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
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
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
• （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/ （m 2· h·℃），单位面积热负荷qF－12.54～14.63MJ／（m 2.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
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/ （m 2· h·℃），单位面积热负荷qF－12.54～14.63MJ／（m 2.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
• 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
• 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
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
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
• 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