食品工厂机械与设备第十三章.ppt

1、食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备,第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,第十三章 冷冻机械设备,冷冻机械与设备在食品工业中应用 食品工业中应用的冷冻机械设备的两大部分 第一节 制冷概念与机械设备 第二节 食品冷冻冷却设备 第三节 食品冷藏链设备 本章小结 思考题 自测题,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,自测题,判断题 填充题 选择题 对应题,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,四、对应题,1找出以下制冷系统部件与制冷剂状态的对应关系，并将第二列的字母填入第一列对应项的括号中。（ ）1蒸发器 A.出口为常温高压制冷剂液体 （

2、 ）2膨胀阀 B.入口为高温高压制冷剂气体 （ ）3冷凝器 C.入口为低温低压制冷剂液体 （ ）4压缩机 D.入口为低温低压制冷剂气体 （ ）5分油器 E.入口为常温高压制冷剂液体,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,四、对应题,2. 找出以下制冷系统部件与其功能的对应关系，并将第二列的字母填入第一列对应项的括号中。（ ）1. 分油器 A. 稳定系统供氨（ ）2. 空气分离器 B. 供冷凝器与压缩器用（ ）3. 水冷却系统 C. 排除不凝性气体（ ）4. 中间冷却器 D. 安全生产（ ）5贮氨器 E. 双级压缩（ ）6除霜系统 F. 改善传热和设备的安全（ ）7氨液分离器 G. 保证进入

3、压缩机的为干饱和蒸气（ ）8. 紧急泄氨器 H. 减少润滑油进入系统,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,三、选择题,双级压缩制冷系统需要 个膨胀阀和 个蒸发器。 A.1，2 B.1，1 C.2，1 D.2，2 制冷压缩机的余隙与制冷剂 关, 其余隙系数与制冷系数 关。 A.有，有 B.无，无 C.有，无 D.无，有 制冷系数与制冷剂在制冷机内蒸发温度 关，与环境温度 关。 A.有，有 B.无，无 C.有，无 D.无，有 下列有关制冷系统蒸发器的说法中，只有“ ”是正确。 A.须靠近冷凝器 B.须靠近压缩机 C.须靠近膨胀阀 D. 不能装在水槽中 下列有关双级压缩制冷系统的说法中， 是不

4、正确的。 A.获得更低的蒸发温度 B.需中间冷却器 C.不必用两台压缩机 D. 必须用两台压缩机 “冷吨”的英文缩写为 。 A.RT B.T.R. C.TOR D. FR 制冷机的制冷量与 无关。 A.蒸发温度 B.冷凝温度 C.被冷冻食品 D.制冷剂种类,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,三、选择题,制冷机的输入功率为3.5kW,制冷量为3(美国)冷吨, 则其制冷系数约为 。 A.2 B.3 C.3.5 D.1.2 制冷系统中，压缩机完成的是 过程。 A.等焓 B.等熵 C.等温 D.等压 制冷系统中，膨胀阀完成的是 过程。 A.等焓 B.等熵 C.等温 D.等压 双级压缩制冷系统中

5、，膨胀阀入口处的制冷液温度 温度。 A.等于冷凝器出口 B.等于中间冷却器温度 C. 低于冷凝器 D.低于中间冷却器 有一种制冷剂，其在标准大气压下的蒸发温度为-33.4，这种制冷剂为 。 A.氨 B.氟利昂-22 C. 氟利昂-12 D.氯甲烷 下列4种制冷剂中,标准大气压下凝因点最低的是 。 A.氨 B.氟利昂-22 C. 氟利昂-12 D.氯甲烷 下列载冷剂中, 不能在0以下使用的是 。 A.氯化钠 B.乙二醇溶液 C. 水 D.B和C 下列载冷剂中, 毒性最大的是 。 A.氯化钠 B.乙二醇溶液 C. 甲醇 D.B和C,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,三、选择题,制冷机的制冷

6、量为12k, 用普通水冷壳管式冷凝器的热交换面积约需 m2。 A.2 B.3 C. 4 D.5 制冷机采用普通冷凝器耗水500 t/d,如果改用蒸发式冷凝器, 则耗水约为 t/d。 A.15 B.25 C.35 D.45 氨蒸发制冷机系统中，油分离器一般装在 与 之间。 A.冷凝器，膨胀阀 B.膨胀阀，蒸发器 C.蒸发器，压缩机 D.压缩机，冷凝器 制冷量为500kw的制冷机系统，每小时冷却水消耗量至少为 t。 A.50 B.80 C.100 D.150 冷库容量在 t以上的冷库属于大型冷库。 A.1000 B.2000 C.3000 D.10000 冷库容量在 t以上的冷库宜采用氨泵供液。

7、A.100 B.500 C.1000 D.1500 速冻间与冷却间产品间的冷气流速范围在 m/s。 A.12 B.23 C.34 D.0.10.2,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,三、选择题,冷库贮藏间的产品间的空气流速 m/s。 A.0.30.4 D.0.10.2 一冷库冷间的温度为-23，此冷间可能是 间。 A.速冻 B.冷藏 C. 冻藏 D.A或C 200吨箱装冻禽，堆放高度为2.5m， 约需要 m2的冻藏间面积。 A.230 B.300 C.100 D.150 一般速冻器的冷风温度为范围 。 A.-40-430 B. -30-20 C. -50-40 D. -40-20 产率

8、1t/h的速冻机长10m，如要产率提高1倍并保持长度不变，可通过 方式实现。 A.输送带加宽1倍 B. 增加1条输送带 C. 设法将冻结时间缩短一半 D. A、B或C 多层楼冷库的层高为 m。 A.45 B. 4.24.8 C.4.85.2 D. 34 单层楼冷库的层高为 m。 A.45 B. 4.24.8 C.4.85.2 D. 34 某冷库，其生产性冷藏库的冻结能力为60t/d, 这种冷库属于 型冷藏库。 A.大 B. 大中 C.中小 D. 小,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、填充题,1载冷剂又称 ，起着将 在 内所产生的冷量传递给 或工作场所的媒介作用。选择载冷剂一般考虑以

9、下因素: 、 、 、 、 、 等。食品工业用的载冷剂还要求： 、 、 和 等因素。食品工业常用的载冷剂有： 、 、 和 等。 2制冷量单位也可以用冷吨表示，它是指 t 的水在 h 内凝固成 的冰所需排除的热量。冷吨的英文名称为： ，缩写为： 。 3水冷式制冷系统中冷却水的供应方式有： 、 、 ；冷却水的来源有： 、 、 。冷却水的温度一般不宜超过 。 4蒸气压缩式制冷系统的基本设备为： 、 、 、 ；常用的辅助设备有： 、 、 、 、 。 、 等。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、填充题,5蒸发器是制冷循环系统中最后实现制冷效应的设备。常用的蒸发器可以分为两大类，即冷却 的蒸发器

10、（形式有 、 、 ）和冷却 的蒸发器（形式有 、 ）。 6. 制冷系统的冷却水主要用于 的冷却，其次为 的夹套冷却。工业规模的氨制冷系统冷却水用量很大，一台 500 的制冷机组，每小时至少要消耗 t的冷却水。 7. 制冷系统的冷却水供应方式有三种: 式（一般用于 制冷系统，或水源相当 的地方，如靠近 或 旁）。、 式（部分采用 供水，部分采用 水）和 式。 8制冷量是指 (或制冷系统) 时间内从 或 提取的 .。也就是制冷系统中蒸发器 时间所吸取的 。制冷量的国际单位是 。 9制冷剂是在 系统中，完成制冷循环以实现制冷的 。理想制冷剂通常表现出以下特点：（1）沸点和凝固点温度 、单位容积 、冷

11、凝温度 、蒸发潜热 、相对密度和黏度 、对金属不会 、与润滑油 化学作用；无毒、无害；价格低廉等等。常见的制冷剂有 等。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、填充题,10制冷系统的蒸发器常需要进行除霜作业， 这是由于：冷却 用的蒸发器，当蒸发表面低于 ，且 湿度大时，表面就会 。霜层导热性 ，影响 ，当 逐步加厚时将 ，无法进行正常的制冷。当采用壳管式 制造大量的 4 以下的“冰水”时，蒸发温度在 ，若操作失误，就可能使 冻结，无法工作。因此，在这些场合都需要设计除霜的装置。除霜方法有： 冷却用的蒸发器可用： 、中止 除霜、 冲霜、 热除霜等。大型壳管式蒸发器可采用 （因霜冻发生在管

12、内）。 11冷库按容量可以分为 冷库（ 以上 ）、 冷库（ 吨）和 冷库（ 以下 ）。按冷库使用性质，可以分为： 性、 性和 性冷库等三种型式。 12冷库库房常用以下三种方式冷却： 冷却、 冷却和 冷却。使用的冷却设备主要是： 和 。排管冷却有两种供液方式，即 供液和供液，后者又有非 和 式两种方式。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、填充题,13. 高压贮液桶用以调节蒸发器内制冷剂液盈亏，当冷负荷变化时，适应供液量变化。贮液桶常与冷凝器安装在一起，可以贮存从冷凝器来的高压液体。贮氨罐是一个 圆筒，属 容器。 14. 冷库的蒸发温度与冷凝温度按以下原则设置: (1)1500以上的冷

13、库， 氨蒸发温度不得超过 个。1500以下的冷库，不得超过 个蒸发温度；(2) 温度与 温度差810。盐水冷却系统中的 温度与盐水温度差5，如库房温度为 时，盐水温度为-10 ，氨蒸发温度为 ；(3) 立式、卧式壳管式，淋激式和组合式冷凝器的冷凝温度较冷却水出水温度高 ，蒸发式冷凝器的冷温度较 温度高510 。 15. 多层冷库, 层数不宜超过 层。一般在底层安排 性库房（如 间、 间、速冻间等）和 性库房（如冷却物短期贮藏间、收发间）。第二层以上安排 性库房。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、填充题,16. 冷却间或速冻间（生产性库房）的容量决定于:（1） 的进货量，并考虑进货

14、的不均衡情况。（2）货物 形式。（3）货物 所需时间及货物 所需时间。 17. 冷藏间或冻藏间（贮藏性库房）的容量决定于: （1） 冷却间或速冻间的 。（2） 货物 形式。（3） 时间。 18. 制冷机机器总冷量负荷与 冷分配设备 有关，它包括：通过 散失的冷量、食品 或 所需的冷量、 内换气通风时所需的冷量、库房 操作的耗冷量。 19速冻机的结构可以根据冻结方法分为三类：（1） 冻结法。具体装置有：鼓风式： 式、 式、 式、 式、 式；流态化式： 式、 式、 式、 式等。（2）间接接触法： 式、 式、 式、 式等。（3）直接接触法： 冻结装置、 冻结装置、 冻结装置和 冻结装置等。 20真空

15、冷却装置主要由 、 、 、 及 等构成。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,一、判断题,制冷机的大小与制冷剂的单位容积制冷量有关 制冷系数与制冷剂在制冷机内蒸发温度有关而与环境温度无关。 制冷压缩机的余隙与制冷剂无关。 制冷压缩机的余隙系数与制冷系数有关。 人工制冷中以机械压缩循环制冷最为常用。 空气冻结法是食品工业最为普遍采用的一种冻结方法。 接触冻结法不适用于鱼类肉类的冻结。 所有用于蒸气压缩制冷的制冷剂必须在常压下能够被液化。 最普遍采用的载冷剂是盐水溶液。 制冷剂在蒸发器内发生的是等温等压过程。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,一、判断题,壳管式冷凝器的冷却水一般走壳

16、程。 壳管式蒸发器的载冷剂一般走壳程。 氨液的密度通常小于润滑油的密度。 冷却水温低，可以降低冷凝压力，降低能耗，提高制冷量。 新建冷库的制冷蒸发器形式已逐步较多地采用冷风机。 冷库温度为-18，则其制冷蒸发温度范围应在-38 -28之间。 多层式冷库建筑中，生产性库房一般安排在第二层。 冷库建筑物外形最好呈正方形。 冷库冷藏间与冻藏间的容量与冷却间和速冻间的生产能力无关。 冷库冷藏间与冻藏间的容量与所需的贮存时间有关。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,本章小结,冷冻机械与设备广泛应用于食品工业。它可分为制冷和利用冷源的机械设备两大部分。两者有着紧密的联系。 目前食品行业使用最多的是

17、一级和二级机械压缩蒸气制冷机械。氨一直是最常用的制冷剂之一。曾经使用同样广泛的氟利昂系列制冷剂已经被列出入禁用的范围。制冷机的主要部件包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，其附属设备包括油分离器、高压贮液桶、气液分离器（或低压贮液桶）、空气分离器、中间冷却器、冷却水系统和除霜系统等。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,本章小结,食品冷冻设备可以分为三大类：空气冻结冷冻设备、间接接触冷冻设备和直接接触冻结设备。其中以空气冻结冷冻设备的应用最为普遍。 冷水机是一种为食品加工提供冷水的制冷设备。它分为水冷式和风冷式两种。 真空冷却设备是一种真空系统与制冷系统结合的设备。主要形式有单槽式和双槽式

18、。 食品冷藏链涉及冷冻加工设备、冷藏库、冷藏运输设备和冷藏陈列设备和家用冰箱等。其中与食品加工厂关系最大的是冷冻加工设备和冷藏库。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,思考题,食品冷冻涉及哪两方面的机械设备？ 试述蒸气压缩制冷原理？ 什么是制冷量？什么是制冷系数？它们分别受哪些因素影响？ 选用制冷机时，为什么需要注意所用制冷液对环境的影响因素？ 氨压缩制冷机系统常由哪些设备构成？它们的作用是什么？各有哪些类型？ 冷库供冷设备有哪两大类型？分别适用于什么场合？ 为什么要采用二级压缩制冷？有些二级压缩制冷系统为什么只有一台压缩机？ 举例说明直接和间接制冷在食品工厂中的应用。 常见的食品速冻机

19、的类型、特点及适用场合如何？ 为什么要计算冷负荷？冷库冷负荷包括哪些耗冷量？ 冷分配负荷与制冷机负荷有什么区别？,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,冷冻机械与设备在食品工业中应用,冷冻食品、冷却食品、冷食食品等都直接利用冷冻设备生产。冷库及其冷链的各个环节都离不开冷冻设备。冷冻机械在一些重要食品操作中，如真空冷却、冷冻浓缩、冷冻干燥和冷冻粉碎也是关键设备。其它食品加工条件工艺过程，如车间空调、工艺用水冷却以及需要较低温度冷却的加工操作也需要利用制冷设备。除了专门的商业冷库及速冻食品厂以外，罐头厂、肉联厂、乳品厂、蛋品厂、糖果冷饮厂等食品工厂，几乎都有冷冻机房及冷藏库的设置。冷链已经成为

20、现代食品工业终产品的主要流通途径之一，冷链所涉及的贮运和展示设备均需配备制冷机械设备。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工业中应用的 冷冻机械设备的两大部分,第一部分是产生冷源的制冷机械与设备，即所谓的制冷机。第二部分是利用冷源的机械设备。主体实质上是以各种型式出现的制冷循环中的蒸发器。例如，速冻机、冷风机等，其核心就是蒸发器。因此，后者必须与前者配套才能发挥作用。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,第一节 制冷概念与机械设备,制冷是指利用物体相变或状态变化产生冷效应的过程。 机械压缩蒸发制冷前应用最多。涉及一系列的设备装置，这些设备装置均按照制冷循环理论配置，以使制冷机

21、系统获得良好的制冷效果。 一、制冷基本概念 二、制冷系统构成及主要设备 三、制冷系统的附属设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,一、制冷基本概念,现代食品工业中所应用的冷源都是人工制冷得到的。根据制冷剂状态变化，可以分为液化制冷、升华制冷和蒸发制冷三类。习惯上将利用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等构成的蒸发式制冷称为机械制冷，而将其它的制冷方式称为非机械制冷。食品工业中应用最广的是机械制冷系统，但非机械制冷方式也有一定的应用。 （一）机械压缩制冷 （二）非机械压缩制冷,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,（一）机械压缩制冷,机械压缩制冷，即机械蒸气压缩制冷。它是一种以制冷剂为工

22、质，通过压缩机对制冷剂压缩做功为补偿，利用制冷剂状态变化产生的吸热和放热效应达到制冷目的的循环过程。如图13. 1所示，最基本的机械压缩制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四部分组成。 1制冷循环 4. 制冷量与制冷系数 2单级压缩制冷 5直接制冷与制冷剂 3双级压缩制冷 6间接制冷与载冷剂,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,1制冷循环,制冷剂在机械压缩制冷系统中的循环过程为： 等熵过程 等压过程 等焓过程 等温过程 从蒸发器出来的低压低温蒸气重新进入压缩机，如此完成一次制冷循环。这是最为简单的蒸气压缩制冷循环。此制冷循环可以用压焓图或温熵

23、图表示（图13. 2）。 利用压缩机对蒸气进行压缩的方法使制冷剂得以重复利用。因此，这种制冷系统也称为蒸气压缩式制冷系统。上述的四大部件是缺一不可的。但在实际工业系统中，其部件要比上述的多。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,等熵过程,制冷剂在机械压缩制冷系统中的循环过程为：经过蒸发器后，其低压低温蒸气被压缩机吸入，经压缩提高压力以及温度，成为高压高温的过热蒸气，此为等熵过程( 图13. 1中 12）。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,等压过程,过热蒸气的温度高于环境介质（水或空气）的温度，此时的制冷剂蒸气能在常温下冷凝成液体状态。因而，当被排至冷凝器时，经冷却、冷凝成高压的

24、液态制冷剂，此阶段为等压过程，如图13. 1中 23所示。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,等焓过程,高压液体通过膨胀阀时，因节流作用而降压，制冷剂液因沸腾蒸发吸热，使其本身温度下降，此为等焓过程，如图13. 1中 34所示。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,等温过程,把这种低压低温的制冷剂引入蒸发器蒸发吸热，使周围空气及物料温度下降，此为等压等温过程，如图13. 1中 41所示。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,2单级压缩制冷,图13. 1所示制冷循环的问题 克服以上存在问题的实际制冷循环系统 分油器.贮氨器氨液分离器的

25、作用,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,分油器.贮氨器氨液分离器的作用,图13. 3所示的实际单级氨压缩制冷系统，增加了分油器、贮氨器、氨液分离器等部件。这些部件可以保证制冷循环正常运行。氨蒸气中携带的雾滴由氨液分离器消除，保证了压缩机正常工作；冷凝器之前的除油装置，使得压缩机润滑油不再进入系统，从而提高了冷凝器和蒸发器的换热效率；冷凝器之后需安装一台（套）贮液罐起两方面的作用，一是保证系统运行平稳，二是可以方便地为多处用冷场所提供制冷剂。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,图13. 1所示制冷循环的问题,图13. 1所示的制冷循环是理论上的一种制冷循环。实际上，这种循环的实现

26、起来有许多实际问题。 例如，蒸发器中抽吸出来的制冷剂蒸气常带有雾滴，带有雾滴的制冷剂蒸气不能使压缩机正常工作。 又如，压缩机中的润滑油会随温度升高而气化进入系统中，使得冷凝器和蒸发器的换热效率大大降低。 再如，由于没有制冷剂的贮存设备，整个系统工作会变得不稳定。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,图13.3 单级压缩制冷循环图,贮氨罐,压缩机,分油器,氨液分离器,膨 胀 阀,总调节站,冷凝器,均 压 管,冷排(蒸发器),冷排(蒸发器),水,1,水,放空气,放油,放 油,4,2,3,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,3双级压缩制冷,压缩比与多级压缩 双级压缩概念 双级压缩制冷循环

27、中制冷剂的状态变化,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,双级压缩制冷循环中 制冷剂的状态变化,如图13.5所示 低温低压蒸气的压缩与冷却 高压压缩机压缩的蒸气 高压蒸气的冷凝与分流,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,高压蒸气的冷凝与分流,中压干饱和蒸气在高压段压缩机中被压缩到冷凝压力的过热蒸气（状态点4），在冷凝器中等压冷却到干饱和蒸气（状态点5)，并进一步等压冷凝成饱和液体（状态点6）。然后分成两路。 一路便是上面所讲的，经膨胀阀节流降压后的制冷剂（状态点9），进入中间冷却器。 一路先在中间冷却器的盘管内进行过冷，过冷后的制冷剂（状态点7）再经过膨胀阀节流降压，节流降压后的制冷

28、剂（状态点8）进入蒸发器，蒸发吸热，产生冷效应。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,高压压缩机压缩的蒸气,高压压缩段吸入如下干饱和蒸气： 来自低压压缩段的已被冷却的干饱和蒸气（即状态点3）； 来自高压段饱和液体制冷剂（状态点6）经膨胀阀节流（状态点69）降压后，在冷却低压段排出而尚未被冷凝的过热蒸气的过程中所形成的干饱和蒸气（状态点3）。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,低温低压蒸汽的压缩与冷却,蒸发器中形成的低压、低温制冷剂蒸气（状态点1），被低压级压缩机吸入，经绝热压缩至中间压力的过热蒸气（状态点2）而排出，进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（状态点3）。,食品

29、工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,双级压缩概念,所谓双级压缩，是指在制冷循环的蒸发器与冷凝器之间设两个压缩机，并在两压缩机间再设一个中间冷却器。 一般而言，当压缩比大于8时，采用双级压缩较为经济合理。 对氨压缩机来说，当蒸发温度在-25 以下时，或冷蒸气压强大于1.2MPa时，宜采用双级压缩制冷。 双级压缩制冷循环的原理,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,压缩比与多级压缩,制冷循环若以压缩机和膨胀阀为界，可粗略地分成高压、高温和低压、低温两个区。高压端压强对低压端压强的比值称为压缩比。压缩比由高温端的冷凝温度和低温端蒸发温度确定。蒸发温度越

30、低，压缩比越高。高压缩比情形下，若采用单级压缩，运行会有困难，这时可采用多级压缩，以双级压缩较为常见。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,图13. 4双级压缩制冷循环图,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,4.制冷量与制冷系数,制冷量 制冷系数,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,制冷量,制冷量是指在一定的操作条件（即一定的制冷剂蒸发温度、冷凝温度，过冷温度）下，单位时间制冷剂从被冷冻物取出的热量，以Q表示之，单位为 W 。 冷吨（ RT ）相当于24h 内将 1t 0的水冷冻成同温度冰所放出的热量。 制冷系统的制冷量Q0与单位制冷量（ qm ，J/kg）和制冷剂循环量G（

31、kg）关系： Q0 = G qm (13-1),食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,制冷系数,制冷机（或制冷系统）为获得一定的制冷量需要输入一定的能量，即需要消耗一定的功率。制冷量与输入功率之比称为制冷系数，制冷系数用来表示：（13-2） 制冷系数表示制冷机产出的制冷量是所消耗的功率的倍数，是衡量制冷机（或制冷系统）的重要技术经济指标。如制冷系数为3，即是说每消耗 1kW 的能量可以获得 3kW ( 2580kcal/h）的制冷量。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,5直接制冷与制冷剂,直接制冷（或称直接蒸发制冷）制冷循环中，制冷剂吸热的蒸发器直接与被冷物体或被冷物体周围环境进行

32、换热。直接制冷一般应用于单台供冷的冷冻设备，如速冻机、冰淇淋凝冻机、低温冷库和家用冰箱等。 制冷剂或制冷工质：制冷装置中不断循环流动以实现制冷的工作物质，制冷剂通过状态变化实现热量的传输，是人工制冷不可缺少的物质。制冷剂性质与制冷装置特性及操作条件有关。常见制冷剂有氨、氟利昂等。 制冷剂的选择,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,制冷剂的选择,选择制冷剂主要从热力学、物理化学、生理学及经济性和对环境影响等方面考虑。特别需要注意的是其对环境的影响。 氨一直是工业制冷中应用最广的制冷剂之一，它较为安全和对环境无影响。 以氟利昂为商品名的系列制冷剂也曾经是主要的制冷剂。但由于大部分产品被证实对

33、外层空间的臭氧层有破坏作用，以R11和R12等为代表的氟利昂系列制冷剂已经或即将被禁用。这是选用制冷机时所需要注意的，因为有些制冷系统只适用于某种或某类制冷剂。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,6间接制冷与载冷剂,食品工业中，需要进行冷冻加工的场所往往较大或进行冷冻作业的机器台数较多，将制冷剂直接送往各处便不合算，因此专设制冷间，采用间接制冷过程以迎合这种需要。 间接制冷（或间接蒸发制冷）用廉价物质作媒介载体实现制冷装置与耗冷场所或机台之间的热交换。图13. 6间接制冷原理 常用的载冷剂有空气、水和盐水及有机物水溶液等。载冷剂及选用,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,载冷剂及

34、选用,常用的载冷剂有空气、水和盐水及有机物水溶液等。 选择载冷剂一般应考虑选冰点低、比热容大、无金属腐蚀性、化学上稳定、价格低及容易获取等因素；作为食品工业用的载冷剂，往往还须具备无味、无臭、无色和无毒的条件。 用空气作载冷剂虽然有较多优点，但由于它的比热容小，而且作为气态使用它的对流换热效果差，所以在食品冷藏中或冷冻加工中，是以直接与食品接触形式使用的。 水虽然有比热容大的优点，但是它的冰点高，所以仅能用作制取0 以上冷量的载冷剂。如果要制取低于0的冷量，则可采用盐水或有机溶液作为载冷剂。 氯化钠、氯化钙及氯化镁的水溶液，通常称为冷冻盐水。食品业中最广泛使用的冷冻盐水是氯化钠水溶液。有机溶液

35、载冷剂中，最有代表性的两种载冷剂是乙二醇和丙二醇的水溶液。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,图13. 6间接制冷原理,压缩机,膨胀阀,盐水泵,冷 库,蒸发器,冷凝器,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,（二）非机械压缩制冷,除冷冻机进行制冷外，尚可利用固体升华、固体融解与盐溶解，液化气体气化等吸热效应进行制冷的作业。 1融解和溶化制冷 2 固体升华制冷 3液化气体制冷,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,1融解和溶化制冷,固体融解和溶解都可以利用来制造冷量。例如， 1kg 冰融解吸热 334.94kJ 。 冰盐混合物称为起寒剂。食盐:碎冰=3:1时，最低温度可降到-21左

36、右。如果需要更低温度，可使用其它盐类，如氯化钙、氯化氨、硝酸钠等与食盐混合成复式混合物。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,2 固体升华制冷,固体吸热后直接变成气体叫升华。 “干冰”(固态CO2)在 0.1MPa下的升华温度为-78.5 ，升华潜热: 573.59kJ/kg。 吸收升华潜热及升华后的低温CO2(显热)均可用来冷冻食品。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,3液化气体制冷,液化气体制冷：利用低沸点液化气体物质直接与食品接触，吸取食品热量使其冻结，而自身气化成气体。 液氮在大气压下，蒸发温度为-196，气化潜热：119.3kJ/kg。氮气的比热容为1.0 kJ/（kg

37、K）。 每千克液氮蒸发后温度升到0，共可吸收396kJ/kg的热量，可使约1kg 水分冻结成冰。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,二、制冷系统构成及主要设备,构成蒸汽压缩制冷系统的主要设备包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。这些设备各有多种形式。 （一）压缩机 （二）膨胀阀 （三）蒸发器 （四）冷凝器,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,（一）压缩机,制冷装置中的核心设备，通常称为制冷主机。有多种形式. 1. 活塞式压缩机 2. 螺杆式压缩机 3. 并联压缩机组,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,并联压缩机组,主要由安装在公共机架的若干台相同或不同型号的压缩机组成。 图

38、13. 10所示为一种并联螺杆压缩机组。压缩机共享吸排气集管、冷凝器及贮液器等部件。它向整个制冷系统的各蒸发末端直接提供制冷剂，并由集中控制系统根据压力、温度参数控制各压缩机开停。 并联压缩机组特点 并联压缩机组适用于冷藏库群、超市岛柜、展示柜，以及用冷单机分散、生产负荷变化较大的食品加工企业。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,图13. 10并联螺杆压缩机组,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,并联压缩机组特点,（1）具有在保持系统运行稳定前提下的灵活调节供冷量的功能。它可以根据季节、生产需冷负荷等决定压缩机开停的数量，从而使系统具有持续的高效运行状态。 （2）可提高自动化程度

39、，利用系统电控箱与电脑控制器相结合的方式，基本上可以作到无人操作或远程操作。 （3）节能，Rasmasson曾经对同一套系统做过单机与并联机组的对比实验，后者可节能18%。 （4）降低设备成本和安装工程量，缩短工期，减小机房面积，综合初投资可以降低20%左右。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,2.螺杆式压缩机,结构与工作原理 螺杆式压缩机与活塞式制冷压缩机相比，具有多方面的优势，如结构简单、体积小、输气系数大、排温低、排气脉动小、易损件少、检修周期长、制冷量可调范围大等。在大冷量领域中已经显示出其优越性，有取代活塞式制冷压缩机的趋势。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,结构与

40、工作原理,结构组成：阴、阳转子，机体，轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置等。 原理是由阴、阳转子螺杆的啮合旋转产生容积变化，进行气体的压缩。阴转子的齿沟相当于活塞缸，阳转子相当于活塞。阳转子带动阴转子做回转运动，使阴阳转子间的容积不断变化，完成制冷剂蒸气的吸入、压缩、排出。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,1.活塞式压缩机,主要靠电机带动连杆，连杆带动活塞在气缸内作往复运动不断吸气、压缩、排气，完成压缩过程。 活塞式压缩机分类 半封闭活塞式压缩机 开启活塞式压缩机,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,开启活塞式压缩机,结构如图13. 8所示，其压缩部分与电机部分分开，各自成一独

41、立体，驱动电动机与压缩部分靠联轴器或皮带连接。这种压缩机运行时有振动、噪声较大。开启活塞式压缩机制取冷量范围广，大多用于大型冷库和食品厂等。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,半封闭活塞式压缩机,半封闭活塞式压缩机的电动机与压缩部件封闭在一个机壳内，机壳部分靠螺栓连接，可拆启。 图13. 7所示为一种半封闭活塞式压缩机。 半封闭式制冷压缩，功率范围比全封闭活塞式压缩机大，多用于冷柜、冷库、冷水机组中。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,活塞式压缩机分类,按气缸数分类，有单缸、双缸和多缸压缩机。 按压缩部分与驱动电动机组合形式分为全封闭式

42、、半封闭式和开启式压缩机。 按压缩级数又可分为单级（可制取-40以上温度）、双级（可制取-70以上温度）和三级压缩机（可制取-110以上温度）。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,（二）膨胀阀,1手动膨胀阀 2自动浮球阀(低压浮球阀、自动高压浮球阀) 3自动膨胀阀 4热力膨胀阀 5电子膨胀阀,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,此膨胀阀通过步进电机驱动的阀杆升降，带动陶瓷阀芯块的上下滑动而改变阀芯孔与密封圈圆孔相交面积大小，从而对通过此阀的制冷剂产生调节作用。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,5电子膨胀阀,是一类由电压或电流控制驱动开启度的膨胀阀，可应用于不同规模自动控

43、制的制冷系统。提供给电子膨胀阀的电信号的大小，一般通过压力或温度传感器的反馈信号通过适当方式转换而成。 分类 图13. 16陶瓷阀芯电子膨胀阀,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,分类,按驱动方式： 电磁式：通过调节电磁线圈电压使阀杆发生直线位移，从而控制膨胀阀阀芯的开启度。 电动式：通过电机的转动使阀杆发生位移。 按阀体的节流结构：针阀式、滑阀式等。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,4热力膨胀阀,可自动调节液体流量。 由调节阀、感温包，毛细管构成。 感温包用于感测离开蒸发器的过热气体温度。较高的感温包温度使得包内流体（一种制冷剂）的压强升高，再通过恒温管(毛细管)传递到波纹管

44、和薄膜室，使膨胀阀开启从而使更多的液体制冷剂流过。 这种阀是制冷工业中使用最普遍的一种节流装置。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,3自动膨胀阀,能使蒸发器维持恒定的压强。 原理：当蒸发器压强升高使得薄膜克服弹簧压力而上升，从而将阀关闭；当蒸发器的压强下降时，阀打开。 适用于要求维持恒定制冷负荷和恒定蒸发温度的场合，如家用冰箱。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,自动高压浮球阀,浮球浸没在高压制冷液中（图13. 13）。随着热制冷气体在冷凝器中冷凝成液体，室内的制冷剂液位上升。浮球也随之上浮并将节流孔打开，使制冷液流入蒸发器。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,自动低压

45、浮球阀,结构如图13.12所示，用于满溢式蒸发器。浮球位于系统的低压侧。随着较多制冷剂的蒸发，浮球会下降从而打开节流孔，让更多的制冷液由高压侧进入低压侧。节流孔随浮球的上升而关闭。这种膨胀阀简单、运动稳定、有很好的控制性能。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,1手动膨胀阀,手动膨胀阀是一种针阀（图13. 11）。根据蒸发器热负荷的变化，手动旋转调节杆，可调整膨胀阀的开度，使其缓慢地增大或减小。手动膨胀阀正在被自动膨胀阀所取代，只在氨制冷系统中仍在使用。在氟制冷系统中，手动膨胀阀作为备用阀，常与热力膨胀阀组合，仅供维修时使用。,食品工厂机械与设备第十三章 冷冻机械设备,（三）蒸发器,是制冷系统中的热交换部件之一，节流后的低温低压液体制冷剂在蒸发器管路内蒸发吸热，达到制冷降温的目的。 按被冷却介质类型蒸发器分两大类： 1. 冷却液体蒸发器 2. 冷却空气蒸发器（1）自然对流蒸发器（2）强制对流蒸发器,