冷凍：冷蔵庫によって発生する低温源を用いて、製品を常温から冷却し、その後冷凍するプロセス。
冷凍：冷媒の物理状態の変化を利用して冷却効果により低温源を得る操作プロセス。
冷凍装置の種類：冷熱源生成（冷凍）、材料冷凍、冷却。
冷凍方式：ピストン式、スクリュー式、遠心式冷凍圧縮機、吸収式冷凍機、蒸気噴射式冷凍機、液体窒素式冷凍機。
冷凍方法：空冷式、浸漬式、金属管を介した冷媒循環式、壁面および材料接触による熱伝達冷却装置。
応用：
1. 冷凍、冷蔵、および冷凍食品の輸送。
2. 農産物および食品の冷却、冷蔵、空調保管、および冷却輸送。
3. 食品加工（凍結乾燥、凍結濃縮、材料冷却など）。
4. 食品加工工場における空調設備。
冷凍サイクルの原理
主な構成要素：冷凍圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器。
冷凍サイクルの原理：冷媒は低温低圧の液体状態で熱を吸収して沸点に達し、低温低圧の蒸気へと蒸発します。蒸発した冷媒は圧縮機の作用により高温高圧のガスとなり、高温高圧のガスは凝縮して高圧の液体になります。膨張弁を通過すると、低温低圧の液体となり、再び熱を吸収して蒸発することで、冷蔵庫の冷凍サイクルが構成されます。
基本概念と原理
冷凍能力：特定の運転条件（すなわち、特定の冷媒蒸発温度、凝縮温度、過冷却温度）において、冷媒が単位時間あたりに冷凍物から除去する熱量。冷媒の冷却能力とも呼ばれる。同じ条件下では、同じ冷媒の冷却能力は、コンプレッサーのサイズ、速度、効率に関係する。
直接冷凍方式：冷凍サイクルにおいて、冷媒が熱を吸収すると、蒸発器は冷却対象物またはその周囲の環境と直接熱交換を行います。一般的に、アイスクリーム冷凍庫、小型冷蔵庫、家庭用冷蔵庫など、産業用冷却を必要とする単体冷凍装置に用いられます。
冷媒：冷凍装置内で連続的に循環し、冷却を実現する作動物質。蒸気圧縮式冷凍装置は、冷媒の状態変化によって熱伝達を実現する。冷媒は、人工冷凍を実現するために不可欠な物質である。
一般的に使用される冷媒
一般的に使用される冷媒：空気、水、塩水、有機水溶液。
選択基準: 低い凝固点、大きな比熱容量、金属腐食がないこと、化学的安定性、低価格、入手しやすさ。
空気は冷媒として多くの利点を持つが、気体状態で使用すると比熱容量が小さく、対流熱伝達効果が低いため、食品の冷蔵や冷凍加工において食品と直接接触する形でしか使用されない。
水は比熱が大きいものの凝固点が高いため、0℃以上の冷却能力を確保するための冷媒としてのみ使用できます。0℃以下の冷却能力を確保する場合は、塩水または有機溶液を冷媒として使用します。
塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムの水溶液は、一般的に凍結塩水と呼ばれます。食品業界で最も広く使用されている凍結塩水は、塩化ナトリウム水溶液です。有機溶液冷媒の中で、最も代表的な冷媒は、エチレングリコールとプロピレングリコールの水溶液です。
ピストン圧縮冷凍装置の主要装置
機能：冷媒を圧縮して仕事を行い、エネルギーを得た後、凝縮・膨張させて熱を吸収できる冷熱源を形成するために使用されます。
モデルの表現方法：シリンダーの数、使用する冷媒の種類、シリンダーの配置方法、およびシリンダーの直径。
構成部品：シリンダーブロック、シリンダー、ピストン、コネクティングロッド、クランクシャフト、クランクケース、吸排気バルブ、ダミーカバーなど。
作動プロセス：ピストンが上昇すると、吸入弁が開き、冷媒蒸気が吸入弁を通してピストン上部のシリンダー内に流入します。ピストンがさらに上昇すると、吸入弁が閉じ、ピストンは上昇を続け、シリンダー内の冷媒が圧縮されます。空気圧が一定レベルに達すると、ダミーカバーの排気弁が開き、冷媒蒸気がシリンダーから排出され、高圧配管に送り込まれます。
特徴：シンプルな構造、製造の容易さ、高い適応性、安定した動作、便利なメンテナンス。
コンデンサー
機能：過熱した冷媒蒸気を冷却・冷却することで液体に凝縮させる熱交換器。
タイプ：横型シェルアンドチューブ式、縦型シェルアンドチューブ式、水噴霧式、蒸発式、空冷式
作動プロセス：過熱された冷媒蒸気は、シェル上部から凝縮器に入り、管の冷たい表面に接触して凝縮し、液膜を形成します。重力によって、凝縮液は管壁を滑り落ち、管壁から分離します。
水噴霧式蒸発器は、液体貯蔵槽、冷却管、および配水タンクから構成される。
動作プロセス：冷却水は上部から配水タンクに入り、配水タンクを通ってコイル状チューブの外側表面へと流れます。水の一部は蒸発し、残りは水槽に流れ込みます。隠れたサブ列パイプの底部からパイプに入り、パイプに沿って上昇する際に冷却・凝縮され、液体貯蔵槽へと流れ込みます。
膨張弁
機能：冷媒の圧力を下げ、冷媒の流れを制御する。高圧の液状冷媒が膨張弁を通過すると、凝縮圧力が急激に蒸発圧力まで低下し、同時に液状冷媒が沸騰して熱を吸収し、温度が低下する。
熱膨張弁：蒸発器出口の蒸気の過熱度を利用して冷媒量を調整します。冷凍機の通常運転状態では、供給要素の灌流圧力はダイヤフラム下のガス圧とスプリング圧の合計に等しく、平衡状態にあります。冷媒の供給が不足すると、蒸発器出口で蒸気が戻り、過熱度が上昇し、温度センサーの温度が上昇します。ダイヤフラムが下降し、供給液量が蒸発量と等しくなるまで出口の開口部が広がり、その後温度センサーの温度が上昇して平衡状態になります。したがって、熱膨張弁は弁の開度を自動的に調整でき、負荷に応じて供給液量を自動的に増減できるため、蒸発器の加熱面積を最大限に活用できます。
蒸発器
機能：冷媒は冷却媒体の熱を吸収する。
分類：冷却媒体の性質に応じて、3つのカテゴリーに分類されます。
1. 液体冷媒冷却用蒸発器：水冷器、塩水冷却器など。冷媒は管の外側で熱を吸収し、液体ポンプによって管内を循環する。構造によって、水平管型、垂直管型、らせん管型、コイル型に分類される。
2. 空気冷却用蒸発器：冷媒が管内で蒸発し、空気が外部に流れ出し、空気の流れは自然対流となる。
3. 冷凍物を冷却するための接触式蒸発器：冷媒は伝熱隔壁の片側で蒸発し、隔壁のもう一方の側は冷却または冷凍物と直接接触します。
特徴：優れた熱伝達効果、シンプルな構造、省スペース、密閉型冷媒循環システムによる機器への腐食性の低減。
欠点：塩水ポンプが故障により停止した場合、凍結が発生し、チューブ群が破裂する可能性がある。
冷却パイプ
垂直冷却パイプ
利点：冷媒が気化した後、排出しやすく、熱伝達効果も良好ですが、排気管が高い場合、液柱の静圧により下層の冷媒の蒸発温度が高くなります。
単列コイル型壁管：
利点：充填される冷媒の量は少なく、排気管の容積の約50％ですが、冷媒は気化後すぐに管から排出されないため、熱伝達効果が低下します。
歪んだチューブ：
利点：放熱面積が大きい。
ピストン圧縮式冷凍装置用補助装置
オイルセパレーター
機能：圧縮された液体とガスに混入した潤滑油を分離し、潤滑油が凝縮器に入り込んで熱伝達条件を悪化させるのを防ぐために使用されます。
作動原理：油滴と冷媒蒸気の比率を変えることで、配管径を大きくして流量を減少させ、冷媒の流れ方向を変えるか、遠心力によって油滴を蒸気温度まで沈降させる。蒸気状態の潤滑油の場合、洗浄または冷却によって蒸気温度を下げ、油滴に凝縮させて分離する。フィルター式油分離器はフロンで冷却される。
オイルコレクターの機能：冷凍システムのオイルセパレーター、凝縮器などの装置から分離された冷媒とオイルの混合物を収集し、低圧下で混合冷媒からオイルを分離し、それぞれを別々に排出します。オイル排出の安全性を確保し、オイルが冷媒の損失を低減します。
液受器の機能は、冷凍システムの各部に供給される液冷媒を貯蔵・調整し、機器への液供給が安全に行われるようにすることです。液アキュムレータは、高圧側、低圧側、排水バレル、循環液貯蔵バレルに分けられます。
気液分離器の機能：冷媒を蒸発器から分離し、冷媒液が圧縮機に入り込んでシリンダーを損傷するのを防ぐ。また、絞り弁通過後の低圧アンモニア液中の不要な蒸気を分離し、蒸発器の熱伝達効果を向上させる。
空気分離器の役割：冷凍システムの正常な動作を確保するために、システム内の非凝縮性ガスを分離して排出すること。
インタークーラーの役割：2段式（または多段式）圧縮冷凍システムに設置され、低圧段圧縮機から排出される過熱ガスを冷却して段間冷却を行い、高圧段圧縮機の正常な動作を確保します。同伴する潤滑油と冷却冷媒により、冷媒はより大きな過冷却機能を発揮します。
冷蔵
分類：
大規模冷蔵倉庫（5000トン以上）、中規模冷蔵倉庫（1500～5000トン）、小規模冷蔵倉庫（1500トン未満）。
使用要件によると：
高温冷蔵：主に果物、野菜、生卵などの食品を冷蔵保存するもので、一般的な保存温度は4～-2℃です。
低温冷蔵保管：主に冷凍肉、水産物などを保管し、一般的な保管温度は-18～-30℃です。
空調完備倉庫：米、麺類、薬草、酒類などを常温で保管します。一般的な倉庫の温度は10～15℃です。
急速冷凍装置：ブロック、スライス、顆粒などの小分け包装または未包装の原材料を冷凍し、畜産物、水産物、野菜、餃子など、あらゆる種類の急速冷凍食品を製造するのに適しています。冷凍温度は-30～40℃です。
ボックス型急速冷凍庫：断熱材で覆われた箱の中に、可動式の平板が複数枚、中間層とともに配置されています。中間層には蒸発コイルが設置されており、チューブ間に塩水を注ぐことも可能です。冷媒は蒸発コイル内を流れ、急速冷凍する食品は平板の間に挟まれ、平板を移動させることで食品を圧縮して冷凍します。
トンネル式急速冷凍機：トンネル本体、蒸発器、ファン、材料ラックまたはステンレス製搬送ネットで構成されています。材料はまず、高速で移動する第1段メッシュベルトを通過し、材料層が薄いため表面が凍結します。次に、低速で移動する第2段メッシュベルトを通過し、材料層が厚くなることで材料全体が凍結し、粒状の急速冷凍製品が得られます。
浸漬式冷凍機：冷凍された材料を非常に低温の液化ガスまたは液体冷媒と直接接触させて急速冷凍製品を作ります。食品は、予冷エリア、冷凍エリア、温度平均エリアを順に通過します。液体窒素はトンネルの外側に貯蔵され、一定の圧力で冷凍エリアに導入されて噴霧または浸漬冷凍されます。液体窒素が熱を吸収して生成された窒素は、-10～-5℃の非常に低い温度で、ファンによってトンネル内に送られます。前のセクションを予冷凍します。冷凍ゾーンでは、食品は-200℃の液体窒素と接触して急速冷凍されます。
空調冷凍機器
制御雰囲気冷凍：冷凍と制御雰囲気貯蔵を組み合わせ、貯蔵温度とガス組成を制御することで、倉庫内の酸素と二酸化炭素の含有量を主に果物や野菜の貯蔵に利用し、良好な保存効果を得ることができます。
保管中の製品損失は少ない。統計によると、冷蔵保管製品の損失率は21.3%であるのに対し、空調完備の冷蔵保管製品の損失率は4.8%である。
投稿日時：2022年1月26日
