Gefrieren: Der Prozess, bei dem die durch Kühlung erzeugte niedrige Temperatur genutzt wird, um das Produkt von normaler Temperatur abzukühlen und es anschließend einzufrieren.
Kältetechnik: Der Betriebsprozess zur Gewinnung einer Niedertemperaturquelle durch Ausnutzung der Änderung des physikalischen Zustands des Kältemittels, um durch den Kühleffekt eine Niedertemperaturquelle zu erhalten.
Arten von Kälteanlagen: Kälteerzeugung (Kältetechnik), Materialgefrieren, Kühlung.
Kälteverfahren: Kolben-, Schrauben-, Zentrifugal-Kältekompressor-, Absorptionskälte-, Dampfstrahlkälte- und Flüssigstickstoffkälte.
Gefrierverfahren: Luftkühlung, Eintauchen und Kältemittel durch Metallrohr, Wand- und Materialkontakt-Wärmeübertragungskühlvorrichtung.
Anwendung:
1. Gefrorene, gekühlte und gefrorene Transporte von Lebensmitteln.
2. Kühlung, Kältebehandlung, klimatisierte Lagerung und gekühlter Transport von landwirtschaftlichen Erzeugnissen und Lebensmitteln.
3. Lebensmittelverarbeitung, wie z. B. Gefriertrocknung, Gefrierkonzentration und Materialkühlung.
4. Klimatisierung in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben.
Prinzip des Kältekreislaufs
Hauptkomponenten: Kältekompressor, Kondensator, Expansionsventil, Verdampfer.
Funktionsprinzip des Kältekreislaufs: Das Kältemittel nimmt Wärme auf und erreicht im flüssigen Zustand bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck seinen Siedepunkt. Anschließend verdampft es zu Dampf bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Durch die Kompression des Kompressors wird das verdampfte Kältemittel zu einem Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck. Dieses Gas kondensiert zu einer Flüssigkeit mit hohem Druck. Nach dem Expansionsventil wird die Flüssigkeit zu einer Flüssigkeit mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, nimmt erneut Wärme auf und verdampft, wodurch der Kältekreislauf des Kühlschranks geschlossen wird.
Grundlegende Konzepte und Prinzipien
Kälteleistung: Unter bestimmten Betriebsbedingungen (d. h. bestimmter Verdampfungs-, Kondensations- und Unterkühlungstemperatur des Kältemittels) bezeichnet die Kälteleistung die Wärmemenge, die das Kältemittel pro Zeiteinheit dem gefrorenen Objekt entzieht. Sie wird auch als Kühlleistung des Kältemittels bezeichnet. Unter gleichen Bedingungen hängt die Kühlleistung desselben Kältemittels von der Größe, Drehzahl und dem Wirkungsgrad des Kompressors ab.
Direkte Kühlung: Im Kältekreislauf nimmt das Kältemittel Wärme auf, die der Verdampfer direkt an das zu kühlende Objekt oder dessen Umgebung abgibt. Dieses Verfahren wird üblicherweise in industriellen Kälteanlagen wie Eismaschinen, kleinen Kühlhäusern und Haushaltskühlschränken eingesetzt.
Kältemittel: Die Arbeitssubstanz, die im Kältegerät kontinuierlich zirkuliert, um die Kühlung zu gewährleisten. Die Dampfkompressionskältemaschine realisiert den Wärmeaustausch durch die Änderung des Aggregatzustands des Kältemittels. Kältemittel ist ein unverzichtbarer Bestandteil der künstlichen Kühlung.
Häufig verwendete Kältemittel
Üblicherweise verwendete Kältemittel: Luft, Wasser, Salzlösung und organische Wasserlösungen.
Auswahlkriterien: niedriger Gefrierpunkt, hohe spezifische Wärmekapazität, keine Metallkorrosion, chemische Stabilität, niedriger Preis und gute Verfügbarkeit.
Obwohl Luft als Kältemittel viele Vorteile bietet, wird sie aufgrund ihrer geringen spezifischen Wärmekapazität und des schlechten Konvektionswärmeübertragungseffekts im gasförmigen Zustand nur in Form des direkten Kontakts mit Lebensmitteln bei der Lebensmittelkühlung oder Gefrierung eingesetzt.
Wasser besitzt eine hohe spezifische Wärmekapazität, aber einen hohen Gefrierpunkt und kann daher nur als Kältemittel für Kühlleistungen über 0 °C verwendet werden. Soll eine Kühlleistung unter 0 °C erreicht werden, werden Salzlösungen oder organische Lösungen als Kältemittel eingesetzt.
Wässrige Lösungen von Natriumchlorid, Calciumchlorid und Magnesiumchlorid werden üblicherweise als gefrorene Salzlösung bezeichnet. Die am weitesten verbreitete gefrorene Salzlösung in der Lebensmittelindustrie ist eine wässrige Natriumchloridlösung. Unter den organischen Kältemitteln sind wässrige Lösungen von Ethylenglykol und Propylenglykol die beiden bekanntesten.
Das Hauptgerät der Kolbenkompressionskältemaschine
Funktion: Es dient dazu, das Kältemittel zu komprimieren, damit es Arbeit verrichtet, Energie gewinnt und sich dann wieder kondensiert und ausdehnt, um eine Kältequelle zu bilden, die Wärme aufnehmen kann.
Die Darstellungsmethode des Modells: die Anzahl der Zylinder, die Art des verwendeten Kältemittels, die Art der Zylinderanordnung und der Durchmesser des Zylinders.
Zusammensetzung: Zylinderblock, Zylinder, Kolben, Pleuelstange, Kurbelwelle, Kurbelgehäuse, Einlass- und Auslassventile, Deckel usw.
Funktionsweise: Beim Aufwärtsbewegen des Kolbens öffnet sich das Saugventil, und Kältemitteldampf strömt durch dieses Ventil in den Zylinder, oberhalb des Kolbens. Beim weiteren Aufwärtsbewegen schließt sich das Saugventil, der Kolben bewegt sich weiter nach oben, und das Kältemittel im Zylinder wird komprimiert. Sobald ein bestimmter Luftdruck erreicht ist, öffnet sich das Auslassventil im Deckel, und der Kältemitteldampf wird aus dem Zylinder in die Hochdruckleitung gepresst.
Merkmale: Einfache Struktur, leicht herzustellen, hohe Anpassungsfähigkeit, stabiler Betrieb und bequeme Wartung.
Kondensator
Funktion: Wärmetauscher, der den überhitzten Dampf des Kältemittels durch Abkühlung und Rückkühlung zu Flüssigkeit kondensiert.
Typ: Horizontales Rohrbündelwärmetauscher, vertikales Rohrbündelwärmetauscher, Wassersprühkühlung, Verdunstungskühlung, Luftkühlung
Funktionsweise: Der überhitzte Kältemitteldampf tritt von oben in den Kondensator ein, trifft auf die kalte Rohroberfläche und kondensiert dort zu einem Flüssigkeitsfilm. Unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt das Kondensat an der Rohrwand herab und trennt sich von ihr.
Der Wassersprühverdampfer besteht aus einem Flüssigkeitsbehälter, einem Kühlrohr und einem Wasserverteilertank.
Funktionsweise: Das Kühlwasser tritt von oben in den Wasserverteilerbehälter ein und fließt durch diesen zur Außenfläche des gewickelten Rohrs. Ein Teil des Wassers verdunstet, der Rest fließt in das Wasserbecken. Das Wasser tritt am unteren Ende des verdeckten Unterrohrs in das Hauptrohr ein, kühlt sich dort ab, kondensiert und fließt in den Flüssigkeitsbehälter.
Expansionsventil
Funktion: Reduzierung des Kältemitteldrucks und Steuerung des Kältemittelstroms. Beim Durchströmen des Expansionsventils sinkt der Kondensationsdruck rapide auf den Verdampfungsdruck. Gleichzeitig verdampft das flüssige Kältemittel, nimmt Wärme auf und kühlt sich ab.
Thermisches Expansionsventil: Es nutzt den Überhitzungsgrad des Dampfes am Verdampferausgang zur Kältemittelregulierung. Im Normalbetrieb der Kälteanlage entspricht der Vordruck im Zufuhrelement der Summe aus Gasdruck unter der Membran und Federvorspannung und befindet sich im Gleichgewicht. Bei unzureichender Kältemittelzufuhr strömt Dampf am Verdampferausgang zurück, der Überhitzungsgrad steigt, die Temperatur des Temperaturfühlers erhöht sich, die Membran senkt sich und die Auslassöffnung vergrößert sich, bis die zugeführte Kältemittelmenge der Verdampfungsmenge entspricht und sich die Temperatur des Temperaturfühlers wieder ausgleicht. Das thermische Expansionsventil passt somit automatisch den Öffnungsgrad an und reguliert die Kältemittelzufuhr lastabhängig. Dadurch wird die Heizfläche des Verdampfers optimal genutzt.
Verdampfer
Funktion: Das Kältemittel absorbiert die Wärme des Kühlmediums.
Klassifizierung: Nach der Art des Kühlmediums wird es in drei Kategorien unterteilt.
1. Verdampfer zur Kühlung flüssiger Kältemittel: z. B. Wasserkühler, Solekühler usw. Das Kältemittel nimmt außerhalb des Rohrs Wärme auf und zirkuliert mithilfe einer Flüssigkeitspumpe im Rohr. Je nach Bauart unterscheidet man zwischen Horizontalrohr-, Vertikalrohr-, Spiralrohr- und Rohrschlangenverdampfern.
2. Verdampfer zur Luftkühlung: Das Kältemittel verdampft im Rohr, die Luft strömt nach außen, und die Luftströmung beruht auf natürlicher Konvektion.
3. Kontaktverdampfer zur Kühlung von gefrorenem Material: Das Kältemittel verdampft auf der einen Seite der Wärmeübertragungswand, während die andere Seite der Wand in direktem Kontakt mit dem gekühlten oder gefrorenen Material steht.
Merkmale: gute Wärmeübertragungswirkung, einfache Struktur, geringer Platzbedarf und geringere Korrosivität gegenüber Geräten dank des geschlossenen Kältemittelkreislaufs.
Nachteil: Wenn die Solepumpe aufgrund einer Fehlfunktion ausfällt, kann es zu Vereisung kommen, wodurch das Rohrbündel platzen kann.
Kühlrohr
Vertikales Kühlrohr
Vorteile: Nach der Verdampfung lässt sich das Kältemittel leicht abführen, und der Wärmeaustausch ist gut. Allerdings ist bei einem hohen Abgasrohr die Verdampfungstemperatur des unteren Kältemittels aufgrund des statischen Drucks der Flüssigkeitssäule hoch.
Einreihiges Spiralrohr:
Vorteile: Die eingefüllte Kältemittelmenge ist gering, etwa 50 % des Volumens des Abgasrohrs, aber das Kältemittel wird nach der Verdampfung nicht schnell aus dem Rohr ausgestoßen, was den Wärmeübertragungseffekt verringert.
Verzogenes Rohr:
Vorteile: große Wärmeableitungsfläche.
Hilfsgeräte für Kolbenkompressionskältemaschinen
Ölabscheider
Funktion: Es dient dazu, das im komprimierten Flüssigkeits- und Gasgemisch enthaltene Schmieröl abzutrennen, um zu verhindern, dass das Schmieröl in den Kondensator gelangt und die Wärmeübertragungsbedingungen verschlechtert.
Funktionsprinzip: Durch das unterschiedliche Verhältnis von Öltröpfchen und Kältemitteldampf wird der Durchfluss durch Vergrößerung des Rohrdurchmessers reduziert und die Strömungsrichtung des Kältemittels geändert. Alternativ sinken die Öltröpfchen durch Zentrifugalkraft auf Dampftemperatur ab. Bei Schmieröl im Dampfzustand wird die Dampftemperatur durch Waschen oder Kühlen gesenkt, sodass das Öl zu Öltröpfchen kondensiert und sich abscheidet. Der Ölabscheider vom Filtertyp wird mit Freon gekühlt.
Die Funktion des Ölabscheiders: Er sammelt das vom Ölabscheider, Kondensator und anderen Komponenten der Kälteanlage abgetrennte Kältemittel-Öl-Gemisch, trennt das Öl unter niedrigem Druck vom Kältemittelgemisch und leitet beides separat ab. Um eine sichere Ölableitung zu gewährleisten, reduziert der Ölabscheider den Kältemittelverlust.
Die Funktion des Flüssigkeitsbehälters besteht darin, das flüssige Kältemittel, das den einzelnen Teilen der Kälteanlage zugeführt wird, zu speichern und zu regulieren, um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Der Flüssigkeitsspeicher ist unterteilt in Hochdruck-, Niederdruck-, Entleerungs- und Umlaufbehälter.
Die Funktion des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders: Trennung des Kältemittels vom Verdampfer, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel in den Kompressor gelangt und den Zylinder beschädigt; Abtrennung des ineffektiven Dampfes in der Ammoniakflüssigkeit unter niedrigem Druck nach der Drosselung, um die Wärmeübertragungswirkung des Verdampfers zu verbessern.
Die Aufgabe des Luftabscheiders: die nicht kondensierbaren Gase im System abzutrennen und abzuführen, um den normalen Betrieb der Kälteanlage zu gewährleisten.
Die Rolle des Zwischenkühlers: Er ist in einem zweistufigen (oder mehrstufigen) Kompressionskältesystem installiert, um das aus der Niederdruckstufe austretende überhitzte Gas zur Zwischenkühlung abzukühlen und so den normalen Betrieb des Hochdruckkompressors zu gewährleisten; das mitgerissene Schmieröl und das Kühlmittel bewirken eine stärkere Unterkühlung des Kältemittels.
Kühlhaus
Einstufung:
Großkühllager (über 5000 t); mittelgroße Kühllager (1500 ~ 5000 t); kleine Kühllager (unter 1500 t).
Gemäß den Nutzungsanforderungen:
Hochtemperatur-Kühllager: hauptsächlich zur Kühlung von Obst, Gemüse, frischen Eiern und anderen Lebensmitteln, die allgemeine Lagertemperatur beträgt 4 ~ -2 ℃;
Kühlhaus für niedrige Temperaturen: hauptsächlich zum Einfrieren von Fleisch, Wasserprodukten usw., die allgemeine Lagertemperatur beträgt -18 ~ -30 ℃;
Klimatisiertes Lager: Hier werden Reis, Nudeln, Heilmittel, Wein usw. unter normalen Temperaturbedingungen gelagert; die allgemeine Lagertemperatur beträgt 10–15 °C.
Schnellgefriergerät: Geeignet zum Einfrieren von kleinverpackten oder unverpackten Rohstoffen wie Blöcken, Scheiben und Granulaten zur Herstellung von Tiefkühlprodukten aller Art, z. B. Fleisch, Meeresfrüchten, Gemüse und Teigtaschen. Gefriertemperatur: -30 bis 40 °C.
Kastenförmiger Schnellgefrierer: In einem mit Wärmedämmmaterial ummantelten Kasten befinden sich mehrere bewegliche, flache Platten mit Zwischenschichten. In den Zwischenschichten sind Verdampferschlangen installiert. Zwischen die Schlangen kann Sole eingefüllt werden, durch die das Kältemittel strömt. Die zu schockenden Produkte werden zwischen die Platten gelegt, und durch deren Bewegung werden die Produkte komprimiert und eingefroren.
Tunnel-Schnellgefriermaschine: Sie besteht aus Tunnelkörper, Verdampfer, Ventilator und Materialgestell oder Edelstahl-Fördernetz. Das Material durchläuft zunächst das schneller laufende Förderband der ersten Stufe, wodurch die Materialschicht dünner ist und die Oberfläche gefriert wird. Das langsamer laufende Förderband der zweiten Stufe mit dickerer Materialschicht gefriert das gesamte Material und liefert so ein einkörniges, schockgefrorenes Produkt.
Tiefkühlverfahren: Das gefrorene Material wird direkt mit einem verflüssigten Gas oder einer flüssigen Flüssigkeit mit sehr niedriger Temperatur in Kontakt gebracht, um ein Schnellgefrierprodukt herzustellen. Die Lebensmittel durchlaufen nacheinander den Vorkühlbereich, den Gefrierbereich und den Temperaturausgleichsbereich. Der flüssige Stickstoff wird außerhalb des Tunnels gelagert und unter einem bestimmten Druck zum Sprüh- oder Tauchgefrieren in den Gefrierbereich eingeleitet. Der nach der Wärmeaufnahme entstehende Stickstoff hat immer noch eine sehr niedrige Temperatur von -10 bis -5 °C und wird mittels eines Ventilators in den Tunnel geleitet. Der vorherige Abschnitt wird vorgefroren. In der Gefrierzone werden die Lebensmittel durch Kontakt mit flüssigem Stickstoff bei -200 °C schnellgefroren.
Klimaanlagen- und Kälteanlagen
Kühlung unter kontrollierter Atmosphäre: Durch die Kombination von Kühlung mit Lagerung unter kontrollierter Atmosphäre, bei der die Lagertemperatur und die Gaszusammensetzung kontrolliert werden, wird der Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt im Lager hauptsächlich für die Lagerung von Obst und Gemüse genutzt, wodurch ein guter Konservierungseffekt erzielt werden kann.
Die Produktverluste im Lager sind gering. Statistiken zufolge beträgt die Verlustrate bei Kühlhausprodukten 21,3 %, während die Verlustrate bei klimatisierten Kühlhausprodukten 4,8 % beträgt.
Veröffentlichungsdatum: 26. Januar 2022
