摘要：食品冷冻正朝着快速冻结的方向发展。传统的蒸汽压缩式制冷机受到制冷剂替代和制冷温度降低所带来的效率下降等方面约束，使得在低温下具有较高效率的空气制冷机有了生机。文中首先阐述了保证冻结食品质量的关键因素，介绍了可用于食品快速冻结的开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机原理，进而分析了空气制冷机在食品快速冻结领域应用所具有的优势。
1 前言
空气制冷机主要应用于低温领域，可是随着氟利昂对环境破坏问题的提出，空气制冷机的应用范围开始拓宽。在食品冷冻领域的应用，虽在上世纪7O年代进行过尝试，可是由于某些关键问题没能得到解决，因此没能实际应用。随着食品快速冻结要求的日益迫切，使得冻结装置的冷源正朝低温化发展。目前常用的蒸汽压缩式制冷机，为了满足快速冻结装置的低温要求，也已由双级压缩制冷机向复叠式制冷机方向转移。所带来的问题则是装置庞大、结构复杂、投资增大、控制困难和效率降低。可是空气制冷机在以上各个方面却具有独特的优势，这里叙述为装置小巧、简单、控制容易和效率较高 本文从食品冷冻的特点出发，对空气制冷机在该领域的应用前景给予分析。
2 食品冷冻
2．1 食品的快速冻结
食品快速冻结是指食品迅速通过其最大结晶区域，当食品平均温度低至一18℃时而迅速冻结的方法。食品在冻结过程中会发生各种各样的变化，如物理变化(体积、导热性、比热、干耗等)，化学变化(蛋白质变性、色变等)，细胞组织变化以及生物和微生物的变化等。快速冻结食品的特点是最大限度地保持食品原有的营养价值和色香味，也就是说，在冻结过程中必须保持食品所发生的上述各种变化达到最大的可逆性。冻结过程中生成冰结晶的数量和大小对于冻结过程的可逆性程度具有很大的意义。冻结速度越快，形成的冰结晶越细小、均匀，而不致于刺伤细胞造成机械损伤。因为有机体内汁液都是非饱和的有机溶液，在低于冰点时，首先是自由水冻结。随着温度的下降，非饱和的有机溶液继续浓缩，最后剩余的部分以低共溶混合物的形式均匀冻结。因为食品细胞组织未被破坏，所以具有保持原有食品营养价值和色香味等优点。
2．2 冻结装置
由于食品的规格、形状不规整，冻结过程中不希望食品与冷表面或液体载冷剂相接触，防止造成食品污染。吹风式冻结装置的应用最为广泛。常用的吹风式冻结装置多采用R 717或氟利昂制冷系统。
吹风式冻结是被冻结食品与冷风相接触使食品温度降低，直至内部水分冻结的冻结方式，其典型冻结装置如图1所示。冻结装置由保温体、食品传送机械、送风机和制冷系统组成。食品摆放在传送机械上，保温体内的空气由制冷系统通过蒸发器冷却降温并由轴流风机推动循环流动，不断与食品表面接触，带走食品热量，使食品被冷却和冻结。食品热量等热负荷被循环空气与制冷系统蒸发器表面接触，并将热量转递至制冷系统，由制冷系统输送至环境。
2．3 食品的冻结干耗
吹风式冻结是最易引起冻品干耗的冻结方式。食品暴露在空气中，重量就会减轻，色泽、外观都会恶化。水分由食品表面蒸发或升华到空气中被称为干耗。在单位时间内从食品的表面蒸发或升华到空气中的水分量可用下式计算：
3 开式回冷低压直接吸热循环制冷原理
应用于食品冷冻上的开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机原理如图3所示 工作过程是，离心风机由大气中吸入空气，过滤器可除去其中的灰尘和杂质。具有一定压力的热空气，通过三通电磁阀进入蓄冷器A，热空气与蓄冷填料热交换，热空气被冷却，金属填料被加热，之后由出口排出进入冻结间。在冻结间中被加热的冷空气，通过涡轮冷却器降温后进入蓄冷器B，与蓄冷填料热交换，冷空气被加热，蓄冷填料被冷却，被加热的冷空气通过真空泵排往大气，至此一个循环周期结束。接下来，四个三通电磁阀开、闭切换，使蓄冷器A、B的蓄放冷作用交换。热空气通过蓄冷器B被蓄冷填料中蓄积的冷量冷却；冷空气在通过蓄冷器A时把冷量蓄存在蓄冷填料中，为下一个工作周期做好准备。
4 空气制冷机在食品冷冻上的应用分析
4．1 空气与氟利昂制冷剂的比较
在5种安全制冷剂(空气、水蒸气、烃类、二氧化碳和氨)中空气为首。对照制冷剂选择要求，空气具有以下特点：
(1)无毒无味、不燃烧、不爆炸和对环境没有不良影响。
(2)具有很好的化学稳定性，纯净的空气不具有对金属材料或非金属材料的腐蚀性，不会变质及与润滑油相容。在空气制冷机的制冷范围内，不会出现高温分解现象。
(3)空气的导热系数约是R22汽体的2倍，稍小于氨蒸汽，其换热器的性能优于大多数的氟利昂制冷剂气体换热器。
空气制冷机在冷冻中的应用
发布日期：2013-12-12 浏览次数：4
核心提示：摘要：食品冷冻正朝着快速冻结的方向发展。传统的蒸汽压缩式制冷机受到制冷剂替代和制冷温度降低所带来的效率下降等方面约束，使得在低温下具有较高效率的空气制冷机有了生机。文中首先阐述了保证冻结食品质量的关键因素，介绍了可用于食品快速冻结的开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机原理，进而分析了空气制冷机在食品快速冻结领域应用所具有的优势。
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