蒸汽压缩式制冷循环原理及计算

冷冻：利用制冷产生的低温源使产品从常温冷却降温，进而冻结的操作过程。

制冷：利用制冷剂物理状态改变使产生的冷效应获得低温源的操作过程。

冷冻设备种类：冷源制作（制冷）、物料的冻结，冷却。

制冷的方式：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。

冻结方式：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。

应用：

1.食品的冻结、冷藏和冻结运输。

2.农产品、食品的冷却、冷藏、气调贮藏和冷却运输。

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。

制冷循环原理

主要装置：制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。

制冷循环原理：制冷剂在低温低压液体状态时吸热达到沸点后蒸发成为低温低压蒸汽，蒸发成气体的制冷剂在压缩机作用下成为高温高压气体，此高温高压冷凝后成为高压液体，高压液体经过膨胀阀变成低压低温液体，再度吸热蒸发构成了冷冻机的制冷循环。

基本概念和原理

制冷能力：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。也称为制冷剂的制冷量。在相同条件下，同一制冷剂的制冷能力与压缩机的大小，转速、效率有关。

直接制冷：制冷循环中，如果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直接进行换热。一般应用于单台需工冷的冷冻设备，如冰淇淋凝冻机，小型冷库和家用冰箱等。

制冷剂：制冷装置中不断循环流动以实现制冷的工作物质。蒸汽压缩制冷装置通过制冷剂物态的变化实现热量的传输。制冷剂是实现人工制冷不可缺少的物质。

间接制冷: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。

载冷剂：将制冷装置制冷剂载蒸发器内所产生的冷量传递给被冷却物体吸取的热量所至制冷装置后再传递给制冷剂，自身重行降温循环使用。

间接蒸发制冷原理

间接制冷原理：载冷剂在蒸发器内从制冷剂吸取冷量后，通过盐水泵进入冷库，与被冷却物体或工作场所的媒介进行热交换吸取热量，重新回到蒸发器中，将吸取的热量再传递给制冷剂，自身重行降温循环使用。

常用载冷剂

常用载冷剂：空气，水，盐水及有机物水溶液。

选择标准：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，作为食品业用的载冷剂，往往还须具备无味，无臭，无色和无毒的条件。

空气作载冷剂虽然有较多优点，单由于它的比热容小，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。

水比热大，但冰点高，所以仅能用作制取0℃以上冷量的载冷剂。如果要制取0℃以下的冷量，则棵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。

活塞式压缩制冷设备的主要装置

作用：用来对制冷剂压缩作功，获得能量，经冷凝，膨胀，形成能吸热的冷源。

机型的表示方法：汽缸数、所用制冷剂的种类，汽缸排列型式，汽缸直径。

组成：汽缸体、汽缸、活塞、连杆、曲轴、曲轴箱、进排气阀门、假盖等

工作过程：当活塞向上运动时，吸气门被打开，制冷剂蒸汽经吸气阀进入活塞上部的汽缸中，当活塞向上运动时，吸气阀门关闭，活塞继续向上运动，汽缸中的制冷剂受压缩，当气压达一定程度时，即顶开假盖的排气阀门，制冷剂蒸汽排出汽缸，压入高压管路中。

特点：结构较简单，制造容易，适应性强，操作稳定、维护方便。

冷凝器

作用：热交换器，使制冷剂过热蒸汽受冷冷却凝结为液体。

种类：卧式壳管式，立式壳管式，淋水式，蒸发式，空气冷却式

工作过程：制冷剂过热蒸汽由壳体上部进入冷凝器与管的冷表面接触后即在其上凝结为液膜，在重力作用下，凝液顺着管壁下滑，与管壁分离。

淋水式蒸发器组成：贮液器，冷却排管，配水箱。

工作过程：冷却水由顶部进入配水箱，经配水槽流到蛇行管的外表面成膜层流下，部分水蒸发，其余落入水池中，通过冷却后在循环使用。暗器子排管底部进入管内，沿管上升时遇冷而冷凝，流入贮液器中。

膨胀阀

作用：降低制冷剂的压力和控制制冷剂流量。高压液体制冷剂通过膨胀阀时，冷凝压力骤降为蒸发压力，与此同时液体制冷剂沸腾吸热，其本身温度降低。

热力膨胀阀：利用蒸发器出口处蒸汽的过热度来调节制冷剂的。在制冷机组正常运转条件下，供应元件灌注剂压力等于膜片下气体压力遇弹簧压力之和，处于平衡状态。入供制冷剂不足，引起蒸发器出口处回汽，过热度增大，感温包温度身高，使膜片下移，发口的开启度增大，直至供液量与蒸发量相当时，再得到平衡。故热力膨胀阀能自动调节阀的开启度，供液量随负荷大小自动增减，可保证蒸发器的供热面积得到充分利用。

蒸发器

作用：制冷剂吸收被冷却介质的热量。

分类：按冷却介质的性质分为三类。

1.冷却液体载冷剂的蒸发器：如水冷却器，盐水冷却器等。制冷剂在管外吸热，液体载冷剂依靠液泵在管内循环流动，按结构分为卧管式、立管式、螺旋管式和蛇管式

2.冷却空气的蒸发器：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

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。

特点：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：当盐水泵因故障停止运转时，可能发生冻结，造成管簇破裂。

冷却排管

立式冷却排管

优点：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。

单列盘管式墙排管：

优点：灌冷媒量较小，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。

翘片管：

优点：散热面积大。

活塞式压缩制冷设备的附属装置

油分离器

作用：用于分离压缩后的液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。

工作原理：借油滴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，使油滴沉降蒸汽温度。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。用氟利昂制冷的为过滤式油分离器。

集油器作用：汇集从制冷系统的油分离器、冷凝器及其他装置中分离出来的制冷剂、油混合物，时油在低压状态下与混杂的制冷剂再进行分离，然后分别放出，这样既保证放油安全，油减少制冷剂的损失。

贮液器作用：贮存和调节供给制冷系统内各部分的液体制冷剂，满足设备的供液安全运行。贮液器分高压、低压、排液桶和循环贮液桶。

气液分离器作用：分离来自蒸发器的制冷剂，防止制冷剂液体进入压缩机发生敲缸；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。

空气分离器作用：分离排出系统中的不凝结气体，保证制冷系统正常运行。

中间冷却器作用：装在双级（或多级）压缩制冷系统中，用以冷却低压级缩排出的过热气体进行级间冷却，以保证高压级压缩机的正常工作；分离低压级排气中挟带的润滑油，以及冷却制冷剂，使制冷剂获得较大过冷度的功用。

冷藏库

分类：

大型冷库（5000t以上）；中型冷库（1500～5000t）；小型冷库（1500t以下）。

按使用要求分：

高温冷库：主要冷藏果品，蔬菜、鲜蛋等食品，一般库温4～-2 ℃；

低温冷库：主要冷冻并冻藏肉类，水产品等，一般库温为-18～-30 ℃； 

空调库：在常温条件下贮藏米、面、药材、酒等，一般库温为10～15 ℃

速冻设备：适用于冻结小包装或未包装的块、片、粒等状的原料，制成各种畜产、水产、蔬菜、水饺等速冻食品。冻结温度-30～40℃。

箱式速冻机：在绝热材料包裹的箱体内装有可移动带夹层的数块平板。夹层中装有蒸发盘管，管间也可灌入盐水，制冷剂穿流于蒸发盘管内；被速冻的产品放在平板间，并移动平板，将物料压紧，进行冻结。

隧道式速冻机：由隧道体，蒸发器、风机、料架或不锈钢传动网。物料先通过第一级网带，运行较快，料层较薄，使表面冻结；第二级网带，运行较慢，料层较厚，使整个物料全部冻结，得到单粒速冻产品。

浸渍式速冻机：将冻结物料直接和温度很低的液化气体或液态制冷剂接触，制成速冻产品。食品依次通过预冷区、冻结区和均温区。液氮贮于隧道外，以一定压力引入冻结区进行喷淋或浸渍冻结，液氮吸热后形成的氮气，温度仍很低，为-10～-5℃，通过风机，将其送入隧道前段进行预冻。在冻结区，食品于-200 ℃的液氮接触而迅速冻结。

气调冷藏设备

气调冷藏：将冷藏与气调贮藏相结合，控制贮藏的温度和气体组成，使库内的氧和二氧化碳的含量，主要用于果蔬贮藏，能获得良好的保鲜效果。

产品在贮藏中的损失小，据统计，冷藏库产品的损失率为21.3％，而气调冷藏库产品的损失率为4.8％。

来源：制冷百科