷是指制冷劑液體在氣化時需要吸收大量的氣化潛熱而實現(xiàn)制冷的方法。食品加工過程中主要采用液氮氣化式和蒸氣壓縮式制冷，而蒸氣噴射式、吸收式和吸附式制冷主要應用于空調制冷中。（1）液氮氣化式制冷 液氮氣化式制冷屬于開式液體

5、氣化系統(tǒng)。是將液氮直接噴淋到被冷卻物表面，液氮吸收被冷卻物的熱量后氣化，或將被冷卻物沉浸在液氮內降溫。這種方法操作簡單，初投資較低，但液氮不能循環(huán)利用，運行費用較大。,（2）蒸氣壓縮式制冷 蒸氣壓縮式制冷所用制冷劑主要有氨和氟利昂，能量補償過程是消耗機械功的壓縮過程。它利用氣化溫度較低的液態(tài)制冷劑的蒸發(fā)，吸收被冷卻物體的熱量，從而使被冷卻物體的溫度下降，通過壓縮機將氣化后的制冷劑蒸氣吸回并加壓，在冷凝器中制冷劑將所吸收的熱量傳給冷

6、卻介質，自身溫度得以降低，然后再進行蒸發(fā)吸熱，如此循環(huán)，即可實現(xiàn)制冷。,液體氣化制冷原理,2）制冷劑制冷劑是在制冷裝置中進行制冷循環(huán)的工作物質，也稱制冷工質。制冷劑在蒸發(fā)器中汽化吸熱，在冷凝器中凝結放熱。當前能用作制冷劑的物質有80多種，最常用的是氨、氟里昂類、水和少數碳氫化合物等。 1987年9月在加拿大的蒙特利爾室召開了專門性的國際會議，并簽署了《關于消耗臭氧層的蒙特利爾協(xié)議書》，于1989年1月1日起生效，對氟里

7、昂在的R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等CFC類的生產進行限制 。,制冷劑的代號和分類,國際上統(tǒng)一規(guī)定用字母“R”和它后面的一組數字或字母作為制冷劑的簡寫符號。無機化合物：簡寫符號規(guī)定為R7（），括號代表一組數字，是該無機物分子量的整數部分；鹵代烴和其他烷烴類：烷烴類化合物的分子通式為CmH2m+2；鹵代烴的分子通式為CmHnFxClyBrz（n+x+y+z=2m+2），則簡寫符號規(guī)定為R(m-1)(n

8、+1)(x)B(z)，每個括號是一個數字，該數字為零時省去不寫。非共沸混合制冷劑：簡寫符號為R4（）；共沸混合制冷劑：簡寫符號為R5（）；環(huán)烷烴及環(huán)烷烴的鹵代物：用字母“RC”開頭；鏈烯烴及鏈烯烴的鹵代物：用字母“R1”開頭；有機氧化物、脂肪族胺：用R6開頭，其后的數字式任選的。,制冷劑按標準大氣壓下的蒸發(fā)溫度和常溫下的冷凝壓力可分為：①高溫低壓制冷劑 蒸發(fā)溫度＞0℃，冷凝壓力≦0.3 MPa，如R11、Rll3、Rl

9、l4等。這類制冷劑的蒸發(fā)溫度較高，冷凝壓力較低，適用于離心式制冷機的空調系統(tǒng)和在高溫工況下工作的制冷系統(tǒng)。②中溫中壓制冷劑 0℃＞蒸發(fā)溫度＞－60℃，0.3 MPa≦冷凝壓力＜2.0 MPa、如R717、R12、R22、R502等。這類制冷劑的蒸發(fā)溫度和冷凝壓力能適應一般的使用條件應用范圍較廣，適用于空調系統(tǒng)以及－65℃以上的制冷系統(tǒng)。③低溫高壓制冷劑 蒸發(fā)溫度≦－60℃，冷凝壓力＞2.0 MPa。如R13、R14、R5

10、03等。這類制冷劑的蒸發(fā)溫度較低，冷凝壓力較高，但由于臨界溫度較低，不能在常溫下液化，故一般多用于復疊式制冷的低溫系統(tǒng)。,（2）制冷劑的選擇要求①對制冷劑熱力性質的要求（a）在標準大氣壓下的蒸發(fā)溫度低 只有較低的蒸發(fā)溫度，才能通過溫差傳熱獲取低溫，只有在低溫下具有較高的蒸發(fā)壓力（最好不低于大氣壓），外界的空氣才不易進入系統(tǒng)，制冷劑泄漏也容易發(fā)現(xiàn)。（b）在常溫下的冷凝壓力低 冷凝壓力越低，壓縮機的功耗越小，制冷劑越易于液

11、化。（c）凝固點低 制冷劑的凝固點只有低于所需的蒸發(fā)溫度，才能實現(xiàn)循環(huán)制冷。（d）單位容積制冷量適宜 一般地說，制冷劑的單位容積制冷量應盡量大些，因為這樣可提高壓縮機的工作效率，減少系統(tǒng)內的制冷劑量，縮小機器設備的體積及系統(tǒng)的管徑等。但對于微型活塞式制冷機和中、小型離心式制冷機來說，則要求制冷劑的單位容積制冷量適當小些，以免因機器設備的體積太小而給生產制造帶來困難。（e）臨界溫度高，相應的臨界壓力低 臨界溫度是制

12、冷劑蒸氣能夠實現(xiàn)液化的最高溫度。如果臨界溫度太低，則勢必要給制冷劑的液化帶來困難，而臨界壓力越高，則制冷劑的冷凝壓力相應也高，這會增大壓縮機的功耗、制冷劑的臨界溫度最好遠高于環(huán)境溫度。,②對制冷劑物理化學性質的要求（a）粘度和重度小 制冷劑的粘度和重度小，則制冷劑的流動阻力小，換熱效率高，壓縮機的功耗?。煌瑫r還可縮小系統(tǒng)的管徑，減小省材的消耗等。（b）放熱系數大 制冷劑的放熱系數大，換熱效果好．可減小換熱設備的傳熱面積。

13、（c）滲透性弱，蒸發(fā)潛熱大，蒸氣的比容小 滲透性弱，不易泄漏；蒸發(fā)潛熱大單位制冷量大；蒸氣的比容小，壓縮機耗功少。（d）有一定的吸水性 在制冷系統(tǒng)中，或多或少都會含有濕空氣，所以要求制冷劑要有一定的吸水性，避免系統(tǒng)內出現(xiàn)冰塞現(xiàn)象。（e）不含水分和雜質 水分和雜質隨制冷劑進入系統(tǒng)，易造成設備機器的腐蝕損壞、管路的堵塞等等良后果。（f）化學性質穩(wěn)定 不燃燒、不爆炸、不分解、不化合、不腐燭、不變質、不造成生態(tài)環(huán)

14、境公害。,3）常用制冷劑（氨）,應用較廣的中溫制冷劑，沸點－33.3℃，凝固點－77.9℃；有較好的熱力學性質和熱物理性質；有毒，可燃，安全分類B2；與水互溶，但由于有腐蝕作用，限制含水量不超過0.2％；密度比礦物油小，在礦物油中溶解度?。粚Σ牧嫌邢拗?，不允許使用銅及銅合金；用于蒸發(fā)溫度在－65℃以上的大型或中型活塞及螺桿機組中，也有應用于大容量離心式制冷機中。,6.2制冷系統(tǒng)的基本組成與結構,(1）單級壓縮制冷系統(tǒng)

15、 最簡單的制冷系統(tǒng)由四大要件組成：①壓縮機；②冷凝器；③節(jié)流閥；④蒸發(fā)器；,原理：制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對象的熱量而蒸發(fā)，產生的低壓蒸氣被壓縮機吸入，經壓縮機壓縮后制冷劑壓力升高，壓縮機排出的高壓蒸氣在冷凝器中被常溫冷卻介質冷卻，凝結成高壓液體。高壓液體經膨脹閥節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進入蒸發(fā)器，低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化蒸發(fā)。如此周而復始。,(2)雙級壓縮制冷系統(tǒng),1.單級壓縮循環(huán)的局限性。 單擊

16、蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，冷凝溫度都差不多，雖然可能采用不同的制冷劑，但是所能夠獲得的最低制冷溫度一般只有 -20~-30℃，最低不超過-40℃。這主要是由于壓縮機壓縮比不能過大的原因造成的。2.關于壓縮比 壓縮機的壓縮比等于冷凝壓力pk與蒸發(fā)壓力p0的比值，當冷凝溫度固定的時候，壓縮比就取決于蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)溫度越低，蒸發(fā)壓力就越小，壓縮比就越大。,3.壓縮比過大帶來的問題①制冷系數下降。壓縮機的輸氣系數（壓

17、縮機實際輸氣量與理論輸氣量的比值）大大降低，消耗的功增大，運行經濟性降低。當壓縮比達到20時，壓縮機事實上已不能進行吸氣。②壓縮機的排氣溫度升高。使氣缸壁溫度上升，影響潤滑條件，甚至會出現(xiàn)潤滑油的碳化，造成拉缸等不正?，F(xiàn)象。③液態(tài)制冷劑節(jié)流引起的損失增大。即節(jié)流后產生的蒸氣（或稱閃發(fā)氣體）增多，使單位制冷量減少，循環(huán)的制冷系數降低。,由于以上原因，單級壓縮機壓縮比不宜過大。一般使用氨作為制冷劑的活塞式壓縮機壓縮比最大為8，使用氟利昂

18、作為制冷劑的活塞式壓縮機壓縮比最大不超過10，而使用離心式壓縮機時，壓縮比最大不能超過4。這樣的話，在冷凝溫度跟環(huán)境溫度差不多的情況下，單級壓縮機可以達到的蒸發(fā)溫度通常為-20℃~-30℃，最多不超過-40℃.,4、各種形式的雙級壓縮制冷循環(huán),雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本類型 雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)由于它們所用節(jié)流級數及中間冷卻方式的不同，有不同的循環(huán)形式。節(jié)流級數分為一級節(jié)流和二級節(jié)流；中間冷卻方式分為中間完全冷卻，中間不完全冷卻和

19、中間不冷卻三種。經過組合，常見雙級壓縮循環(huán)有下面5種：①一級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)②一級節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)③一級節(jié)流中間不冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)④二級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán)⑤二級節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán),①一級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán),低壓級壓縮機排氣進入中間冷卻器完全冷卻為干飽和蒸氣再被高壓級壓縮機吸入，故稱為中間完全冷卻。節(jié)流前的高壓液體在中間冷卻器的盤管內流

20、動時得到冷卻，所以液體得到過冷。,②一級節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環(huán),它的低壓級壓縮機排氣不進入中間冷卻器內冷卻，而是在管道中與中間冷卻器內出來的中溫中壓飽和蒸氣混合冷卻后進入高壓級壓縮機進行第二次壓縮，因此高壓級壓縮機吸入的是經過混合冷卻的過熱蒸氣。,(3)、復疊式壓縮系統(tǒng),當制冷溫度達到-70℃、-80℃以下時，雙級壓縮也無能為力，這時因為：1.制冷劑凝固點溫度限制。中溫制冷劑在這個溫度范圍往往因達到凝固點而凝固造成無法循

21、環(huán)。2.壓縮比限制。蒸發(fā)溫度過低時，即是采用雙級壓縮也將使每一級壓縮比超過限制。若使用多級壓縮，則系統(tǒng)又過于復雜，可靠性變差。3.蒸發(fā)壓力過低。此時使用一般制冷劑，蒸發(fā)壓力會變的很低，一方面吸氣比體積增大會降低壓縮機輸氣量，增大汽缸尺寸，另一方面也使得空氣容易滲入系統(tǒng)。4.吸排氣閥門動作困難，這些閥門一般是彈簧片結構，它們的動作實際也依賴一個微小的壓力差，但是吸氣壓力過低時連這個條件也很難滿足，造成閥片動作困難，無法吸氣。5.臨

22、界溫度限制。如果使用低溫制冷劑，則上述問題可以解決，但是低溫制冷劑臨界溫度太低，無法在常溫下液化。,復疊式制冷循環(huán)原理,復疊式制冷一般使用兩個制冷系統(tǒng)，在高溫系統(tǒng)里使用沸點溫度高的制冷劑，在低溫系統(tǒng)里使用沸點溫度低的制冷劑，高溫系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)是為了吸收低溫系統(tǒng)中制冷劑冷凝放出的熱量，只有低溫系統(tǒng)中制冷劑蒸發(fā)向被冷卻對象吸熱。這種系統(tǒng)叫做復疊式制冷系統(tǒng)，它既可以獲得較低的蒸發(fā)溫度和合適的蒸發(fā)壓力，又可以向環(huán)境放熱。,蒸發(fā)冷凝器由高溫系

23、統(tǒng)的蒸發(fā)器和低溫系統(tǒng)的冷凝器組合而成，其傳熱溫差為10℃。復疊式制冷廣泛用于蒸發(fā)溫度-80～-130℃的低溫場合。,4）制冷系統(tǒng)的主要設備,（1）制冷壓縮機 制冷壓縮機根據其工作原理可分為容積型和速度型兩大類目前，用于工業(yè)生產的壓縮機，主要是容積型壓縮機。 ， 容積式壓縮機：用機械的方法使密閉容器的容積變小，使氣體壓縮而增加其壓力的機器，成為容積型壓縮機。它有兩種結構形式：往復式(活塞式)和回轉式,壓

24、縮機類型,容積型Screw雙螺桿式壓縮機,容積型Reciprocating往復式壓縮機,容積型Scroll渦旋式壓縮機,容積型Screw單螺桿式壓縮機,①活塞式制冷壓縮機（a）活塞式制冷壓縮機的工作原理 旋轉的曲軸通過連桿帶動活塞在氣缸中作直線往復運動，并通過吸、排氣閥片相應的配合動作，來完成吸氣、壓縮、排氣和膨脹四個過程。,圖6－5 活塞式壓縮機的工作原理圖,（b）活塞式制冷壓縮機的基本結構,機

25、體和缸套,1.機體的作用與要求 機體是支承壓縮機全部質量并保證各零部件之間有正確的相對位置的部件。機體包括氣缸體和曲軸箱兩個部分。安裝氣缸套的部位稱為氣缸體，安裝曲軸的部位稱曲軸箱。裝在機體上的還有氣缸蓋、軸承座等零部件。機體是整個壓縮機的支架，因而要求其有足夠的強度和剛性.2. 機體的結構型式 機體的結構型式很多，有的帶氣缸套，有的氣缸是直接在機體上加工而成。,氣缸蓋,,,,,,,,,,,,,曲軸,,,,,,,曲軸，是傳遞

26、動力和運動的主要部件之一。電動機主軸的旋轉運動，通過曲軸、連桿機構轉變?yōu)榛钊淖瓦\動，而實現(xiàn)對蒸氣的壓縮。曲軸按曲拐的多少分為單曲拐、雙曲拐和多曲拐曲軸，常見的是雙曲拐，在每個曲拐上裝1～4根連桿。,連桿,,,,,,,,連桿，是曲軸連桿機構的一部分。用于連接活塞和曲軸，將曲軸的旋轉運動轉變?yōu)榛钊耐鶑瓦\動。連桿可分為連桿小頭、襯套、連桿體、連桿大頭、軸瓦和連桿螺栓等組件。,活塞,,,,,,,,,活塞組，是活塞、活塞銷和活塞環(huán)的總稱。活

27、塞組與氣缸組成一個可變的封閉工作容積，以完成吸氣、壓縮、排氣、膨脹工作過程,斜面活塞 凸頂活塞,凹頂活塞 平頂活塞,活塞銷,,,,,,,,,,用來連接活塞和連桿小頭，

28、它承受交變載荷，因此應有足夠強度，并要求耐磨、抗疲勞和抗沖擊。,活塞環(huán) 活塞環(huán)有氣環(huán)和油環(huán)兩種。 氣環(huán)的作用是密封氣缸的工作容積，防止壓縮氣體通過氣缸壁與活塞表面之間的間隙泄漏到曲軸箱中。 油環(huán)的作用是刮下附著于氣缸壁上多余的潤滑油，并使壁面上油膜分布均勻。,,,活塞環(huán),,,,,,,,,,,軸封裝置,,軸封裝置，開啟式壓縮機的曲軸伸出機體之外，曲軸和機體之間必須設置密封裝置。它的作用在于當曲軸箱內的壓力高于外界的大氣

29、壓時，防止制冷劑和潤滑油外漏；當曲軸箱內的壓力低于外界的大氣壓時，防止外界的空氣滲入系統(tǒng)。目前，壓縮機的軸封大都采用機械式密封，這種軸封由彈簧、彈簧托板、緊圈、鋼殼、軸封橡膠圈、動摩擦環(huán)、定摩擦環(huán)（壓板）等組成。動摩擦環(huán)（動環(huán)）固定在曲軸上，定摩擦環(huán)（定環(huán)）固定在機體上。上述零件組成軸封的三個密封面。,軸端密封 軸承密封,氣閥組 氣閥是壓縮機的重要部件之一。它的正常工作才能保

30、證壓縮機實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個工作過程。氣閥實質上是一自動閥，氣閥的啟閉是依靠閥片二側的壓力差來實現(xiàn)的。 氣閥主要由閥座、閥片、彈簧和閥蓋（閥片的升高限制器）組成，如圖所示。,,半封閉式壓縮機實物圖片,連桿與活塞組件,②螺桿式制冷壓縮機螺桿式制冷壓縮機屬于容積型回轉式壓縮機，它具有活塞式制冷壓縮機無法比擬的優(yōu)點。近年來，隨著螺桿式壓縮機結構的改進，性能得到很大的提高，容量范圍和使用范圍不斷擴大，機型和種類亦不斷增多，成

31、為一種新型的制冷壓縮機。,1.類型結構結構組成：主要由轉子、機殼、軸承、軸封、活塞及能量調節(jié)裝置組成。轉子之間及轉子和氣缸、端座間留有很小的間隙。吸氣端座和氣缸上部設有軸向和徑向吸氣孔口，排氣端座和滑閥上分別設有軸向和徑向排氣孔口。,2.工作原理螺桿式壓縮機的工作是依靠嚙合運動著的一個陽轉子與一個陰轉子，并借助于包圍這一對轉子四周的機殼內壁的空間完成的。當轉子轉動時，轉子的齒、齒槽與機殼內壁所構成的呈V字形的一對齒間容積稱為基元容積

32、，其容積大小會發(fā)生周期性的變化，同時還會沿著轉子的軸向由吸氣口側向排氣口側移動，將制冷劑氣體吸入并壓縮至一定的壓力后排出。,螺桿式壓縮機的工作過程包括：吸氣過程、壓縮過程、排氣過程。,螺桿式壓縮機的工作原理,依靠嚙合運動著的一對陰陽轉子，借助它們的齒、齒槽與機殼內壁所構成的呈“V”字形的一對齒間容積呈周期性大小變化，來完成制冷劑氣體吸入—壓縮—排出的工作過程。,單螺桿,雙螺桿,（2）冷凝器冷凝器的類型,立式：用水量多，水質可差

33、 殼管式 臥式：水質要好，水溫低 水冷式 套管式：小型水冷系統(tǒng) 淋水式：用水少，水質可差，空氣干燥類型 蒸發(fā)式：用水少，空氣干燥 自然對流式 風冷式 強制對流式,,,,,立式殼管式冷凝器,,,圖6－8立式殼管冷凝器,其圓筒形殼體一般采用鋼板卷制焊成，殼體內裝有一組垂直的直管管簇，管內為

34、冷卻水，殼體的頂部焊有一個配水箱。配水箱內有多孔篩板，用來將水均勻地分布到每根管口，在每根水管的上端還設有一個帶槽的導流套管，使水流經過斜槽沿著管壁作螺旋狀流動，并呈膜狀流下，以便水與制冷劑能充分發(fā)生熱交換。,2.臥式殼管式冷凝器,,,圓筒形殼體用鋼板卷制焊成,在殼體上設有若干個管接頭，殼體內裝有一組橫臥的直管管簇，它安裝在兩塊管板上，管內為冷卻水，殼體的兩端裝有鑄鐵做的端蓋，兩端蓋的內壁設有相互配合的分水筋，以便冷卻水能在管簇內多次往

35、返流動。,空冷式冷凝器的冷卻介質是空氣，制冷劑放出的熱量由空氣帶走。其基本結構見圖6－11所示。一般成長方體，冷凝管由幾組蛇形盤管組成，在盤管外加肋片,以增加空氣側的傳熱面積，同時采用風機加速空氣的流動，以增加空氣側的傳熱效果。工作時制冷劑蒸汽由冷凝管上部的分配集管進入蛇形管中，在流動過程中與管外的空氣發(fā)生熱交換，逐步冷卻、冷凝成液體，由下部流出?？绽涫嚼淠髦饕糜诜褐评湎到y(tǒng)或供水困難、氣溫較低的地區(qū)。,② 空冷式冷凝器,圖6－1

36、2 蒸發(fā)式冷凝器,,圖6－12是蒸發(fā)式冷凝器的結構示意圖，蛇形盤管裝在立式的箱體內，箱底的底盤為水盤。制冷壓縮機排出的制冷劑蒸氣從蛇形盤管上部進入，冷凝后由下部排出。水盤內的冷卻水由循環(huán)水泵送到盤管上部，經噴嘴噴淋在盤管的外表面，一部分冷卻水吸收管內制冷劑蒸氣冷凝時放出的熱量而蒸發(fā)，未蒸發(fā)的噴淋水仍流進水盤內。蒸發(fā)式冷凝器裝設風機，以使空氣加大流速自下而上地流經盤管，不斷帶走水蒸氣，加速噴淋水的汽化。為防止未汽化的水滴被空氣帶走，在箱體

37、上部還裝有檔水板。,（3）節(jié)流機構,節(jié)流機構的作用是把來自冷凝器的高壓液體制冷劑節(jié)流降壓并調節(jié)制冷劑的流量,熱力膨脹閥,,,◆原理：利用蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽過熱度的變化調節(jié)供液量。 ◆應用：氟利昂系統(tǒng)中廣泛使用（與非滿液式蒸發(fā)器配合使用）。,浮球膨脹閥,（4）蒸發(fā)器,滿液式臥式殼管式 冷卻液體的蒸發(fā)器 直立管式 冷水箱

38、 螺旋管式 冷風機——干式蒸發(fā)器類型 冷卻空氣的蒸發(fā)器 排管 螺旋式 新型速凍裝置 隧道式,,,,,,蒸發(fā)器是直接

39、進行制冷換熱的設備。經過節(jié)流后的低溫低壓液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，使被冷卻對象的溫度降低，從而實現(xiàn)制冷降溫的目的。 蒸發(fā)器按照被冷卻流體的不同，可分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器兩大類。,① 立管式蒸發(fā)器,蒸發(fā)管組由上集管、下集管和許多焊在兩集管之間的末端微彎的立管組成。上集管的一端焊有液體分離器，其底部通過一根立管與下集管相通，使分離出來的制冷劑液體流回下集管。下集管的一端與集油器相連，集油器的上端與吸氣管

40、相通。,② 螺旋管式蒸發(fā)器,螺旋管式蒸發(fā)器與立管式蒸發(fā)器基本相同，其主要區(qū)別在于它以螺旋管代替兩集管之間的立管，因此，當傳熱面積相同時，其外形尺寸比立管式的小，結構緊湊，又可減少焊接工作量。,③ 臥式殼管蒸發(fā)器,載冷劑在換熱管內往返多次流動，而制冷劑則在換熱管外蒸發(fā)吸收載冷劑的熱量。,干式蒸發(fā)器的形狀和結構與臥式殼管蒸發(fā)器相似，不同的是液態(tài)氟里昂在管內沸騰。在筒體內設置幾道隔板，載冷劑在管外的隔板之間曲折流動。,④ 直接蒸發(fā)式空氣冷卻器

41、,直接蒸發(fā)式空氣冷卻器又稱冷風機，冷風機廣泛應用于冷藏庫和空調設備中。,制冷輔助設備按其作用可分為兩大類：① 維持制冷循環(huán)正常工作的設備，如中間冷卻器等。② 改善運行指標及運行條件的設備，如油分離器、氨液分離器、空氣分離器和各種貯液器。,（5）制冷系統(tǒng)的主要輔助設備,（a）油分離器,油分離器裝在壓縮機排氣口和冷凝器之間，用來分離高壓氣體中的潤滑油，不致使過量的油進入冷凝器和蒸發(fā)器影響傳熱效果、降低制冷量。,（b）高壓貯液器,為了貯存

42、冷凝器中凝結下來的高壓氨液，使冷凝器的冷卻面積不被占用，同時供應和調節(jié)各蒸發(fā)器的供液量，以適應工況的變化。在制冷系統(tǒng)中設置了高壓貯液器。,貯液器,（c）中間冷卻器,中間冷卻器是實現(xiàn)雙級制冷循環(huán)必備的設備，它裝設于制冷壓縮機的低、高壓級之間，主要作用是冷卻低壓級壓縮機排出的過熱蒸汽，以降低高壓級的吸、排氣溫度。此外，還可冷卻節(jié)流前的高壓液體制冷劑，使其獲得較大的過冷度，以提高制冷量。,圖6－25 氨用中間冷卻器,氨用中間冷卻器中間冷卻器

43、系用以裝置在雙級氨制冷裝置的低壓和高壓缸之間，使由低壓缸排出的熱氣在經過本器時達到冷卻的目的。同時使自貯氨器流經本器中盤管的氨液過冷以增加制冷效應。中間冷卻器操作注意下列事項：中間冷卻器內氣體流速一般為0.5～0.8m/s。蛇形盤管內氨液流速一般為0.4～0.7m/s，其出口氨液溫度比進口低3～5℃。中間冷卻器的中間壓力一般在0.3MPa（表壓）左右，不宜超過0.4MPa（表壓）。高壓級的吸氣過熱度，即吸氣溫度比中間冷卻器的中

44、間溫度高2～4℃,(d)氣液分離器,工作原理： 利用制冷劑蒸氣流速的急劇降低和流向的急劇改變，實現(xiàn)： 分離蒸發(fā)器回氣中的液體制冷劑，防止壓縮機濕壓縮。 分離進入蒸發(fā)器供液中的閃發(fā)蒸氣，提高蒸發(fā)器的傳熱效果。右圖為：氨液分離器,(e) 空氣分離器,制冷系統(tǒng)中進入空氣的原因有：1）制冷系統(tǒng)在投產前或大修后，因未徹底清除空氣故空氣存在制冷系統(tǒng)中。2）日常維修時，局部管道、設備未經抽真空，就投入工作。3）系統(tǒng)充氨、充氟、加油時

45、帶入空氣。4）當低壓系統(tǒng)在負壓下工作時，通過密封不嚴密處竄入空氣。,系統(tǒng)中有空氣帶來的害處是：1）導致冷凝壓力升高。在有空氣的冷凝器中，空氣占據了一定的體積，且具有一定的壓力，而制冷劑也具有一定的壓力。根據道爾頓定律：一個容器（設備）內，氣體總壓力等于各氣體分壓力之和。所以在冷凝器中，總壓力為空氣和制冷劑壓力之和。冷凝器中空氣越多，其分壓力也就越大，冷凝器總壓力自然升高。2）由于空氣的存在，冷凝器傳熱面上形成的氣體層，起到了增加熱

46、阻的作用，從而降低了冷凝器的傳熱效率。同時，由于空氣進入系統(tǒng)，使系統(tǒng)含水量增加，而腐蝕管道和設備。3）由于空氣存在，冷凝壓力的升高，會導致制冷機產冷量下降和耗電量增加。4）如有空氣存在，在排氣溫度較高的情況下，遇油類蒸氣，容易發(fā)生意外事故。,空氣分離器有多種形式，下圖為氨系統(tǒng)以往常用的臥式不凝性氣體分離器稱四套管式空氣分離器。它安裝在殼管式冷凝器的上方，也可單獨安裝,四套管式空氣分離器,常用的立式空氣分離器，它與臥式相比其是操作簡單

47、，并能實現(xiàn)自動控制。它由貯液筒供給液氨，在盤管中蒸發(fā)吸熱，使容器溫度下降，來自冷凝器和高壓貯液筒的混合氣體在分離器內被冷卻，制冷劑蒸氣被冷凝成液體，可從下部排出，不凝性氣體集中于分離器上部，經放氣口排出。,立式空氣分離器,（f）干燥過濾器,氟利昂制冷系統(tǒng)中設有干燥過濾器，以吸收氟利昂液體中的水分，同時還可以清除機械雜質。干燥過濾器一般安裝在冷凝器與節(jié)流裝置前的液體管路中。外殼用鋼管制成，為防止干燥劑進入系統(tǒng)，通常在干燥過濾器的兩端設有

48、濾網、脫脂棉等過濾層，內裝有干燥劑，濾網采用鍍鋅鐵絲網或銅絲網。干燥劑：硅膠 CaCl2分子篩,可更換內核型,密封型,電磁閥,膨脹閥,液體管干燥過濾器,蒸發(fā)器,液體管,液體管干燥過濾器,吸氣管過濾器,壓縮機,吸氣管,,吸氣管過濾器,6.2冷凍濃縮,冷凍濃縮是將溶液中的一部分水以冰的形式析出,并將其從液相中分離出去,從而使溶液達到濃縮的目的.,冷凍濃縮原理,,,,,,,,,,,,F,A,B,E,273,D,TA,T

49、B,TE,0,C,,XA,XB,XE,溶液,溶液+溶質,凍結溶液,冰+溶液,質量分數X,溫度T(K),3.工藝對溶液的濃度有較高要求(兩個方面: ),低于共溶濃度和冰晶與濃縮液分離困難,1.在低溫下進行濃縮,對熱敏性食品物料非常有利;,2.對于低沸點的芳香物質成分可以避免因揮發(fā)造成的損失.,4.濃縮后仍然存在微生物的影響,必須采取加熱或冷凍冷藏.,5.冰晶與濃縮

50、液分離時,可能會帶走一部分濃縮液.,（一）冷凍濃縮設備,,冷凍濃縮設備主要圍繞兩個過程來工作:,結晶過程和分離過程,其生產工藝中的一個重要概念:,最優(yōu)冰晶尺寸,,,,冰晶尺寸,分離成本,結晶成本,,,A,,,成本,1．懸浮結晶法,Grenco冷凍濃縮系統(tǒng)示意圖,其最大優(yōu)點在于能夠迅速形成潔凈的冰晶且濃縮終點較大,但是冰晶與濃縮液的分離比較困難.,2．漸進冷凍法,帶攪拌的漸進濃縮裝置示意圖 * 漸進冷卻濃縮法最大的特點就是形

51、成一個整體的冰結晶，固液界面小，使得濃縮液與冰結晶的分離相對容易，同時，裝置簡單，控制方便 。,冷凍濃縮的應用狀況,設備投資大和日常維護費用高,以及對冰核生成及其生長機理的研究和數據積累不足,致使該項技術的可操作性和操作的穩(wěn)定性比較差.因此,目前主要還是實驗研究以及初步利用階段.,該項技術可以用于啤酒濃縮\橙汁濃縮\速溶咖啡\葡萄酒濃縮以及海水脫鹽等方面.,6.3速凍設備,6.3.1速凍的實現(xiàn)原理與方法速凍：以高速結晶的理論為基礎

52、，采取各種方法加快熱交換的作用，以最快的凍結速度通過食品的最大冰晶生成帶（-1~ -5 ℃ ）的凍結過程。,?大部分食品中心溫度從-1℃降至-5℃，有近80%的水分凍結成冰，此溫度范圍稱為“最大冰晶生成帶”,緩凍與速凍形成冰晶大小比較：緩凍：形成大且分布不均的冰晶 (緩凍期間形成的少數晶核，繼續(xù)增長而成大形冰塊)速凍：形成冰晶細小而分布廣泛均勻 (速凍時全面,大量形成晶核，分布廣泛，以后的增長分配在多數晶核上進行，故晶塊小

53、而廣),凍結速度與冰晶分布的關系,（1）冷凍時間：冷凍時間指從預凍階段開始至達到設計冷凍溫度時所需時間。（2）冷凍速率：對一個產品或包裝來說，冷凍速率(℃／h)是指冷凍初始溫度和最終溫度的差再除以冷凍時間。（3）速凍方法：提高冷卻介質與食品之間的溫差 ；改善換熱條件，增大放熱系數 ；減小食品的體積,6.3.2常見速凍設備的類型、特點和選用,（1）鼓風式凍結裝置,在凍結過程中，冷空氣以自然對流或強制對流的方式與食品換熱。由于氣的導熱性

54、較差，與食品間的換熱系數小，故所需的凍結時間較長。但是，空氣資源豐富、無任何毒副作用，其熱力性質已為人們熟知，所以，用空氣作介質進行凍結仍是廣泛運用的一種凍結方法。,① 隧道式凍結裝置,在隧道凍結裝置中，冷凍空氣在托盤中產品的上方循環(huán)流通，托盤放置在架子或電車上，在兩層托盤之間，托盤或墊片提供空氣流動的空間。 架子或電車用人力或叉式起重車在冷凍裝置中移進移出，或者用推進機械或滑過的方式穿過隧道，也可以將肉胴體懸掛在輸送設備

55、上或使用特殊設計的架子進入隧道實現(xiàn)凍結。 根據食品通過隧道的方式，可分為傳送帶式、吊籃式、推盤式凍結隧道等幾種。,（a）傳送帶式凍結隧道主要由蒸發(fā)器、風機、傳送帶及隔熱殼體等構成。,（b）推盤式連續(xù)凍結隧道,② 螺旋帶式凍結裝置,圖6－45螺旋帶式凍結裝置工作原理,③ 流態(tài)化凍結裝置,（a）斜槽式流化凍結裝置,圖6－46 斜槽式流化凍結裝置,（b）帶式流化凍結裝置,（c）振動式流化凍結裝置,（2）接觸式凍結裝置,接觸式凍結裝置

56、可分為直接接觸凍結裝置和間接接觸凍結裝置，。直接接觸的凍結裝置產品直接與冷凍介質接觸（如浸漬），而間接凍結裝置產品與傳送帶或平板接觸，間接與冷凍介質接觸。,① 直接接觸式凍結裝置,直接接觸凍結是將食品與低溫液體直接接觸，食品與低溫液體換熱后，迅速降溫凍結。食品與低溫液體接觸的方法有噴淋、浸漬或兩者結合使用。凍結裝置主體是一個槽，槽內裝有鹽、糖、丙三醇的水溶液或其他無毒水溶液等冷卻介質。產品被浸人鹽水中或當產品通過冷凍機時鹽水噴灑到產品上

57、。,② 間接接觸式凍結裝置,（b）回轉式凍結裝置,其主體為一不銹鋼制成的回轉筒，外壁為冷卻表面，內壁之間的空間供載冷劑流過換熱，載冷劑由空心軸一端輸入筒內，從另一端排出。被凍品呈散狀由入口送到回轉筒的表面，由于轉筒表面溫度很低，食品立即粘在上面,（3）低溫凍結裝置,低溫凍結裝置與其他形式凍結裝置的一個基本不同點是——它們沒有制冷循環(huán)系統(tǒng)，冷卻介質是氮氣或二氧化碳。氮氣或二氧化碳在大型的工業(yè)設備中液化并用低溫、絕緣良好的壓力罐送至食品冷凍

58、工廠。,① 液氮凍結裝置,② 液態(tài)二氧化碳凍結裝置,6.4 冷凍干燥設備,2.真空冷凍干燥原理,三、真空冷凍干燥器,真空冷凍干燥器常稱為凍干機，其種類繁多。由系統(tǒng)功能來看，凍干機主要由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等四個部分組成。從設備結構來看，凍干機主要由干燥箱、冷凝器（捕水器）、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等六大部分組成。,圖6－56 箱式冷凍干燥裝置1－干燥箱；2－水汽凝結器；3－真空泵4－制冷壓縮機；5

59、－冷凝器；6－熱交換器；7－水汽凝結器進閥；8－膨脹閥,6.5冷凍粉碎設備,6.5.1冷凍粉碎的原理,利用物料的低溫脆性，即物料隨溫度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韌性降低。在低溫凍結狀態(tài)下用一個很小的力就能將其粉碎。,冷凍粉碎裝置一般由制冷劑供給裝置(液氮箱)、貯料予冷筒、原料冷凍箱、螺旋推進器、低溫粉碎機、產品收集器（旋風分離器）、顯熱回收裝置等組成。,食品包括的物料種類非常廣闊。但用冷凍粉碎加工時，其加工工藝都有類似之處，基