本文我们将从设计条件、结构特点、制冷系统等方面对三类设备进行系统分析和比较。
(二)结构特点
常见的速冻设备包括螺旋速冻隧道、板束式速冻机、液氮速冷机等。螺旋式速冻隧道将物料连续输送至盘旋状冷风通道中,通过强制对流换热实现快速冷冻,生产效率高,适合大批量生产。板束式冻结机通过两侧平行铝板提供冷量,采用接触冷冻方式,温度分布更加均匀。液氮速冷机利用液氮的超低温特性,使物料在极短时间内冻结,可最大程度保留营养成分,但能耗较高 [4] 。此外,气调速冻、微波速冻等非常规技术近年来也有一定发展。速冻设备内部一般设有风机、风道、气流均布板等强化传热的结构,而蒸发器多采用翅片管束式换热器,通过增大比表面积强化传热。
(三)制冷系统
速冻设备的蒸发温度普遍低于 -35℃ ,单级制冷系统难以满足如此低温工况 [5] 。因此,大多采用复叠制冷、双级压缩等复合制冷循环,通过两个及以上的单级系统串联,实现制冷剂的多级膨胀和多级压缩,从而获得更低的蒸发温度。同时,喷液增焓技术在低温速冻领域也得到广泛应用。通过在压缩机吸气端喷入液态制冷剂,降低吸气比容积,提高压缩机排气量。在蒸发器供液侧增设再沸器,可进一步降低蒸发温度。值得注意的是,低温环境加剧了压缩机润滑油的粘度变化和析蜡风险,因此需采用合成润滑油并控制回油温度。
(二)结构特点
冷藏设备主要包括冷库、冷藏集装箱和冷藏车等。大型冷库库体多为装配式夹芯板结构,具有保温隔热性能好、施工工期短等特点。库板内填充聚氨酯、挤塑聚苯乙烯等绝热材料,而内外表面涂覆钢板或彩钢板,美观耐用。冷库内设有可拆卸搁架,便于存取货物和清洁。冷风一般采用顶送侧回方式,利用斜流风机强制循环,但需控制风速以减少水分蒸发。冷藏集装箱采用全封闭设计,机组置于一端,通过 T 型风道对称送风。箱体多采用铝合金或不锈钢材质,可有效防潮、耐腐蚀。
(三)制冷系统
与速冻设备的复叠制冷不同,冷藏设备的制冷系统相对简单,多采用单级蒸气压缩制冷。但由于温度和负荷波动大,采用定频压缩机往往难以满足节能和恒温需求。因此,变频压缩机在冷藏领域得到越来越多的应用 [7] 。变频技术可根据库温和制冷量需求实时调节压缩机转速,在满足温控精度的同时显著提升能效比。配合电子膨胀阀的精确调节,可使过热度控制在最佳范围内,减少蒸发压力的波动。同时,冷库的蒸发器多采用双侧出风的吊顶式或吸顶式换热器,利用重力除霜方式,结构紧凑,便于集中控制。
(二)结构特点
冷柜的箱体多采用发泡层压板材料,即在两层钢板中间填充聚氨酯泡沫,然后经高温高压定型而成。这种材料强度高、导热系数低,保温隔热效果好。立式冷柜常设双层玻璃门,中间充入干燥空气以防止冷凝结露,既保证了透明度,又减少了额外散热。门体开启方式可选平拉式、上翻式、推拉式等,并装配电加热除雾装置。卧式冷柜则多为敞开式,内胆多为 ABS 工程塑料或不锈钢材质,美观卫生。冷柜的内部空间较小,因此风道布置需精简紧凑,常采用后出风、前回风的方式。蒸发器采用背部壁挂式或顶部嵌入式安装,铜管紧贴背板布置,有利于均匀散热。
(三)制冷系统
由于体积和载荷限制,冷柜的制冷系统以紧凑、高效为主要诉求。压缩机以全封闭涡旋式和活塞式为主,调速方式以定频为主、变频为辅。采用管路分歧的方式,可实现冷藏、冷冻双温区独立控制。冷凝器以翅片管式为主,多采用侧装或底装方式,散热风机直接排出柜体外,噪声小、通风好。而蒸发器多为板翅式,紧贴柜壁布置,有利于缩短货架预冷时间。电子膨胀阀因其精确调节能力和响应速度快的特点,在冷柜中的应用也日益广泛。同时,风冷冷凝器的无霜化和蒸发器的化霜效率也是冷柜的技术难点,需采取加热化霜、水溶液喷淋等手段确保制冷效果 [9] 。
参考文献:
[1] 中国物流与采购联合会 . 中国冷链物流发展报告 [R]. 北京 : 中国物流出版社 ,2020.
[2] 孟祥歌 . 新冠疫情下冷链物流的问题及对策研究 [J]. 中国市场 ,2021(15):190-191.
[3] 杨丹 , 李涛 , 高文秀 , 等 . 速冻薄饼热传导规律及其温度场模型研究 [J]. 食品工程 ,2021(3):7-11.
[4] 陈剑飞 , 王晶晶 . 速冻装备的研究现状及发展趋势 [J]. 制冷与空调 ,2019,33(3):17-23.
[5] 杨昊洺 , 吴志强 , 孔文举 .CO2/NH3 复叠制冷系统在速冻冷库中的应用 [J]. 制冷 ,2020,39(4):28-34.
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