冷库技术(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：余华明

出版社：人民邮电出版社

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冷库技术试读：

前言

冷库，特别是中小型冷库，正逐渐走进人们的生活，如食堂用的冷库，养鱼农户用的冻鱼库以及蔬菜、水果批发商用的菜果冷藏库。这些冷库往往是装配式的，安装灵活，用途广泛，与大型冷库相比具有无可比拟的优势，为我们的“菜篮子工程”做出了巨大的贡献。与之相适应的是相关的岗位需求也在急速增加，包括冷库的设计安装、冷库设备的操作与维护保养、食品的冷藏与运输人员的需求等。但受教育周期的限制，现有的从业人员技术水平良莠不齐，这是造成目前我国食品冷藏和冷库技术水平相比发达国家还有一定差距的主要原因。于是，开发一些适合于各个层次，并且既有理论又有实践总结和案例介绍的专业书籍就显得非常必要。

本书从制冷原理出发，详细介绍了冷库系统的构成原理和设备组成，并在此基础上介绍了冷库的设计计算方法和冷库系统的运行管理、维护保养等内容。冷库设计实例的详细介绍，可以帮助读者对上述技术知识内容有更好的理解和应用。参照本书设计案例，读者可以自行完成中小型冷库的设计；结合相关操作规范和国家标准，读者也可以完成冷库操作和库房管理工种的初级培训。

王启祥、刘超、杨伟兵和吴治将分别负责本书第2～5章内容的编写，余华明统筹并完成第1章和其他章节部分内容的编写。本书在编写过程中还得到了广东佛山长城冷气公司和南海冷冻厂的大力支持，在此一并表示感谢。本书既有对冷库知识经典理论的整理，也有从实践而来的经验总结，希望能对读者有所帮助。

由于编者水平有限，书中难免存在欠妥之处，欢迎广大读者批评指正。编者

第1章 冷库及食品冷藏知识基础

1.1 食品冷加工技术基础

冷库的储存对象是食品，从常识中我们可以知道不同的食品有其适当的储存温度和湿度，因此，要做好食品的冷藏工作，首先要对食品的组成和特性有所了解。

1.1.1 食品的成分

食品的成分可分为有机和无机，属于有机的有蛋白质、糖、脂肪、维生素等，属于无机的有水和矿物质等。（1）蛋白质。蛋白质是一类复杂的有机化合物，是高分子的含氮物质。它是一切生命活动的基础，是构成生物体细胞的主要原料。

蛋白质由多种氨基酸组合而成。蛋白质在动物性食品中含量较多，植物性食品中含量一般较少，如牛肉含20.1％，猪肉含16.9％，鸡蛋含14.8％，鲤鱼含18.1％，苹果含0.2％，番茄含0.6％。但大豆等植物性质食品所含的蛋白质较多。

由于微生物的作用，蛋白质能分解而产生氨、硫化氢等各种有毒的物质，这种现象称为腐败。（2）糖类。糖是由碳、氢、氧三种元素组合而成的有机物质，其中氢和氧的比例对绝大多数糖来说，是与水中的氢和氧的比例一样的。因此，糖又称为碳水化合物。糖是供给人体热量的最主要和最经济的原料。在动物性食品中，糖的含量不多，约占2％；在植物性食品中含有大量糖，约占80％。

水果、蔬菜中的糖，在保管和运输过程中，由于呼吸作用被空气中的氧氧化成二氧化碳和水并放出热量；在缺氧呼吸时，则生成酒精和二氧化碳。（3）脂类。脂类可分为脂肪与类脂两类。

脂肪是由各种不同的脂肪酸和甘油结合而成的三脂肪酸甘油脂。

构成脂肪的脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。

类脂是一些类似脂肪的物质，其理化性质与脂肪相似，但其化学组成中，除含有脂肪酸、甘油等外，还含有磷、胺基、糖等成分。

脂肪的氧化分解过程与温度有关。温度高时，氧化作用进行得快些。所以，降低温度能保证脂肪的质量。（4）维生素。维生素是低分子的有机化合物，它在食品中含量很少，但对人体的新陈代谢起着重要作用。

维生素分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类，脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K，水溶性维生素包括维生素B、B、B、B、12612C、P、PP及生物素等。（5）酶。酶是生物细胞中所产生的一种特殊蛋白质。酶在食品中的含量很少，起着生物催化剂的作用，它能加速生物化学反应，但本身不起变化，也不参加到反应后的生成物中去。

酶的性质与蛋白质相似。酶的作用强弱与温度有关。酶不耐热，一般在40～50℃时活性最强，而低于0℃时或高于70℃时，酶的活性即变弱终止。每一种酶都有其最适宜的温度。

各种酶有不同的最适宜的酸碱值（pH值）。一般在中性或弱酸、弱碱的介质中，酶具有最大的活性。（6）水。一切食品中均含有水分，但含量多少不同。有的食品含水量较多，如水果、蔬菜中约含95％，肉含50％，鱼含70％～80％；有的食品含水量较少，如乳粉含3％～4％，食糖含1.5％～3％。

食品中的水分以游离水和胶体结合水两种形式存在。游离水含于食品的汁液和细胞液中，是良好的溶剂。胶体结合水是位于胶体空间以及胶粒周围水膜中的水。胶体结合水与游离水的性质不同，它失去了普通水的流动性，比热容较游离水小些。其冻结点较游离水低得多，一般在−25℃以下。

食品中由于含有大量水分，形成了微生物生长繁殖的良好条件，容易引起食品发生质量变化。（7）矿物质。矿物质是构成生物组织细胞所不可缺少的成分，它直接参加机体的新陈代谢过程，维持渗透压以及血液、淋巴等生物体液的酸碱值。

各种食品中都含有少量的矿物质，一般占其总质量的0.3％～1.5％。

食品中所含的矿物质如钠、钾、钙、镁、铁、磷、碘等，是以可溶性盐类和有机化合物的形态存在的。在鱼、肉和蛋品中多半是酸式盐，在乳品、水果、蔬菜中主要是碱式盐。

1.1.2 食品冷藏保鲜原理

新鲜食品在常温下储存，由于食品中微生物和酶的作用，以及呼吸作用和化学作用，都会消耗食品的有益成分，发生腐败变质。微生物的生命活动和酶的催化作用，都需要在一定的温度和水分条件下进行。如果降低储藏温度，微生物的生长、繁殖就会减慢，酶的活性也会减弱，就可以延长食品的储藏期。此外，低温下微生物的新陈代谢过程会被破坏，其细胞内积累的有毒物质及其他过氧化物能导致微生物死亡。当食品的温度降至−18℃以下时，食品中90％以上的水分都会变成冰，所形成的冰晶还可以以机械的方式破坏微生物细胞，使其或失去养料或部分原生质凝固、脱水等，造成微生物死亡。因此，冻结食品可以更长期地保持食品原有的品质。

食品的冷藏工艺指的是食品的冷却、冷冻、冷藏和解冻，即利用低温保藏和加工食品的方法。

冷却是将食品的温度快速降低到指定的温度，但应高于食品汁液的冻结点。一般冷却食品的温度为±4～0℃。在这样的温度下，既能延长食品的保藏期限，又能最大限度地保持食品的新鲜状态。但由于在这样的温度下，部分微生物仍能生长、繁殖，因此，经过冷却的鱼肉类食品只能作短期保藏。

冻结是将食品中所含的水分大部分冻结成冰，也就是将食品的温度快速降低到低于食品汁液的冻结点，并达到某一指定温度。食品冻结后，由于低温和缺水，部分微生物被杀死，其余微生物活动极弱。因此，经过冻结的食品可以作较长时期的保藏。冻结依其速度的快慢分为速冻、快速冻结和一般冻结，其中速冻和快速冻结更能保证食品的质量并使食品具有更大的可逆性。

冷藏是在维持食品冷加工最终温度的条件下，将食品进行不同期限的保藏。根据冷加工最终温度不同，食品的冷藏可分为冷却物冷藏（高温冷藏）和冻结物冷藏（低温冷藏）两种。

解冻是将冻结食品中的冰晶融化为水，恢复到冻结前的新鲜状态。解冻也是冻结的逆过程，对于作为加工原料的冻结品，一般只需升温至半解冻状态即可。

1.1.3 食品在冷加工过程中的变化

食品在冷加工即冷冻保鲜过程中会发生一系列的变化，这些变化有些是食品在储存中的共性变化，有些和食品储存的低温环境有关。了解哪些是由于低温使食品发生了变化，将有助于我们确定正确的冷加工工艺，提高食品冷冻加工和保存的保鲜效果。

1．食品在冷却及冷却储藏中的变化

1）水分蒸发

食品在冷却时，不仅食品的温度下降，食品中汁液的浓度也会有所增加，食品表面水分蒸发，出现干燥现象。当食品中的水分减少后，不但造成质量损失（俗称干耗），而且使植物性食品失去新鲜饱满的外观，当减重达到5％时，水果、蔬菜会出现明显的凋萎现象。肉类食品在冷却储藏中也会因水分蒸发而发生干耗，同时肉的表面收缩、硬化，形成干燥皮膜，肉色也有变化。鸡蛋在冷却储藏中，因水分蒸发而造成气室增大，使蛋内组织挤压在一起而造成质量下降。

2）寒冷收缩

宰后的牛肉在短时间内快速冷却，肌肉会发生显著收缩现象，以后即使经过成熟过程，肉质也不会十分软化，这种现象叫寒冷收缩。一般来说，宰后10h内，肉温降低到8℃以下，容易发生寒冷收缩现象。但此温度与时间并不固定，成牛与小牛，或者同一头牛的不同部位的肉都有差异。例如，成牛肉温低于8℃，而小牛则肉温低于4℃即发生寒冷收缩。按照过去的想法，肉类宰杀后要迅速冷却，但近年来由于冷却肉的销售量不断扩大，为了避免寒冷收缩的发生，国际上正研究不引起寒冷收缩的冷却方法。

3）冷害

在冷却储藏过程中，当储藏温度低于某一界限温度时，有些果蔬正常的生理机能遇到障碍，将失去平衡，这称为冷害。冷害症状随品种的不同而各不相同，最明显的症状是表皮出现软化斑点和核周围肉质变色，像西瓜表面凹斑、鸭梨的黑心病、马铃薯的发甜等。表1-1列举了一些水果、蔬菜发生冷害的界限温度与症状。

另有一些水果、蔬菜，在外观上看不出冷害的症状，但冷藏后再放到常温中，就丧失了正常的促进成熟作用的能力，这也是冷害的一种。例如香蕉，如放入低于11.7℃的冷藏室内一段时间，拿出冷藏室后表皮会变黑成腐烂状，俗称“见风黑”，而生香蕉的成熟作用能力则已完全失去。一般来讲，产地在热带、亚热带的果蔬容易发生冷害。应当强调指出，需要在低于界限温度的环境中放置一段时间冷害才能显现，症状出现最早的品种是香蕉，像黄瓜、茄子一般则需要10～14d的时间。

4）微生物的繁殖

食品中的微生物若按它们的适应温度划分可分为低温细菌、中温细菌和高温细菌。在冷却、冷藏状态下，微生物特别是低温微生物，其繁殖和分解作用并没有被充分抑制，只是速度变得缓慢了一些，其总量还是增加的，如时间较长，就会使食品发生腐败。低温细菌的繁殖在0℃以下变得缓慢，但如果要它们停止繁殖，一般来说温度要降到−10℃以下。对于个别低温细菌，在−40℃低温下仍有繁殖现象。表1-1 果蔬发生冷害的界限温度与症状

5）淀粉老化

普通淀粉大致由20％的直链淀粉和80％的支链淀粉构成，这两种成分形成微小的结晶，这种结晶的淀粉叫β-淀粉。淀粉在适当温度下，在水中溶胀分裂形成均匀的糊状溶液，这种作用叫糊化作用。糊化作用实质上是把淀粉分子间的氢键断开，水分子与淀粉形成氢键，形成胶体溶液。糊化的淀粉又称为α-淀粉。食品中的淀粉是以α-淀粉的形式存在的，但是在接近0℃的低温范围内，糊化了的α-淀粉分子又自动排列成序，形成致密的高度晶化的不溶性淀粉分子，迅速出现了淀粉的β化，这就是淀粉的老化。老化的淀粉不易为淀粉酶作用，所以也不易被人体消化吸收。水分含量在30％～60％的淀粉最易老化，含水量在10％以下的干燥状态及在大量水中的淀粉都不易老化。淀粉老化作用的最适宜温度是2～4℃。例如，面包在冷却储藏时淀粉迅速老化，味道就变得很不好。又如，土豆放在冷藏陈列柜中储存时，也会有淀粉老化的现象发生。当储存温度低于−20℃或高于60℃时，均不会发生淀粉老化现象。因为低于−20℃时，淀粉分子间的水分急速冻结，形成了冰结晶，阻碍了淀粉分子间的相互靠近，从而不能形成氢键，所以不会发生淀粉老化的现象。

6）脂类的变化

冷却储藏过程中，食品中所含的油脂会发生水解、脂肪酸的氧化、聚合等复杂的变化，其反应生成的低级醛、酮类物质会使食品的味道变差，使食品出现变色、酸败、发黏等现象。这种变化非常严重时，则称为“油烧”。

2．食品在冻结与冻藏中的变化

食品进行冷却的过程中并没有发生结构实质上的变化，但在冻结过程中，由于食品中的水将大部分冻结成冰，这种变化将对食品的结构以至质量产生很大的影响。

1）食品冻结过程中的冰结晶

食品的冻结，是将食品中所含的水分大部分转变成冰的过程。因此，结晶表现了冻结过程最基本的实质。当食品中液态水分结成固态冰晶时，即有大量热量从食品中传出，同时食品的温度也随之降低。（1）食品中溶液的冻结。溶液的冻结与纯水不同，它的冻结点较水的冰点低些。溶液的冻结点、溶液的浓度、溶质的离解程度和溶剂的性质有关。

食品冻结时，溶液浓度的变化过程较普通溶液复杂得多，因为食品所含的水中溶有多种矿质和有机物质。因此，在冻结过程中，随着汁液中的水分析出而形成冰结晶，使尚未冻结的汁液的浓度增大，冻结点降低。食品中剩余的汁液越少，其浓度越大，汁液冻结点也就越低。这样，食品的继续冻结就需要在温度大大降低的条件下进行。

大多数食品的冻结点在−1～−2℃。含有大量溶质（糖、盐、酸）的食品，其冻结点较低，为−3.5～−5℃。一般食品温度在−20℃时，有90％左右的水分冻结成冰。

食品的冻结最终温度越低，被冻结的水量就越多，因而也就有利于食品的长期保藏。一般要求食品冻结的最终温度（中心温度）为−12～−5℃。（2）食品冻结的温度曲线和最大冰结晶生成带。食品冻结时的温度曲线是根据冻结速度而变化的，但不论是快速冻结或慢速冻结，在冻结过程中温度的下降可分三个阶段，如图1-1所示。图1-1 食品在冻结时的温度下降情况

在第一阶段，食品的温度迅速下降，直到降低至结晶温度为止。第二阶段即冰晶形成阶段，以近于水平线段表示。这一阶段在0～−5℃，这时食品内部80％以上的水分都已冻结，这种大量形成冰结晶的温度范围，称为冰结晶的最大生成带。冰结晶形成时放出的潜热相当大，因此，通过最大冰结晶生成带时热负荷最大，相对需要较长的时间。当慢速冻结时，食品内冰晶以较慢速度由表面向中心推移形成，而食品中心温度在很长时间内处于停滞阶段，水平线段较长。当快速冻结时，由于强烈的热传导，冰晶的形成很快地从食品表面层推移到食品中心，因此水平线段很短。最后，进入第三阶段，此线段表明冻结后的食品继续冻结到规定的最终温度的降温过程。（3）冻结速度与冻结晶的分布。食品中的水分分布大致可分为两部分：细胞内的水分和细胞间隙中的水分。在食品的细胞间隙内，水蒸气张力比细胞内小，盐的浓度也小些，冻结点则高些。当食品冻结时，细胞间隙内水分首先结成冰晶。由于冰的饱和蒸汽压比水低，因此，在食品冻结初期，当细胞外的水分已冻成冰，而细胞内的水分因冰点较低仍处在液体状态时，由于两者饱和蒸汽压的不同，致使细胞中的水分以蒸汽状态透过细胞膜而扩散至细胞间隙中。如果是慢速冻结，就使大部分水冻结于细胞间隙内，并形成较大的冰结晶。水在转变成冰时，体积增大9％～10％，结果使细胞因受压挤而变形，甚至造成细胞膜破裂。于是当食品解冻时，冰晶融化成水，食品汁液流失。

如果采用快速冻结，由于冰结晶形成的速度大于水蒸气的扩散速度，因而冰结晶可均匀地分布在食品细胞内与细胞间隙中，并形成小的结晶体，这样就不会使细胞变形和破裂。

食品在快速和慢速冻结时，其组织内冰结晶的分布如图1-2所示。图1-2 食品组织内冰结晶的分布情况

2）食品在冻结与冻藏中的变化（1）体积膨胀产生内压。水在4℃时体积最小，因而密度最大，3为1000kg/m。0℃时水结成冰，体积约增加9％，在食品中体积约增加6％。冰的温度每下降1℃，其体积收缩0.005％～0.01％。二者相比，膨胀比收缩大得多，所以含水分多的食品冻结时体积会膨胀。

食品冻结时，首先是表面水分结冰，然后冰层逐渐向内部延伸。当内部的水分因冻结而体积膨胀时，会受到外部冻结层的阻碍产生内压，称为冻结膨胀压，纯理论计算其数值可高达8.7MPa。（2）干耗。食品的水分散失，从而造成质量减小、品质下降的现象叫“干耗”。干耗在冷冻和冻藏的过程中都是存在的。

冻结过程中干耗发生的原因是冻结室内的空气未达到水蒸气的饱和状态，其蒸汽压小于饱和水蒸气压，而鱼、肉等含水量较高，其表面层接近饱和水蒸气压，在蒸汽压差的作用下食品表面水分向空气中蒸发，表面层水分蒸发后内层水分在扩散作用下向表面层移动。由于冻结室内的空气连续不断地经过蒸发器，空气中的水蒸气凝结在蒸发器表面，减湿后常处于不饱和状态，所以冻结过程中的干耗在不断进行着。

冻藏过程中干耗产生的原因类似于冻结过程，区别在于冻藏过程中水分是以冰晶升华的形式散失的。干耗开始时仅仅在冻结食品的表面层发生冰晶升华，即出现所谓的脱水多孔层，长时间后逐渐向里推进，达到深层内部冰晶升华，脱水多孔层向内扩散，从而使内部的脱水多孔层不断加深。这不仅使冻结食品脱水减重，造成质量损失，而且由于在冰晶升华的地方成为细微空穴，大大增加了速冻食品与空气的接触面积，脱水多孔层极易吸收外界向内扩散的空气及冻藏库内的各种异味，容易引起强烈的氧化反应。在氧的作用下，动物性食品脂肪氧化酸败，表面变黄、变褐，食品的外观受到损害，滋味、营养价值都变差，这种现象称为冻结烧（freezer burn）。食品冻结烧部位的含水率非常低，为2％～3％，此时蛋白质也脱水变性，食品的品质严重下降。（3）变色。食品在冻结与冻藏过程中都会出现变色现象。除了因制冷剂泄漏造成的食品变色以外（如氨泄漏时，胡萝卜的红色会变成蓝色；洋葱、卷心菜、莲子的白色会变成黄色），其他凡是在常温下所发生的变色现象，在长期的冻藏过程中都会发生，只是变化速度显得十分缓慢。

冻结过程中发生的变色主要是冷冻水产品的变色，从外观上看通常有褐变、黑变、褪色等现象。水产品变色的原因包括自然色泽的分解和产生新的变色物质两方面。自然色泽被破坏，如红色鱼皮的褪色、冷冻金枪鱼的变色等，产生新的变色物质如虾类的黑变、鳄鱼肉的褐变等。变色不但使水产品的外观变差，有时还会产生异味，影响冻品的质量。（4）蛋白质冻结变性。鱼、肉等动物性食品中，构成肌肉的主要蛋白质是肌原纤维蛋白质。在冻结过程中，肌原纤维蛋白质会发生冷冻变性，表现为盐溶性降低、ATP酶活性减小、盐溶液的黏度降低、蛋白质分子产生凝集使空间立体结构发生变化等。蛋白质变性后的肌肉组织持水力降低，质地变硬，口感变差，作为食品加工原料时，加工适宜性下降。如用蛋白质冷冻变性的鱼肉作为加工鱼糜制品的原料，其产品会缺乏弹性。（5）组织变化。由于植物组织在冻结时受到的损伤要比动物组织大，所以蔬菜、水果类植物性食品在冻结前一般要进行烫漂或加糖等前处理工序。

植物细胞的构造与动物细胞不同。植物细胞内有大的液泡，它使植物组织保持高的含水量，但结冰时因含水量高，对细胞的损伤大。植物细胞的细胞膜外还有以纤维素为主的细胞壁，而动物细胞只有细胞膜，细胞壁比细胞膜厚又缺乏弹性，冻结时容易被胀破，使细胞受损伤。此外，植物细胞与动物细胞内的成分不同，特别是高分子蛋白质、碳水化合物含量不同，有机物的组成也不一样。由于这些差异，在同样的冻结条件下，冰结晶的生成量、位置、大小、形状不同，造成的机械损伤和胶体损伤的程度亦不同。

新鲜的水果、蔬菜等植物性食品是具有生命力的有机体，在冻结过程中其植物细胞会被致死，这与植物组织冻结时细胞内的水分变成冰结晶有关。植物冻结致死后，会因氧化酶的活性增强而使果蔬褐变。为了保持原有的色泽，防止褐变，蔬菜在速冻前一般要进行烫漂处理，而动物性食品因是非活性细胞则不需要此工序。（6）生物和微生物的变化。这里的生物是指小生物，如昆虫、寄生虫之类，经过冻结都会死亡。牛肉、猪肉中寄生的无钩绦虫、有钩绦虫等的胞囊在冻结时都会死亡。猪肉中的旋毛虫的幼虫在−15℃下20d后死亡。大麻哈鱼中的裂头绦虫的幼虫在−15℃下5d死亡。由于冻结对肉类所带有的寄生虫有杀死作用，有些国家对肉的冻结状态作出规定。联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）共同建议，肉类寄生虫污染不严重时，需在−10℃温度下至少储存10d。

引起食品腐败变质的微生物有细菌、霉菌和酵母，其中与食品腐败和食物中毒关系最大的是细菌。微生物的生长、繁殖需要一定的环境条件，温度就是其中一个重要条件。当温度低于最适宜温度时，微生物的生长受到抑制；当温度低于最低温度时，微生物即停止繁殖。引起食物中毒的细菌一般是中温菌，在10℃以下繁殖减慢，4.5℃以下停止繁殖。霉菌和鱼类的腐败菌一般是低温菌，在0℃以下繁殖缓慢，−10℃以下停止繁殖。

冻结阻止了微生物的生长、繁殖。食品在冻结状态下储藏，冻结前污染的微生物数随着时间的延长会逐渐减少，但不能期待利用冻结可杀死污染的微生物，只要温度一回升，微生物就很快繁殖起来。所以食品冻结前要尽可能减少细菌污染，才能保证冻品的质量。

冻结阻止了细菌的生长、繁殖，但由于细菌产生的酶还有活性，尽管活性很小可还有作用，它使生化过程仍缓慢进行，降低了食品的品质，所以冻结食品的储藏仍有一定期限。食品在−10℃时大部分水已冻结成冰，剩下的溶液浓度增高，水分活性降低，细菌不能繁殖。所以−10℃对冻结食品来说是最高的温度界限。国际冷冻协会（IIR）建议为防止微生物繁殖，冻结食品必须在－12℃以下储藏。为防止酶的作用及物理变化，冻结食品的品温必须低于−18℃。（7）冰晶生长。刚生产出来的冻结食品，其冰晶大小并不完全均匀一致。在冻藏过程中，由于冻藏时间较长，微细的冰晶会逐渐合并，成长为较大的冰晶，这种现象称为冰晶成长。冰晶成长的原因之一是冰晶周围的水或水蒸气向冰晶移动，附着并冻结在上面，使大冰晶越长越大，而小冰晶逐渐减少、消失。大冰晶的形成使细胞受到机械损伤的程度增加，导致蛋白质变性，解冻后液汁流失增加，食品的风味和营养价值等都受到影响。

冰晶成长的另一个原因是重结晶导致冰晶成长。重结晶是指冻藏过程中，由于冻藏温度的波动，导致反复解冻和再结晶所出现的结晶体积增大的现象。重结晶的程度直接取决于单位时间内温度波动的次数和程度，温度波动幅度越大、次数越多，重结晶的程度也越深，这样就会促使冰晶体颗粒迅速增大、数量迅速减少，以致严重破坏冷冻食品的组织结构，使其解冻后失去弹性。

要防止冻藏过程中因冰晶成长给冷冻食品带来的不良影响，可以从以下两方面加以防止：①采用深温速冻方式，使食品中90％的水分在冻结过程中来不及移动，就在原位变成极微细的冰晶，这样形成的冰晶的大小及分布比较均匀。同时由于是深温速冻，冻结食品的终温比较低，食品的冻结率提高了，残留的液相少，也可降低冻藏中此类冰晶的成长。②冻藏温度应尽量低，并且少变动，特别要避免−18℃以上温度的变动。

3．食品在解冻过程中的变化

冻结食品在解冻过程中同样存在污染、干耗等问题，但问题最大的是体液流失。

食品经过解冻后，内部冰晶融化成水，如不能被组织、细胞吸收恢复到原来的状态，这部分水分就分离出来成为流失液。流失液不仅是水，还包括溶于水的成分，如蛋白质、盐类、维生素类等。体液流失使食品的质量减少，营养成分、风味亦受损失。因此，流失液的产生率成为评定冻品质量的指标之一。

解冻时水分不能被组织吸收，是因为食品中的蛋白质、淀粉等成分的持水能力，因冻结和冻藏中的不可逆变化而丧失，由保水性变成脱水性所致。体液的流出是由于肉质组织在冻结过程中产生冰结晶受到的机械损伤所造成的。损伤严重时，肉质间的空隙大，内部冰晶融化的水通过这些空隙向外流出；机械损伤轻微时，内部冰晶融化的水因毛细管作用被保留在肉质中，加压时才向外流失。冻结时食品内物理变化越大，解冻时体液流失就越多。

一般来说，如果食品原料新鲜，冻结速度快，冻藏温度低且波动小，冷藏期短，则解冻时流失液少。若水分含量多，流失液亦多。如鱼和肉比，鱼的含水量高故流失液亦多。叶菜类和豆类相比，叶菜类流失液多。经冻结前处理如加盐、糖、磷酸盐后流失液少。食品原料切得越细小，流失液亦越多。

1.1.4 食品冷加工技术

1．食品的冷却

食品的冷却方法常用的有以下几种：冷风冷却、真空冷却、冷水冷却、碎冰冷却。

按食品的种类和冷却要求的不同，使用不同的冷却方法，一般方法如表1-2所示。表1-2 冷却方法与适用食品注：○表示可以选择该种方式。

冷风冷却：指用制冷机通过换热使得空气的温度降低并送入冷库对食品进行冷却降温，此种方法温度范围广，对食品种类没有选择性，但由于空气的低比热容使得食品降温速度慢。

冷水冷却：冷水冷却是通过冷水把食品冷却到指定的温度，水温一般在0～3℃。水和空气相比比热容大，因此冷却速度快，而且没有干耗。若能利用温度比较低的地下水冷却，可以大量节省能源。冷水冷却的最大问题是易引起食品的腐败。产生的原因主要是冷却食品带有较多的细菌，冷却水反复使用，水中细菌越来越多。这些细菌大多数为低温性细菌，它们在土壤、空气中都能见到，即使在−10℃下也会生长和繁殖。

真空冷却：利用真空降低水的沸点，促进食品中的水分蒸发，食品中水分蒸发所需的潜热来自食品本身，从而使食品降低温度而冷却。真空冷却不仅对蔬菜、水果等植物性生鲜食品具有良好的冷却效果和保鲜作用，而且对动物性生鲜食品如肉、鱼、禽等也同样有效。因为肉、鱼、禽等生鲜食品含有足够的水分，在一定的真空条件下，也能通过其部分水分的迅速蒸发而快速降温。真空冷却的食品温度均匀，内外不超过±2℃。这对抑制微生物和酶的作用十分重要，有利于保质期的延长。这种方法的主要缺点为干耗较大，比冷风冷却高1％～2％。

2．食品的冻结

目前使用的食品冷冻方法很多，按冷却介质与食品接触的状况可将食品速冻分为空气冻结法、直接接触冻结法和间接接触冻结法三大类，每一类冻结方法又包含多种形式的冻结装置，如空气冻结法包括静态空气冻结与连续输送空气冻结。在直接接触冻结方法中，有浸渍冻结、超低温制冷剂（如液氮、液态二氧化碳、特种氟利昂）喷淋冻结等。在间接接触冻结方法中，主要有金属板接触式冻结。下面分别介绍三种冻结方法及装置。

1）空气冻结法

空气冻结法又称鼓风法，是利用冷空气作流动介质进行冻结的方法，在冻结过程中，冷空气以自然对流或强制对流的方式与食品换热。由于空气的导热性能差，与食品间的传热系数小，故该法中食品在空气中冻结的时间较长。但是由于空气资源丰富，无任何毒副作用，空气的热力学性质早已为人们所熟悉，而且该冻结方法适用的冻结原料的种类和尺寸规格范围较宽，所以空气冻结法仍是目前食品行业中应用最广泛的一种冻结方法。

图1-3所示为一种隧道式空气冻结装置，其基本工作过程是：冷空气在隧道中循环，食品通过隧道时被冻结。根据食品通过隧道的方式不同，又可将隧道式冻结分为传送带式、吊篮式、推盘式等几种。图1-3 隧道式空气冻结装置结构

2）直接接触冻结法

散状或包装食品在与低温介质或超低温制冷剂直接接触情况下进行冻结的方法称为直接接触冻结法，简称直接冻结。

直接接触冻结法中常用的制冷介质称为不冻液。由于直接接触冻结法中食品与不冻液直接接触，所以要求不冻液必须具备一定的条件，如无毒、纯净、无异味、不染色、不易燃、不易爆等。另外，不冻液与食品接触后，不应该与食品发生化学反应，即不能改变食品原有的成分或性质。常用的不冻液有盐水、糖溶液、丙三醇、液氮、液态二氧化碳、液态氟利昂等。

图1-4所示为法国20世纪70年代初研制的盐水浸渍冻结沙丁鱼的装置。装置中与盐水接触的容器用玻璃钢制成，有压力的盐水管道用不锈钢材料，其他盐水管道用塑料，从而解决了盐水的腐蚀问题。图1-4 连续式盐水浸渍冻结装置

鱼在进料口与冷盐水混合后进入进料管，在进料管内随盐水涡流下旋，到达冻结器的底部。冻结后，鱼体密度减小，慢慢浮至液面，由出料机构送到滑道，在此处鱼与盐水分离，鱼进入出料口，冻结完毕。在冻结器内，盐水与鱼换热后被升温，密度减小，所以冻结器内的盐水具有一定温度梯度，上部温度高，下部温度低。在冻结器上部，盐水溢出并与鱼分离，然后盐水进入除鳞器，除去鳞片等杂物，重新返回盐水箱，与盐水冷却器直接换热后降温，完成一次循环。

3）间接接触冻结法

间接接触冻结法是把食品放在由制冷剂（或载冷剂）冷却的板、盘带或其他冷壁上进行冻结的一种方法。该法中食品与冷壁直接接触，而与制冷剂（或载冷剂）间接接触。对于固态食品，可将食品加工成为具有平坦表面的形状，使冷壁与食品的平面接触。对于液态食品，则用泵送方法使食品通过冷壁进行热交换，冻成半融状态。

图1-5所示为一种接触式卧式平板冻结装置。图1-5 卧式平板冻结装置

它是由包括压缩机在内的制冷系统和液压升降装置组成的。制冷系统中的蒸发器由若干块钢或铝合金制成的金属板组成，在板内配有蒸发管或制成通路，制冷剂在管内（或冷媒在通路内）流过，各板间放入食品，以油压装置使板和食品贴紧，以提高平板与食品之间的表面传热系数。平板后方或两侧各装有一根供液和回气总管。各块平板用橡皮软管或不锈钢管连接，以便平板能上下移动。

冻结时，将平板升至最大净距，把料盘或耐水纸箱紧密地排列在平板上（尽量不留空隙），下降平板，调节连杆（垫片或固定螺钉）高度，使平板紧贴料盘上的原料，进行冻结。由于食品的上下两面同时进行冻结，故冻结速度大大加快。厚6～8cm的食品在2～4h内就能冻结好。冻结后，切断液压泵供液，打开融霜阀，接通压缩机排气管，用热冷媒（不能过热）脱冻，然后迅速取出料盘，并将热冷媒从冻结板内排除，进行融霜和清洁平板操作。

3．冻结食品的解冻

从食品水分存在的状态可知，其中约占总水量15％的水分（指动物肌肉组织纤维细胞）是在组织细胞外面。食品冻结时这部分水最先冻结，同时细胞内的水分逐渐向外渗透，在细胞外面冻结成冰，使细胞内部呈一定的脱水状态。当食品解冻融化时，细胞外面的冰先融化，然后向细胞内部渗透，并与细胞内的蛋白质重新结合，实现细胞形态上的复原。解冻过程中细胞复原示意如图1-6所示。图1-6 解冻过程细胞复原示意图

食品解冻时细胞的复原程度直接影响解冻产品质量的高低，复原越好，解冻产品质量越高，反之则越低。但是，细胞复原的程度是不一样的，它决定于细胞内蛋白质的性质，如屠宰时动物的生理状态、肉的pH值、冻结和冻藏过程中冰结晶的变化等，都不同程度地影响肌肉蛋白质和水结合的能力。在通常情况下，肉的pH值越低，蛋白质变性越严重，和水的结合能力越低，解冻时复原的程度越差，失去的水分也越多。

解冻方法大体可分为两种：一种是从外部借助对流换热进行解冻，如以空气、水进行加热解冻；另一种是在食品内部加热解冻，如利用高频电和微波解冻。具体的解冻方法有如下几种。

1）空气解冻

以热空气作为解冻介质，虽然是一种原始的解冻方式，但采用仍较普遍，其理由是成本低，操作方便等。体积较大而且较厚的肉类一般用空气解冻，因空气解冻速度慢，肉类解冻的水分能够充分被组织吸收，尤其是冻结前未成熟的肉类，可以在慢速解冻中逐渐成熟。在较高的气温中解冻，肉类表面与内部温差大，容易造成表面变色、干耗、污染、灰尘和微生物等。加快空气流动虽然能加速解冻，但易造成肉类的严重干耗。提高湿度可以加快解冻，防止干耗，但湿度过大也会引起微生物的生长和繁殖。所以，用空气解冻，必须考虑一定的风速、温度、湿度等因素，这样才能保证产品质量。空气温度是决定解冻速度的重要因素，也是决定内表面细菌的繁殖能力、保证产品质量的条件。一般空气温度在14～15℃，风速为2m/s，湿度在95％～98％时细菌的污染较少。

2）液体解冻

液体解冻的介质主要是水或稀的盐水，也是一种应用较广泛的解冻方法。一般水温在10℃左右。液体解冻的速度比空气快很多，在流动水中更快，在5.1cm/s的流水中解冻，其解冻速度是静止水的1.5～2倍。

液体解冻的品种主要是鱼类、带皮的速冻水果和蔬菜类等。肉类若用液体解冻，不仅营养物质会随水流失，而且肉色会变灰白。

解冻方法有静水解冻、流动水解冻、喷淋解冻。喷淋解冻一般适用于小型鱼类，解冻时将鱼放在传送带上，随着传送带的传动，用18～20℃的水进行喷淋，即达到解冻的目的。

3）电解冻（1）低频电流解冻。电流通过镍铬丝时，镍铬丝因电阻大而发热。根据这一原理，让电流通过冻结食品，在食品内部发生电热使冰晶融化。最初因冰晶的电阻大、电流小，在逐渐发热的过程中液态水增加，电阻减小，电流逐渐增大。电流为交流电，因是频率为50～60Hz的低频率电，故称为低频解冻。利用这种方法解冻比用空气和水解冻快2～3倍，且耗电较少，费用不高。缺点是只能解冻表面平滑的决状冻结食品，当冻结食品的质地不均匀或与电极板不能密切贴合时，常发生解冻不均匀的过热现象。（2）高频解冻与微波解冻。高频解冻是用3～30MHz的高频波解冻，微波解冻则是用915MHz及2450MHz的微波进行解冻。为了避免微波解冻装置泄漏出的微波干扰广播、电视的收听、收视，国际上规定工业用微波频率为915MHz及2450MHz两个频带。从导电性能看，食品基本上是属于绝缘体（电介质）。像大多数绝缘体一样，食品有许多分子（例如水分子等）是带有等量正负电荷的电偶极子。当食品不处于电场中的时候，各个电偶极子的排列方向是任意的、随机的，整个食品并不显示极性。当食品处于电场中时，食品中的电偶极子沿着电场方向定向排列。当电场是交变电场时，由于电场方向不断变化，电偶极子的排列方向也以同样的频率发生变化。在排列方向交替变化的过程中，各个电偶极子相互碰撞、摩擦而发热，频率越高，发热量越多。这就是高频解冻与微波解冻的原理。图1-7表示了极性分子（电偶极子）在电场中的排列情形。图1-7 极性分子在电场中的排列情形

高频和微波解冻的优点有如下几个方面。

①食品解冻不是靠外部热源加热，而是利用内部加热使食品表层与深层同时解冻，解冻速度很快，只要几十分钟即可完成解冻，食品质量基本上不发生变化。

②汁液流失少。

③除了金属包装容器外，食品可以带着包装进行解冻，而且包装材料不会被加热。

④卫生条件好，不易被微生物污染。

高频和微波解冻的缺点如下。

①装置成本高。

②食品成分复杂，对微波能的吸收能力各不相同，会引起食品各部分解冻不均匀。另外，若局部的冰融化，由于水中的波能利用系数大于冰，水会吸收更多的微波能，容易引起局部水煮观象。此外，食品形状不规则，表面凹凸不平，则在棱角、凸起处会吸收较多的微波能，引起解冻不均匀。

4）真空解冻（1）真空解冻的原理。在真空解冻室内，利用热源使解冻室内水槽中的水在低压低温中沸腾汽化，低温水蒸气与冻结食品进行对流换热，水蒸气在食品表面冷凝，并放出潜热使食品升温解冻。采用真空是为了降低解冻用的水蒸气的温度，以避免食品表面过分升温。真空解冻适用于肉类、鱼类、蛋类、果蔬类以及浓缩状等冻结食品，能经常保持卫生，可利用半自动化或全自动化设备。但是，真空解冻也存在一定缺点，如厚、大食品的内层深处的升温比较缓慢。另外，解冻食品的成本较空气解冻、水解冻高。（2）真空解冻装置。真空解冻装置主要由两大部分组成，如图1-8所示。图1-8 真空解冻装置示意图

5）加压解冻

加压解冻是将解冻食品放入耐压的铁制容器内，通入压力为2～23kgf/cm（1kgf＝9.8N）的压缩空气，容器内温度为15～20℃，在加压容器内使空气流动，风速在1～1.5m/s。压力和风速的作用使表面的传热状态改善，缩短了解冻时间，如冷冻鱼的解冻速度为室温25℃时解冻速度的5倍。

加压解冻的原理：由于压力升高其冰点降低；压力升高后，单位容积内的空气密度增大，提高了食品和空气的换热速度。因此，加压解冻比一般的空气解冻快。

4．食品的气调冷藏保鲜技术

1）气调冷藏保鲜原理

果蔬类食品的变质主要来自于它们的呼吸和蒸发、微生物生长、食品成分氧化或褐变等作用，而这些作用与食品储藏环境中的气体有密切的关系，如氧气、二氧化碳、水分、温度等。如果能控制食品储藏环境中气体的组成就能控制果蔬的呼吸和蒸发，抑制微生物的生长，抑制食品成分的氧化或褐变，从而达到延长食品保鲜或保藏期的目的。气调储藏就是控制食品在适宜的温度下，改变冷藏环境中的气体成分，主要是控制氧和二氧化碳的浓度，使食品获得保鲜，并达到延长储藏期的目的。

气调冷藏对食品的保鲜效果主要表现在以下几个方面。

①抑制鲜活食品的新陈代谢。

②抑制鲜活食品的呼吸作用。

③抑制果蔬乙烯的生成和作用。

④抑制食品的脂肪氧化酸败和其他食品成分的氧化反应。

⑤抑制微生物的生长繁殖。

2）气调冷藏保鲜方法（1）自然降氧法。自然降氧法包括：自然呼吸降氧法（普通气调冷藏，即MA储藏）和气体通过交换法。

自然呼吸降氧法是在气密的库房或塑料薄膜帐里，利用果蔬本身的呼吸作用达到自然降氧的目的。当空气中的氧减少到要求的含量范围后，要加以调节并控制在需要的范围内。储存初期果蔬呼吸强度较高，产生的过多二氧化碳可用消石灰来吸收或利用塑料薄膜对气体的渗透性来排除或用二氧化碳洗涤器来消除，以减少对果蔬的生理病害。这种方法操作简单、成本低、易推广，特别适用于库房气密性好、储藏的果蔬为一次整进整出的情况。它的缺点是降氧速度慢，一般为20d，中途不能打开库门进货或出货。同时由于呼吸强度高，储藏环境的温度也高，故前期气调效果较差，如不注意消毒防腐，就易产生微生物对果蔬造成危害。

气体通过交换法则利用聚乙烯塑料薄膜透气性能好、化学性质稳定、耐低温、密封性好、卫生、价格便宜等优点，将新鲜果蔬放入聚乙烯薄膜内密封的方法。由于果蔬自身呼吸作用吸收氧气而放出二氧化碳，这时，在薄膜内产生两个作用：一是气体成分发生改变；二是薄膜内外出现压差，于是使气体从分压高的一侧向低的一侧移动，而这种移动都是通过薄膜进行内外交换的。（2）快速降氧法。此法是用机械在库外制取所需的人工气体后送入冷藏库内，即CA储藏，又称“人工降氧法”。它有两种形式：机械冲洗式气调冷藏和机械循环式气调冷藏。

机械冲洗式气调冷藏是把库外气体通过冲洗式氮气发生器，加入助燃剂使空气中的氧气燃烧来减少氧气，从而产生一定成分的人工气体（氧气为2％～3％，二氧化碳气为1％～2％，氮气为96％）送入冷藏库内，把库内原有的气体冲洗出来，直到库内氧气达到所要求的含量为止，过多的二氧化碳气体可用二氧化碳脱除机除去。该法对库房气密性要求不高，但运转费用较大，故一般不采用。

机械循环式气调冷藏是把库内气体借助助燃剂在氮气发生器燃烧后加以逆循环再送入冷藏库内，以造成低氧和高二氧化碳环境（氧为1％～3％，二氧化碳为3％～5％）。该法较冲洗式经济，降氧速度快，库房也不需高气密，中途还可以打开库门存取食品，然后又能迅速建立所需的气体组成，所以这种方法应用较广泛。（3）混合降氧法。混合降氧法又称半自然降氧法，主要有以下两种方法：充氮气自然降氧法和充二氧化碳自然降氧法。

充氮气自然降氧法是自然降氧法与快速降氧法相结合的一种方法。实践证明，采用快速降氧法把氧含量从21％降到10％较容易，而从10％降到5％就要耗费较多的氮气，大约是前者的2倍，成本较高。因此，先采用快速降氧法向冷藏库内充氮，使氧迅速降至10％左右，然后再依靠果蔬的自身呼吸使氧的含量进一步下降，二氧化碳含量逐渐增多，直到达到规定的空气组成范围后，再根据气体成分的变化进行调节控制。

充二氧化碳自然降氧法是在果蔬装进塑料薄膜帐密封后，充入一定量的二氧化碳，再依靠果蔬本身的呼吸及添加硝石灰，使氧和二氧化碳同步下降的方法。这样，利用充入的二氧化碳来抵消储藏初期高氧的不利条件，效果明显，优于自然降氧法而接近快速降氧法。此法因开始时氧气含量下降快，控制了果蔬的呼吸作用，防止了像草莓那样易腐产品的腐烂，因此混合降氧法比自然降氧法优越；而在中后期又靠果蔬的固有呼吸自然降氧，所以较快速降氧法成本低。

5．冷冻干燥保鲜技术

1）冻干食品生产的原理和方法

冻干食品是指用人工制冷的方法根据食品种类的不同将其冻结到−30～−15℃或更低的温度要求后，在低温、低压下进行冷冻干燥，使食品中的冰升华为水蒸气，形成脱水食品而获得的干制品。由于冻干食品质量小，复水快，色、香、味俱佳，在旅游、探险、登山、航海、军队野战及宇宙航行等场合中具有不可替代的地位，这给冻干食品的推广普及提供了广阔的市场。

进入20世纪80年代以后，冻干食品的品种和数量都在迅猛增长，不仅大部分的蔬菜、水果、肉食、水产可进行冻干，而且牛奶、果汁、菜汁、蜂王浆等也可冻干。现在，在食品工业原料、烹调原料、土特产品、调味品、补品、饮料、休闲食品等各个方面，也都出现了日益增多的冻干食品。近些年来，冻干食品又发展到一个更高的层次，已见报道的有：冻干方便面，不仅调料是冻干的，而且面条也是冻干的，还要按营养搭配足量的冻干蔬菜；冻干汤料，用冻干的调味品、蔬菜、鸡蛋等合理搭配，即冲即食、方便可口；粉末蔬菜，冻干技术与超微粉碎技术相结合，把各种蔬菜制成极易消化吸收的超微粉末，加入面条、饼干、糕点、糖果、饮料等食品中，制成新一代保健食品，适合幼儿和老人食用；颗粒蔬菜，将干的油菜、菠菜、萝卜叶、芹菜、豌豆、胡萝卜、南瓜、雪里红等混合制成颗粒，这种素食颗粒含有丰富的叶绿素、胡萝卜素、各种维生素和矿物质等天然营养物质，又有鲜美的味道，适合病人或营养不良者食用。

食品真空冷冻干燥时，首先将食品冻结，然后在高真空室内干燥。冻结的方法一般有两种：自动法和预冻法。自动法是利用食品中水分蒸发时吸收汽化潜热，促使食品温度下降，发生冻结的方法。该种方法适用于对食品外观和形态要求不高的食品。预冻法是将食品先冻结，然后抽空干燥的方法。

在冻结干燥过程中，单靠设备本身和外界的传热或辐射来获得热量，升华速度太慢。为了提高干燥速度，在真空室内还装有加热系统。加热系统放出的热量，通过固体传导、辐射及内部气流的对流传给食品，使其升温。加入的热量要恰当，既要保证一定的升华速度，又要防止食品中的冻结部分融化而降低产品质量。

食品冻结后，水变成冰形成了一个稳定的固体骨架，当冷冻干燥后冰晶升华，使固体骨架基本维持不变。因此，冻干食品的收缩率远远低于其他干制品，能够保持新鲜食品的形态。冻干食品由于脱水较彻底，包装适当，不加任何防腐剂，对储存时的环境温度没有特别的要求，即在常温下可安全地储存较长的时间，因此，其储存、销售等经常性费用远远低于冷冻食品。

2）真空冷冻干燥的工艺过程

食品真空冷冻干燥工艺流程大致如图1-9所示。（1）预冻阶段。将物料中游离态的水冻结成冰，为干燥阶段做准备。由于物料处于被冻结状态，冻干后物料的形态可以保持与干燥前基本相同，也可防止抽真空干燥时物料起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。同时可防止干燥过程中物料被加热，其中的营养成分遭到微生物的破坏。（2）升华干燥阶段（第一阶段干燥）。本阶段主要是将物料中游离态的水升华出来。由于水由固态转化为气态需要吸收热量，故此阶段需对物料进行加热，使升华过程得以进行。对于不同的物料，所需的热量也不同。此阶段涉及的参数有升华温度、升华速率和加热方式。图1-9 真空冷冻干燥工艺流程图（3）解析干燥阶段（第二阶段干燥）。由于第一阶段干燥约除去全部水分的90％，故本阶段要将第一阶段未能干燥的约10％的结合水升华出物料。由于吸附水的吸附能量高，要提供足够高的能量才能使它们从吸附中解析出来，因此这个阶段物料的加热温度要足够高（只要控制在崩解温度以下即可）。同时，为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出物料，要使物料内外形成较大的蒸气压，因此该阶段冻干箱内应该是高真空。

3）真空冷冻干燥设备

食品真空冷冻干燥设备是集真空、制冷、加热干燥、清洗消毒等多种功能于一体的装置。图1-10所示为一种间歇式真空冷冻干燥机。食品真空冷冻干燥机主要由制冷系统、真空系统、加热干燥系统等组成。图1-10 接触导热间歇式真空冷冻干燥机示意图（1）制冷系统。食品的预冻结可以在干燥箱外完成，也可在干燥箱内完成。对于在干燥箱内完成预冻结的真空冷冻设备，其制冷系统既要负担食品预冻结的冷负荷，又要负担捕捉水蒸气的冷阱的负荷。冷阱即制冷系统中的蒸发器。

在真空冷冻干燥中，冷阱应保持足够低的温度，以保证升华出来的水蒸气有足够的扩散动力，同时防止水蒸气进入真空泵。冷阱表面应有适当的温度（一般为−40～−50℃）和足够的捕水面积。（2）真空系统。在整个冷冻干燥过程中，真空系统工作时，主要用低温泵在低温表面上吸收气体分子，从而达到抽气目的，气体并不被排到外界。目前真空领域普遍采用闭路循环氮压缩机真空泵，常用GTM和SALVY低温泵。冷冻干燥的真空系统和普通的真空系统有所不同，冷冻干燥的真空系统不但要排除空气，而且还要不断地脱除升华出来的水蒸气，并有一定的抽除速度要求。

食品真空冷冻干燥设备中的真空系统有两种，一种是不带冷阱的水蒸气喷射真空系统，另一种是带有冷阱的油封式机械真空泵系统。为了避免因气载太大，泵易发热和大量气体吸收后饱和而不能工作的情况发生，一般配用前级泵把大量气体抽除。（3）加热干燥系统。加热系统是为干燥提供热量，加快干燥的速度。加热方式有直接加热和间接加热两种。直接加热一般采用包绝缘矿物材料和金属保护套的电热丝；间接加热是利用各种热源，在干燥箱外部将载热介质首先加热，然后再用泵输送到干燥箱内的搁板中。加热热源可以用电、气、煤等，载热介质有水、矿物油、水蒸气、乙二醇的水溶液等。

除上述两种加热方式外，也有采用辐射加热板利用红外辐射加热的方法，以及用高频微波加热的加热板方法。

1.2 食品冷藏链

对于食品而言，从冷库到餐桌还有很多环节，包括食品的运输和食品的销售，以及食品的家居储藏，这所有的环节都尽可能地在恒温下进行，这就构成了一个冷藏链。

1.2.1 食品冷藏链的概念

食品冷藏链是指易腐食品从收集加工、储藏、运输、销售，直到消费前的各个环节都处于适当的低温之下，以保证食品的质量，减少食品的损耗。

食品冷藏链由食品的冷冻加工、冷冻储藏、冷冻运输和冷冻销售四个方面构成。食品的冷冻加工包括畜禽屠宰后的冷却和冻结，水产品捕捞后的冷却和冻结，果蔬采收后的预冷与速冻果蔬的加工，各种冷冻食品的加工等，主要涉及冷却装置与冻结装置。食品的冷冻储藏包括食品的冷却储藏与冻结储藏，也包括果蔬的气调储藏，主要涉及各类冷藏库、冷藏柜、家用电冰箱等。食品的冷冻运输包括地区之间的中、长途运输及短途的市内送货，主要涉及冷藏火车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱等低温运输工具。

在流通领域，食品的冷冻运输必不可少。冷藏车、船可以看作是可移动的小型冷藏库，是固定冷藏库的延伸。因此，冷藏车、船必须保证食品在运输途中保持必需的温度，尤其是长距离运输，时间长，应引起足够重视。食品零售商店及机关团体单位的食堂一般设有小型冷库或冷藏柜。家庭中有电冰箱，用以短期储藏食品。零售商店用以销售冷冻加工食品的冷冻陈列销售柜，兼有冷藏与销售的功能，是食品冷藏链的重要组成部分之一。食品冷藏链的路径大体如图1-11所示。图1-11 食品冷藏链的路径

在食品冷藏链上，任何一个环节出现问题，都会影响食品的质量。相对而言，食品在冷藏库中储藏时间最长，冷库温度对食品的质量影响最大。在食品冷藏链中，储藏温度一般是固定的，而储藏时间则是灵活的，要在食品的高质量储藏期内将食品销售给顾客。

在构成食品冷藏链的各种设施与装置中，冷冻加工与冷藏环节是最重要的环节之一，而这也是本书介绍的重点，将在后续章节详细介绍。这里简单介绍一下冷藏链的运输和零售环节的方法和设备。

1．食品的冷冻运输

冷冻运输设备是指在保持一定低温的条件下运输冷冻食品所用的设备，是食品冷藏链的重要组成部分。从某种意义上说，冷冻运输设备是可以移动的小型冷藏库。冷冻运输设备有冷藏火车、冷藏汽车、冷藏船和冷藏集装箱，这些运输设备采取的冷藏方法大同小异，包括机械制冷、液氮制冷、干冰制冷及蓄冷板制冷等。机械制冷即采用蒸气压缩制冷系统，液氮和干冰制冷则分别利用液氮和干冰汽化吸收大量的汽化潜热达到制冷效果，而蓄冷板制冷采用的是蓄冷技术。图1-12所示为一种采用机械制冷的冷藏汽车，图1-13则展示了一种运输设备常用的蓄冷板。图1-12 机械冷藏汽车结构示意图及制冷原理（Carrier型）图1-13 带制冷剂盘管的蓄冷板

2．食品的冷藏销售

销售环节的冷冻冷藏设备即为我们所熟知的商场超市所用的陈列柜，或者称为商业冷冻冷藏陈列柜。

根据陈列销售的冷冻食品，陈列柜可分为冻结食品用与冷却食品用两类。根据陈列柜的结构形式，有立式和卧式之分，也有敞开式和封闭式之分。图1-14和图1-15所示为几种常见的陈列柜。图1-14 货架式陈列柜结构示意图图1-15 岛式陈列柜结构示意图

1.2.2 食品冷藏运输和销售需要注意的事项

第2章 冷库系统组成

2.1 冷库的分类和组成

2.1.1 冷库的分类

1．按结构形式分类

土建冷库：这类冷库的主体结构（库房的支撑柱、梁、楼板、屋顶）和地下荷重结构都用钢筋混凝土，其维护结构的墙体都采用砖砌而成，老式冷库中其隔热材料以稻壳、软木等土木结构为主。

装配式冷库：这类冷库的主体结构（柱、梁、屋顶）都采用轻钢结构，其围护结构的墙体使用预制的复合隔热板组装而成。隔热材料采用硬质聚氨酯泡沫塑料和硬质聚苯乙烯泡沫塑料等。

天然洞体冷库：主要存在于西北地区，以天然洞体为库房，以岩石、黄土等作为天然隔热材料，因此具有因地制宜、就地取材、施工简单、造价低廉、坚固耐用等优点。

2．按使用性质分类

生产性冷库：主要建在食品产地附近、货源较集中的地区和渔业基地，通常是作为鱼类加工厂、肉类联合加工厂、禽蛋加工厂、乳品加工厂、蔬菜加工厂、各类食品加工厂等企业的一个重要组成部分。这类冷库配有相应的屠宰车间、理鱼间、整理间，具备较大的冷却、冻结能力和一定的冷藏容量，食品在此进行冷加工后经过短期储存即运往销售地区，直接出口或运至分配性冷藏库进行较长期的储藏。

分配性冷库：主要建在大中城市、人口较多的工矿区和水陆交通枢纽，专门储藏经过冷加工的食品，以供调节淡旺季节，保证市场供应，提供外贸出口和作长期储备之用。它的特点是冷藏容量大并考虑多品种食品的储藏，其冻结能力较小，仅用于长距离调入冻结食品在运输过程中软化部分的再冻及当地小批量生鲜食品的冻结。

零售性冷库：这类冷库一般建在工矿企业或城市的大型副食品店、菜场内，供临时储存零售食品之用，其特点是库容量小、储存期短，库温则随使用要求不同而异。在库体结构上，大多采用装配式组合冷库。随着人们生活水平的提高，其占有量将愈来愈大。

3．按规模大小分类

大型冷库：此类冷库冷藏容量在10000t以上，生产性冷库的冻结能力为120～160t/d，分配性冷库的冻结能力为40～80t/d。

中型冷库：此类冷库冷藏容量为1000～10000t，生产性冷库的冻结能力为40～120t/d，分配性冷库的冻结能力为20～60t/d。

小型冷库：此类冷库冷藏容量在1000t以下，生产性冷库的冻结能力为20～40t/d，分配性冷库的冻结能力在20t/d以下。

4．按冷库制冷设备选用工质分类

氨冷库：此类冷库制冷系统使用氨作为制冷剂。

氟利昂冷库：此类冷库制冷系统使用氟利昂作为制冷剂。

5．按使用库温要求分类

冷却库：又称高温库，库温一般控制在不低于食品汁液的冻结温度，用于果蔬之类食品的储藏。冷却库或冷却间的保持温度通常在0℃左右，并以冷风机进行吹风冷却。

冻结库：又称低温冷库，库温一般在−20～−30℃，通过冷风机或专用冻结装置来实现对肉类食品的冻结。

冷藏库：即冷却或冻结后食品的储藏库。它把不同温度的冷却食品和冻结食品在不同温度的冷藏间和冻结间内进行短期或长期的储存。通常冷却食品的冷藏间保持库温为2～4℃，主要用于储存果蔬和乳蛋等食品；冻结食品的冷藏间的保持库温为−18～−25℃，用于储存肉、鱼等。

2.1.2 冷库的组成

冷库，特别是大中型冷库是一个建筑群，主要由建筑主体（主库）、其他生产设施和附属建筑组成，概括如下。

1．主库

主库主要由下列单元组成。（1）冷却间。冷却间是用来对食品冷却加工的库房。水果、蔬菜在进行冷藏前，为除去田间热，防止某些生理病害，应及时逐步降温冷却。鲜蛋在冷藏前也应进行冷却。以免骤然遇冷时，内容物收缩，蛋内压力降低，空气中的微生物随空气从蛋壳气孔进入蛋内而使鲜蛋变坏。此外，牲畜屠宰后也可加工为冷却肉（中心温度0～4℃），能进行短期储藏，肉味较冻肉鲜美。对于二次冻结工艺来说，也需将屠宰处理后的家畜胴体送入冷却间冷却，使食品温度由35℃降至4℃，再进行冻结。冷却间的室温为−2～0℃，当食品达到冷却要求的温度后被称为“冷却物”，可转入冷却物冷藏间。当果蔬、鲜蛋的一次进货量小于冷藏间容量的5％时，也可不经冷却直接进入冷藏间。（2）冻结间。对于需长期储藏的食品，需要将其由常温或冷却状态迅速降至−15～−18℃的冻结状态，达到冻结终温的食品称为“冻结物”。冻结间是借助冷风机或专用冻结装置用以冻结食品的冷间，其室温为−23～−30℃（国外有采用−40℃或更低温度的）。冻结间也可移出主库而单独建造。（3）再冻间。它设于分配性冷库中，供外地调入冻结食品中品温超过−8℃的部分在入库前再冻之用。再冻间冷分配设备的选用与冻结间相同。（4）冷却物冷藏间。这种冷藏间又称高温冷藏间，室温为−2～4℃，相对湿度为85％～95％，因储藏食品的不同而异。它主要用于储藏经过冷却的鲜蛋、果蔬；由于果蔬在储藏中仍有呼吸作用，库内除保持合适的温湿度条件外，还要引进适量的新鲜空气。如储藏冷却肉，储藏时间不宜超过15d。（5）冻结物冷藏间。又称低温冷藏间，室温在−18～−25℃，相对湿度为95％～98％，用于较长期储藏冻结食品。在国外有的冻结物冷藏间温度有降至−28～−30℃的趋势，日本对冻金枪鱼还采用了−45～−50℃所谓超低温的冷藏间。（6）气调保鲜间。气调保鲜主要是针对水果、蔬菜的储藏而言。果蔬采收后，仍然保持着旺盛的生命活动能力，呼吸作用就是这种生命活动最明显的表现。在一定范围内，温度越高，呼吸作用越强，衰老越快。所以多年来生产上一直采用降温的办法来延长果实的储藏期。目前国内外正在发展控制气体成分的储藏，简称“CA储藏”，即在果蔬储藏环境中适当降低氧的含量和提高二氧化碳的浓度，来抑制果实的呼吸强度，延缓成熟，达到延长储藏期的目的。一般情况下，气体成分控制如下：氧气为2％～5％，二氧化碳为0～4％。控制气体成分有两种方法，自然降氧法和机械降氧法，第1章已有介绍。（7）制冰间。它的位置宜靠近设备间，水产冷库常把它设于多层冷库的顶层，以便冰块的输出。制冰间宜有较好的采光和通风条件，要考虑冰块入库或输出的方便，室内高度要考虑到提冰设备运行的方便，并要求排水畅通，以免室内积水和过分潮湿。（8）穿堂。穿堂是食品进出的通道，并起到沟通各冷间、便于装卸周转的作用。库内穿堂有低温穿堂和中温穿堂两种，分属高、低温库房使用。目前冷库中较多采用库外常温穿堂，将穿堂布置在常温环境中，通风条件好，改善了工人的操作条件，也能延长穿堂的使用年限。常温穿堂的建筑结构一般与库房结构分开。（9）其他。如电梯间、挑选间、包装间、分发间、副产品冷藏间、次品冷藏间、楼梯间等。

2．制冷压缩机房及设备间等（1）制冷压缩机房。它是冷库主要的动力车间，安装有制冷压缩机、中间冷却器、调节站、仪表屏及配用设备等。目前国内大多将制冷压缩机房设置在主库附近且单独建造，一般采用单层建筑。国外的大型冷库常把制冷压缩机房布置在底层，以提高底层利用率。对于单层冷库，也有的在每个库房外分设制冷机组，采用分散供液方法，而不设置集中供冷的压缩机房。（2）设备间。它安装有卧式壳管式冷凝器、储氨器、汽液分离器、循环储液桶、氨泵等制冷设备，其位置紧靠制冷压缩机房。在小型冷库中，因机器设备不多，压缩机房与设备间可合为一间，水泵房也包括在设备间内。（3）变、配电间。它包括变压器间、高压配电间、低压配电间（大型冷库还设有电容器间）。变、配电间应尽量靠近负荷大的机房间，当机房间为单层建筑时，一般多设在机房间的一端。变压器间也可单独建造，高度不得小于5m，要求通风条件良好。在小型冷库中，也可将变压器放在室外架空搁置。变、配电间内的具体布置视电器工艺要求而定。

3．生产厂房（1）屠宰车间。它的任务是宰杀生猪加工成白条肉，建设规模按班宰能力分为四级，是根据建库地区正常资源和产销情况来确定的。根据冷库加工对象的不同，还可设清真车间（或大牲畜车间）、宰鸡和宰兔车间。（2）理鱼间或整理间。理鱼间是供水产品冻结前进行清洗、分类、分级、处理、装盘、过磅、包装等工序的场所，一般按每吨冻鱼2配10～15m操作面积计算，处理虾、贝类则根据具体操作方式适当扩大。果蔬、鲜蛋在冷加工前先在整理间进行挑选、分级、整理、过磅、包装，以保证产品的质量。理鱼间或整理间都要求有良好的采光和通风条件，地面要便于冲洗和排水。（3）加工车间。商业冷库常设有食用油加工间、腌腊肉加工间、熟食加工间、副产品加工间、肠衣加工间、制药车间等。水产冷库常设有腌制车间、鱼粉车间等。（4）其他。如化验室、冷却塔、水塔、水泵房、一般仓库、汽车库、污水处理场、铁路专用线、修理间等。

4．办公、生活用房

办公、生活用房包括办公楼、医务室、职工宿舍、俱乐部、托儿所、厕所、浴室、食堂等。

5．其他

危险品仓库是单独建造的专储汽油、酒精、丙酮、制冷剂等易燃易爆物品的库房，它应离其他建筑20m以外建造，另外还应设有传达室、围墙、出入口、绿化设施等。

2.1.3 冷库的建筑结构

冷库是食品冷却、冻结、冷藏的场所，它必须为食品提供必要的库内温度、湿度条件，并符合规定的食品卫生标准。冷库的合理结构、良好的隔热、防潮性能和地坪强度，是其长久使用的重要条件。

1．冷库建筑结构的特点

冷库建筑不同于一般的工业与民用建筑，由于其特殊的低温储藏用途，冷库建筑不但要解决冷冻食品生产、包装等生产工艺所带来的问题（特别是建筑为保证库内的低温环境，必须要解决围护结构隔热、防潮问题），对于某些特殊冷库，如气调冷库更要解决气密性问题。另外，冷库的存在环境温度、湿度都是变化的，而库内环境却要求恒定，所以冷库库体始终存在冷热交替变化的问题，这在建筑设计与建造的时候也是需要解决的问题。总之，冷库建筑不同于普通建筑，需要特别设计、规划和建造。

冷库建筑结构的基本特点如下。（1）冷库既是仓库又是工厂。冷库是仓库，因此，要求货物运输方便、快捷；冷库又是工厂，且以低温生产为主，所以，冷库的建筑结构体必须能满足低温生产工艺的要求。（2）隔热和防冷桥。冷库隔热对维持库内温度的稳定、降低冷库热负荷、节约能耗及保证食品冷藏储存质量有着重要作用，故冷库墙体、地板、屋盖及楼板均应作隔热处理。冷库的隔热结构除应具有良好的隔热、防潮性能外，还应有一定的强度，其楼板和地坪应有较大的承载能力。隔热层内应避免产生“冷桥”，具有持久的隔热效能。冷库隔热层内壁设有保护层，以防装卸作业时损坏。（3）隔气、防潮。冷库由于内外空气温差较大，必然形成与温度差相应的水蒸气分压力差，进而形成水蒸气从分压力较高的高温侧通过围护结构向分压力较低的冷库内渗透。当水蒸气经过围护结构内部后到达低于空气露点温度的某温区时，水蒸气即凝结为水或结冰，造成隔热结构的破坏，隔热性能下降，因此在冷库结构两侧，当设计使用温差等于或大于5℃时，应采取防潮、隔气措施，或者在温度较高的一侧设置防潮、隔气层。（4）门、窗、洞。为了减少库内外温度和湿度变化的影响，冷库库房一般不开窗。孔洞尽量少开，工艺、水、电等设备管道尽量集中使用孔洞。库门是库房货物进出的必要通道，但也是库内外空气热湿交换量最显著的地方，由于热湿交换，门的周围易产生凝结水及冰霜，多次冻融交替作用将使门附近的建筑结构材料受破坏。所以，在满足正常使用的情况下，门的数量也应尽量少。同时，在门的周围应采取措施，如加设空气幕、电热丝等。（5）减少热辐射。为减少太阳辐射热的影响，冷库表面的颜色要浅，表面光滑平整，尽量避免大面积日晒。层顶可采取措施，如架设通风层来减少太阳辐射热直接通过屋面传入库内从而影响库温。（6）地坪防冻胀。土建冷库建造在地面上，由于地基深处与地表的温度梯度而形成热流，造成地下水蒸气向冷库基础渗透。当冷库地坪温度降到0℃以下时，则导致地坪冻胀，毁坏冷库地坪。

2．土建式冷库的建筑结构和特点

1）土建式冷库的建筑结构

土建式冷库主要由围护结构和承重结构组成。围护结构除承受外界风雨侵袭外，还要起到隔热、防潮作用。承重结构则主要支承冷库的自重及承受货物和装卸设备的质量，并把所有承重传给地基。

土建式冷库的基本结构如图2-1所示。图2-1 土建式冷库的基本结构示意图

土建式冷库结构应有较大的强度和刚度，并能承受一定的温度应力，在使用中不产生裂缝和变形；冷库的隔热层除具有良好的隔热性能并不产生“冷桥”外，还应起到隔气、防潮作用；库的地坪通常应进行防冻胀处理；冷库的门应具有可靠的气密性。（1）冷库地基与基础。土建式冷库的地基是指承受全部载荷的土层；基础是直接承受冷库建筑自重并将全部质量传递给地基的结构物。基础应有较大的承载能力、足够的强度，并将冷库载荷均匀地传到地基上，以免冷库建筑产生不均匀沉降、裂缝；还应具有足够的抗潮湿、防冻胀能力。一般土建式冷库采用柱基础的较多。（2）冷库的柱和梁。柱是冷库的主要承重物件之一。土建式冷库均采用钢筋混凝土柱，柱网跨度大。一般冷库柱子的纵横间距多为6m×6m，大型冷库为16m×16m或18m×6m。为施工方便和敷设隔热材料，冷库柱子的截面均取方形。大型单层冷库库内净高一般不小于6m，中小型单层冷库为4～8m，多层冷库通常亦为4～8m。

梁是冷库重要的承重物体，有楼板梁、基础梁、圈梁和过梁等形式，冷库梁可以预制或现场用钢筋水泥浇制。（3）冷库墙体。墙体是冷库建筑的主要组成部分，墙体可以有效地隔绝外界风雨的侵袭和外界温度变化的影响及太阳的热辐射，并有良好的隔热、防潮作用。冷库外墙主要由围护墙体、防潮/隔热层、隔热层和内保护层等组成，如图2-l所示。围护外墙一般采用砖墙，其厚度为240～370mm，在特殊条件下，也有现场浇制钢筋混凝土墙或预制混凝土墙等。对于砖外墙，其外墙两面均以1∶2水泥砂浆抹面。外墙内依次敷设防潮/隔气层、隔热层及内保护层。目前新建冷库防潮、隔气层多为油毡或新型尼龙薄膜，并敷设于隔热层的相对高温侧，油毡隔气一般为二毡三油。冷库隔热层可用块状、板状或松散隔热材料，如泡沫塑料、软木、矿渣、棉等敷设或充填。

在某些分间冷库中设有内墙，把各冷间隔开。当两邻间温差不超过5℃时，可采用不隔热内墙，以120mm或240mm厚砖墙，两面水泥砂浆抹面；隔热内墙多采用块状泡沫塑料与混凝土作衬墙，再进行隔热防潮处理，并以水泥砂浆抹面。隔热内墙的防潮、隔气层做在两侧，亦可只做在高温侧。图2-2所示为冷库软木隔热内墙墙体结构。图2-2 冷库软木隔热内墙墙体结构（4）冷库屋盖、楼板及阁楼层。冷库屋盖应满足防水、防火、防霜冻、隔热和密封、坚固的要求，同时屋面应排水良好。冷库屋盖主要由防水护面层、承重结构层和隔热、防潮层等组成，如图2-1所示。冷库屋盖的隔热结构有坡顶式、整体式和阁楼式三种。阁楼式隔热屋盖又分通风式、封闭式和混合式。

多层冷库的楼板为货物和设备质量的承载结构，应有足够的强度和刚度。冷库楼板可采用预制板，但以现场钢筋混凝土浇制为多。图2-3所示为楼板隔热的做法。（5）土建式冷库的地坪防冻胀处理。冷库地坪防冻胀的方法有地坪架空、地坪隔热层下部埋设通风管道或对地坪预热等。小型冷库多采用预制梁把地坪架空，如图2-4所示。采用架空式地坪防冻时，其进出风口高于室外地面应不小于150mm，并在进出口设置气流网栅。在采暖地区架空式地坪进出口，还应增设保温的启闭装置。架空层进风口宜面向当地夏季最大频率风向。图2-5所示为地坪下设通风管进行自然或机械通风的地坪防冻胀结构。

另外，当采用预热式地坪防冻胀时，其机械送风温度取10℃，热液温度取15℃，排风或回液温度取5℃。通风水泥管宜取φ250～300mm，无缝钢管取φ38～57mm。载热液体须经过滤后送入。加热管应设在地坪隔热层下的混凝土垫层内，并采用钢筋网将加热管固定。金属加热管须采用焊接连接，混凝土施工前应做表面0.6MPa/24h的校漏试验。图2-3 楼板隔热的做法图2-4 架空式地坪防冻胀结构图2-5 设有通风管道的架空式地坪防冻胀结构

2）装配式冷库的建筑结构和特点

装配式冷库的作用、使用条件和结构要求与土建式冷库相似。它为食品冷却、冷藏及其冷冻提供必要的条件，具有良好的隔热、防潮性能和承载强度。

装配式冷库按其容量、结构特点又有室外装配式和室内装配式之分。

室外装配式冷库均为钢结构骨架，并辅以隔热墙体、顶盖和底架，其隔热、防潮及降温等性能要求类同于土建式冷库，其结构如图2-6所示。室外装配式冷库容量一般为500～1000t，适合商业、食品加工业使用。

室内装配式冷库又称活动装配冷库，基本结构如图2-7所示，容量一般为5～100t，必要时可采用组合装配，容量可达500t以上。室内装配式冷库最适合宾馆、饭店、菜场及商业食品流通领域使用。装配式冷库具有结构简单、安装方便、施工期短、轻质高强度及造型美观等特点。

室内装配式冷库库体主要由各种隔热板组即隔热壁板（墙体）、顶板（天井板）、底板、门及支承板和底座等组成。它们是通过特殊结构的子母钩拼接、固定的，以保证冷库具有良好的隔热性和气密性。冷库的库门除能灵活开启外，更应关闭严密，使用可靠。图2-6 大型室外装配式冷库结构示意图图2-7 室内装配式冷库结构示意图

室内装配式冷库的隔热板均为夹层板料，即由内面板、外面板和硬质聚氨酯或聚苯乙烯泡沫塑料等隔热芯材组成。夹层板的内外面板多为玻璃钢板，亦有薄钢板、铝合金板或其他塑料板。冷库以夹层板作墙体，其接缝连接应牢固、平整、严密。其密封材料应无毒、无臭、耐老化、耐低温，有良好的弹性和隔热、防潮性能。

2.2 冷库蒸气压缩式制冷原理

虽然有很多种制冷方法，如蒸气压缩式、吸收式、吸附式、热电制冷式等，但对于冷库系统，因为热负荷一般都比较大，且蒸发温度都在0℃以下，所以除了蒸气压缩式其他制冷方式都不适用，因此，目前冷库一般都采用的是蒸气压缩式制冷方式。下面对冷库用蒸气压缩式制冷方式作简单介绍。

2.2.1 单级蒸气压缩式制冷

1．单级蒸气压缩式制冷理论循环

1）单级蒸气压缩式制冷的工作原理

如图2-8所示，一台单级蒸气压缩式制冷机至少需要有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个封闭系统，制冷剂在系统内循环流动，不断地发生状态变化，并与外界进行能量交换，从而达到制冷的目的。

制冷剂在系统内经过压缩、冷却与冷凝、节流、蒸发四个状态变化过程。压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气的作用，它是整个系统的“心脏”；节流阀对制冷剂起节流降压作用，同时可以调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是吸收热量（输出冷量）的换热设备，实现制取冷量的目的；冷凝器是输出热量的换热设备，它将制冷剂从蒸发器中吸取的热量，以及由压缩功而转换的热量一起传给冷却介质。压缩机消耗的功起到了补偿作用，因此能够实现由制冷剂将低温物体的热量不断地传递给高温物体，从而达到制取冷量的目的。

在实际的单级蒸气压缩式制冷装置中，除有上述四个主要设备外，还有一些诸如油分离器等的辅助设备。它们是为了提高装置运行的经济性和保证操作安全而设置的，对制冷循环的分析没有本质的影响。

2）单级蒸气压缩式制冷理论循环在p-H图上的表示

单级蒸气压缩式制冷理论循环工作过程在压-焓（p-H）图上的表示如图2-8所示。图2-8 单级蒸气压缩式制冷理论循环的p-H图

点1表示制冷剂进入压缩机的状态，它对应于蒸发温度t下的饱o和蒸气。

点2表示制冷剂出压缩机的状态，也是进冷凝器时的状态。过程线1—2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（S＝S），由蒸12发压力p压缩到冷凝压力p。点2处于过热蒸气状态。ok

点3表示制冷剂出冷凝器的状态，是与冷凝压力p所对应的饱和k液体，过程线2—2＇—3表示制冷剂在冷凝器内冷却（2—2＇）和冷凝（2＇—3）的过程，整个冷凝过程的压力不变。

点4表示制冷剂出节流阀的状态，也就是进入蒸发器的状态。过程线3—4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由p降到p，温度也由t降到t，进入两相区。由于节流koko前后制冷剂的焓值不变，因此，由点3作等焓线与等压线p的交点即o为点4的状态。由于节流过程是不可逆过程，所以过程线3—4往往用虚线表示。

过程线4—1表示制冷剂在蒸发器中的汽化（蒸发）过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却物体的热量而不断汽化，所以制冷剂的状态沿等压线向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态，从而完成了一个理论制冷循环。

2．单级蒸气压缩式制冷循环实际循环

上述理论循环忽略了一些过冷、过热、回热交换及阻力存在的实际因素，因此实际上是不可能存在的。

考虑实际因素后，实际的制冷循环p-H图将变得十分复杂，如图2-9所示。图中状态变化过程1—2—3—4为理想情况，实际情况为1—1´—1〞—2s—2s´—3—3´—4´—1。其中过程4´—1表示制冷剂在蒸发器中蒸发时有降压过程，1—1´表示蒸气在回热器及吸气管道中加热和降压过程，1´—1〞表示蒸气经过吸气阀时的加热和降压过程，1〞—2s表示实际压缩过程，2s—2s´表示排气经过排气阀时的降压过程，2s´—3表示蒸气经排气管进入冷凝器冷凝时的降压过程，3—3´表示液体在回热器及管道中的降温、降压过程，3´—4´表示节流过程。图2-9 实际的p-H图

2.2.2 双级压缩及复叠式制冷

制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）决定于制冷要求。因此，在许多实际应用场合，（t−t）或p/p很大。压缩比p/p太大所带来的问题有以下几个方kokoko面。（1）过热损失与节流损失大，导致制冷系数减小。（2）单位容积制冷量减小，势必要求有较大的压缩机。（3）排气温度升高，导致压缩机润滑油黏度下降，润滑效果下降，功率消耗增加。（4）导致压缩机容积效率减小。当压缩比达到20左右时，往复式压缩机的容积效率接近于零，即压缩机吸不进气体。

为减少上述大压缩比条件下制冷所存在的问题的影响，一般在制取−40℃以下的温度时可采用多级压缩制冷循环或复叠式制冷循环。下面将分别介绍几种双级压缩制冷循环和复叠式制冷循环。

1．双级压缩制冷循环

1）两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环（见图2-10）

蒸发器出来的制冷剂蒸气经低压级压缩机压缩到中间压力（在lgp-H图上过程1—2），而后进入闪发式中间冷却器中被冷却成饱和蒸气（完全中间冷却，过程2—3）。高压级压缩机从中间冷却器吸入蒸气并压缩到冷凝压力（过程3—4），而后送到冷凝器中冷凝成饱和液体（过程4—5）。液体经第一级节流后进入中间冷却器中，气液分离，小部分液体汽化，以冷却低压级压缩机的排气；大部分液体经第二级节流后进入蒸发器中，吸热汽化实现制冷目的（过程6—7—1）。高压级压缩机吸入的蒸气应包括低压级压缩机的排气、第一级节流后分离出来的蒸气和为冷却低压级排气而汽化出的蒸气。从lgp-H图上可以看到，这个循环减少了节流损失和过热损失，压缩机排气温度明显降低；高、低压级压缩机的压缩比都比单级时小得多，有利于提高压缩机的容积效率。

2）一级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环（见图2-11）

该循环与上述循环的不同点是采用盘管式中间冷却器代替闪发式中间冷却器。由冷凝器去蒸发器的制冷剂液体（主流）在中间冷却器中被过冷后，经一级节流到蒸发压力（在lgp-H图上过程5—6—7）。冷凝器出来的小部分液体节流后进入中间冷却器中汽化吸热（过程5—3），用于冷却低压级的排气和主流液体的过冷却。这个系统可避免图2-10所示系统中第二级节流前管内的饱和液体产生闪发蒸气而影响膨胀阀工作，但采用盘管式中间冷却器后，由于存在传热温差，主流液体过冷后的温度达不到中间压力下的饱和温度。图2-10 两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环图2-11 一级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环

3）一级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷循环（见图2-12）

该循环与图2-10所示循环的不同点是制冷剂主流先经盘管式中间冷却器过冷却，又经回热交换器进一步过冷却（过程5—6—7）；蒸发器出来的制冷剂蒸气经回热交换器过热后，再进入低压级压缩机压缩（过程10—1—2），因此低压级压缩机的吸气有较大的过热度；低压级压缩机的排气与中间冷却器来的蒸气进行混合而被冷却（过程2—3及8—3），因此低压级的排气未完全冷却到饱和状态。这种系统高、低压级压缩机的吸气都有较大的过热度，因此这种系统只适用过热损失比较小的制冷剂，绝不能用于氨制冷系统中。

2．复叠式制冷

双级压缩制冷虽然可比单级压缩制冷达到更低的蒸发温度，但会受到制冷剂本身物性及压缩机工作特性的限制。一般当蒸发温度低于−70℃时，使用单一的中温制冷剂的循环或低温制冷剂的循环都有困难。但是，如果能用人工制冷的方法，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力，便能很好地工作了。这就是说，采用低温制冷剂的制冷装置，虽然能制取很低的温度，但它不能单独工作，需要有另一台制冷装置与之联合运行，这就是复叠式制冷。图2-12 一级节流不完全中间冷却的双级压缩制冷循环

复叠式制冷装置通常由两部分（或三部分）组成，分别称为高温部分及低温部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂，每一部分都是一个完整的单级或双级制冷系统。高温部分系统中，制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中的制冷剂冷凝。只有低温部分系统中的制冷剂，在蒸发时从被冷却的对象吸热制冷。高温部分、低温部分之间用一个冷凝蒸发器联系起来，它既是高温部分的蒸发器，也是低温部分的冷凝器。

复叠式制冷装置的制冷温度范围与循环的形式和制冷剂的种类有关。例如：由R22与R13两个单级压缩系统组成的复叠式制冷装置，其适用温度范围是−60～−85℃；由R22双级压缩系统与R13单级压缩系统组成的复叠式制冷装置，适用温度范围是−80～−110℃。

图2-13（a）所示为某一两个单级压缩系统组成的复叠式制冷装置的原理性系统图。图中左端为高温部分制冷循环，制冷剂为R22；右端为低温部分制冷循环，制冷剂采用R13。冷凝蒸发器把两个制冷循环联系在一起。图2-13（b）为该复叠式制冷循环的t-S图。图中低温部分制冷循环中，R13的蒸发温度为−80℃，相应的蒸发压力为551.12×10Pa；冷凝温度为−25℃，相应的冷凝压力约为9.8×10Pa。为了保证R13的冷凝温度，则要求高温部分制冷循环中，R22的蒸发温度低于低温部分制冷循环的冷凝温度，一般低3～5℃。如果取5℃，此例高温部分制冷循环中，R22的蒸发温度应为−30℃，相应的蒸发5压力1.63×10Pa。如果R22的冷凝温度为30℃，则冷凝压力为11.92×510Pa，压缩比等于7.3。可以看出，复叠式制冷循环既发挥了R22和R13的优点，又克服了它们的不足，使得制取很低的温度成为可能。图2-13 两个单级压缩系统组成的复叠式制冷装置循环

2.3 冷库制冷系统组成

2.3.1 制冷剂、载冷剂和润滑油

制冷剂又称“制冷工质”，是在制冷系统中循环，且不断产生相态变化从而传递热量的物质。如在蒸气压缩式制冷循环中，利用制冷剂在蒸发器内吸热汽化，在冷凝器中放热液化而传递热量，进而实现制冷。

载冷剂又称“冷媒”，是在间接制冷系统中循环，且不断产生温度变化从而传递热量的液体物质。如在大型冷库和空调系统中，用水或盐水作为热量传递的中间物质——载冷剂。载冷剂在蒸发器中被冷却，送至冷却设备中，吸收被冷却物质的热量，再返回蒸发器，重新被冷却。

润滑油用来对压缩机摩擦面进行润滑，以保证压缩机安全运转。润滑是否良好对压缩机的工作可靠性和使用寿命有较大影响。

1．制冷剂

冷库常用的制冷剂包括氨、氟利昂R22和R134a等，在对这些制冷剂进行选择时要考虑安全、制冷剂价格、环保等多方面的因素。下面先对这些常用制冷剂的性质进行介绍。

1）氨

氨，符号为R717，化学分子式为NH，标准沸点−33.4℃，凝固3温度−77.7℃。

氨易燃烧和爆炸。当空气中的氨含量达到11％～14％（体积分数）即可点燃（黄色火焰），当含量达到16％～25％时可引起爆炸。为了防止爆炸，必须限制排气温度和压力，并且对汽缸采取水冷措施。除此之外，氨制冷系统必须设空气分离装置，及时排除系统内的空气和其他不凝性气体。

氨毒性大，蒸气无色，有强烈刺激性臭味；当空气中氨的含量（体积分数）达到0.5％～0.8％时，会引起人体严重受损，因此车间内工作区氨蒸气的质量浓度不得超过0.02mg/L。

氨与水可以任何比例互溶，形成的氨水溶液在低温下水不会从氨中析出，因此氨制冷系统可不设干燥器，但氨水溶液对金属腐蚀加剧，而且蒸发温度也略升高，所以氨液中水含量质量分数不能超过0.2％。

氨在润滑油中不易溶解，为了减少润滑油进入冷凝器和蒸发器中，以免影响传热效果，氨制冷装置中必须设有油分离装置，而且在冷凝器、蒸发器及储液器底部设放油孔，定期放油。

纯氨不腐蚀钢铁，但含水时对锌、铜及其他合金有腐蚀作用，只有磷青铜例外，故氨制冷机中不允许使用铜和铜合金，必要时只能用高锡磷青铜。

氨单位体积制冷量q较R12、R22大，所以相同制冷量时，氨制v冷机体积较小，氨的价格也最便宜。

氨工作压力适中，是应用最为广泛的中温制冷剂之一，尤其适用于大型的活塞式、回转式和离心式制冷机，可用于制冰、冷藏、化学工业和其他工业中。但其有毒，须注意通风安全。

寻找泄漏部位时，可以在接头、焊缝处涂以肥皂水，如有气泡产生，说明该处泄漏；还可以用石蕊试纸或酚酞试纸，如有漏氨，石蕊试纸由红变蓝，酚酞试纸则变成玫瑰红色。

2）氟利昂R12

氟利昂R12的化学分子式为CFCl，无色、透明、没有气味，标22准沸点−29.8℃，冷凝压力比氨低；它的蒸气无色、无毒、不燃烧、不爆炸，在400℃高温并与明火接触时，能分解出有毒的光气（CoCl），因此应避免明火情况下放空。2

水在R12液体中溶解度很小，而且溶解度随温度的降低而减小。因此，为防止冰塞现象发生，规定R12含水量不得超过0.025％（质量分数）；在向系统中充注R12时要用干燥器将R12中的水分吸收掉，或者在系统中装设干燥器。

在单级压缩系统中，R12液体能够与润滑油以任意比例互溶，因此在R12制冷系统中一般都采用蛇管式蒸发器（包括壳管式蒸发器），上部进液，下部回气，并要求一定的回气速度，以保回油。

R12能溶解多种有机物质，会造成密封材料的膨胀从而引起制冷剂泄漏，因此必须用氯丁二烯人造橡胶或丁腈橡胶作为密封材料。

R12的渗透性很强，能透过机器的结合缝隙、铸件中小孔及螺纹等结合处，所以对铸件的质量要求高，机器密封性要好。

R12应用的温度范围−60～10℃，它主要用于中、小型制冷装置中，如冰箱、空调器、除湿机、小冷库等。与氨和R22相比，R12在相同温度下的饱和压力低，压缩终温低，单位体积制冷量小，相对分子质量大，所以它也可用于双级压缩制冷系统和容量在1000kW以上的大型离心式压缩机组中。

3）氟利昂R22

氟利昂R22的化学分子式为CHFCl，R22的标准沸点为2−40.8℃，凝固温度为−160℃。R22不燃烧、不爆炸、无色、无味，毒性比R12稍大。

水在R22液体中的溶解度比R12稍大，但在制冷机工作中，同样会发生冰塞现象。因此也要求R22中含水量不大于0.0025％（质量分数），系统中也必须配干燥器。

R22与润滑油是部分溶解的，其溶解度亦随温度的降低而减小。

R22对金属的作用与R12相同，但对有机物质则比R12有更强的腐蚀能力。密封材料可采用氯乙醇橡胶或CH-1-30橡胶。封闭式压缩机中，电动机可采用QF改性缩醛漆包线（E级绝缘）、QZY聚酯亚胺漆包线。

R22为中温制冷剂，温度范围−80～0℃，R22在常温下的冷凝压力和体积制冷量与氨差不多，压缩终温介于R12和R717之间。在中等温度下R22的饱和压力比R12高65％，单位体积制冷量比R12大得多。

R22比R12更易泄漏，它的检漏方法与R12相同。

目前，R22越来越多地应用于小型空调装置中。R22使用在双级压缩机中可达到−50～−60℃的低温。在−80℃的复叠压缩式低温箱中用来作高温级的制冷剂。

4）R134a

R134a的化学分子式为CHF，常压下的蒸发温度为−26.2℃，224无毒，不燃不爆，与R12有着相似的热力性质。其ODP为0，GWP为0.24～0.29，对臭氧层无破坏作用，温室效应也较小。

R134a与R12相比，在相同的蒸发温度下，其蒸发压力略低；而在相同的冷凝温度下，其冷凝压力略高于R12。R134a的单位体积制冷量略低于R12，其理论循环效率也比R12略有下降，一般来讲采用R134a的压缩机其制冷量和单位功耗都将下降2％～5％，采用过冷和回热循环后，可缩小这种差距。

R134a的等熵指数较R12小，所以在同样的蒸发温度和冷凝温度下，其排气温度较低。与R12相比，水在R134a中的溶解度更小，因此在使用R134a的制冷系统中，尤其是低温系统中，需要采用吸水性能更好的干燥过滤器。

R134a的换热性能比R12有较大的提高，其冷凝和蒸发过程的表面传热系数与R12相比一般要高15％～35％，这将提高R134a系统的效率和性能。

R134a与传统的矿物油不相溶，因此必须采用新的润滑油与R134a相适应。目前有聚二醇类（Polyalkene Glycol，PAG）和聚酯类（Polyol Ester，POE）两种。

目前R134a替代R12的研究工作还在不断发展之中，在汽车空调中R134a替代R12已成定局，在其他场合如冰箱、冷柜、运输式制冷机组等，R134a仍然是最有希望的替代工质之一。

2．载冷剂

载冷剂的种类很多，常用的有下列三类。

1）水

水是常用的载冷剂。制冷装置将水冷却到一定温度后送入换热器中，与空气进行热、湿交换；将空气冷却达到一定的温、湿度要求后送入库房。由于水的冰点为0℃，若要求载冷剂的温度低于0℃时，则应采用其他冰点较低的载冷剂，如盐水溶液或乙二醇、丙二醇等有机化合物的水溶液。

2）盐水溶液

常用的盐水溶液有氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl）和氯化镁2（MgCl）与水组成的溶液。盐水溶液可获得的最低载冷温度与盐在2盐水溶液中的质量分数有关。

图2-14和图2-15分别示出了氯化钠和氯化钙在盐水溶液中的质量分数与凝固温度的关系。图中的曲线为不同盐水溶液的凝固温度线。该曲线的转折点称为冰盐合晶点。从图中可以看出，在冰盐合晶点的左侧，随着氯化钠和氯化钙质量分数的增加，凝固温度降低；在合晶点的右侧，情况却相反。盐水溶液的凝固温度线将图分为四个区域。曲线的上部为溶液区，当盐在盐水溶液中的质量分数与温度都处于该区域时，溶液中既无盐析出也无冰析出。曲线的左半区域（虚线以上）为冰—盐水溶液区，即当盐在盐水溶液的质量分数低于合晶点的质量分数，温度低于该质量分数下的凝固温度而高于合晶点的温度时，有冰析出，故合晶点左侧的曲线也称为析冰线。曲线的右半区域（虚线以上）为盐—盐水溶液区。当盐在盐水溶液中的质量分数与温度都处于该区域时，盐水溶液中有盐析出，故右侧曲线也称为析盐线。合晶点以下的区域（虚线以下）为固态区。合晶点所对应的质量分数或凝固温度分别称为合晶质量分数或合晶温度。氯化钠盐水溶液的合晶质量分数为23.1％，合晶温度为−21.2℃。氯化钙盐水溶液的合晶质量在制冷系统为29.9％，合晶温度为−55℃。

为防止盐水溶液在制冷系统运行中有盐或冰析出，在要求的盐水温度（盐水的工作温度）下，其质量分数的选取应使盐水处于溶液区，并考虑到盐在盐水溶液中的质量分数越大时，其密度越大，流动阻力也越大，而且质量分数越大，比热容就越小，输送相同制冷量时所需盐水溶液的流量要增加；所以在满足盐水溶液不冻结的情况下，质量分数应尽量取小。通常盐水溶液所对应的凝固温度，比制冷剂的蒸发温度低5℃左右，且质量分数不应大于合晶质量分数。依据盐水溶液的合晶温度可以确定溶液的最低载冷温度。氯化钠盐水溶液的合晶温度为−21.2℃，因而只有当制冷剂的蒸发温度高于−16℃时，才能用它作为载冷剂。对于氯化钙盐水溶液，由于它的合晶温度为−55℃，所以只要制冷剂的蒸发温度高于−50℃，都可用它作为载冷剂。考虑到传热温差，通常情况下盐水溶液的工作温度约比制冷剂的蒸发温度高5℃。图2-14 氯化钠盐水溶液凝固温度曲线图2-15 氯化钙盐水溶液凝固温度曲线

应该指出，当制冷系统运行时，作为载冷剂的盐水溶液会不断吸收空气中的水分而使盐的质量分数降低，凝固温度升高。为防止盐水溶液冻结，应定期检查盐在盐水中的质量分数并向盐水溶液中加盐，以保持要求的质量分数。

此外，盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用。盐水溶液的含氧量越大，对金属的腐蚀性越强。所以盐水溶液系统必须采取必要的防腐蚀措施。采用闭式盐水溶液系统，可减少盐水溶液与空气的接触，减轻系统的腐蚀。还可以在盐水溶液中加入一定量的缓蚀剂，如氢氧化钠3（NaOH）和重铬酸钠（NaCrO）。通常1m氯化钙盐水溶液需加入22731.6kg重铬酸钠和0.45kg氢氧化钠。1m氯化钠盐水溶液应加入3.2kg重铬酸钠和0.89kg的氢氧化钠，以使盐水溶液呈弱碱性（pH值约为8.5）。因为重铬酸钠、氢氧化钠和盐水溶液等对人的皮肤有侵蚀作用，所以配制盐水溶液时要多加小心。

采用防腐蚀措施后，可减轻盐水溶液对金属的腐蚀作用。但无论如何，盐水溶液的腐蚀性仍然是不应忽视的。

3）有机化合物

由于盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，或者在某些情况下氯化钠或氯化钙盐水溶液均不能满足工艺上低温的要求时，可以用有机化合物或其水溶液作为载冷剂。例如丙三醇是极其稳定的化合物，其水溶液无腐蚀性、无毒，可以与食品直接接触，是一种良好的载冷剂；乙二醇水溶液的特性与丙三醇相似，虽略有毒性但无危害，其黏度和价格都低于丙三醇。乙二醇常用在冰蓄冷系统中作载冷剂使用。此外，有机化合物二氯甲烷（CHCl，R30）、三氯乙烯（CHCl，R120）、2223一氟三氯甲烷（CClF，R11）等都可以作为载冷剂。这些有机化合3物的凝固温度比较低，适用于低温制冷装置中。

对于沸点比较低的有机化合物，应采用封闭式载冷剂循环系统。三氯乙烯的沸点较高（86.7℃），则可以用于敞开式的载冷剂循环系统中。表2-1列出了几种常用载冷剂的热物理性质，供选用载冷剂时参考。

3．润滑油

润滑油按制造工艺可分成以下两大类。表2-1 几种常用载冷剂的热物理性质

1）天然矿物油

天然矿物油简称矿物油，即从石油中提取的润滑油。作为石油的馏分，矿物油通常具有较小的极性，它们只能溶解在极性较弱或非极性的制冷剂中，如R600a、R12等。

2）人工合成油

人工合成油简称合成油，即按照特定制冷剂的要求，用人工化学的方法合成的润滑油。合成油主要是为了弥补矿物油难以与极性制冷剂互溶的缺陷而提出的，因此，合成油通常都有较强的极性，它们能溶解在极性较强的制冷剂中，如R134a、R717等。人工合成油主要有聚醇类、聚酯类和极性合成碳氢化合物等。

润滑油的选择主要取决于制冷剂种类、压缩机形式和运转工况（蒸发温度、冷凝温度）等，一般是使用制冷机制造厂推荐的牌号。选择润滑油时，首先要考虑的是该润滑油的低温性能和对制冷剂的相溶性。从压缩机出来随制冷剂一起进入蒸发器的润滑油由于温度的降低，如果制冷剂对润滑油的溶解性能不好的话，则润滑油要在蒸发器传热管壁面上形成一层油膜，从而增加了热阻，降低了系统性能。由于润滑油的存在，R22的表面传热系数比纯制冷剂的表面传热系数要低；此外，由于R22对矿物油的溶解能力大于酯类油，因此，酯类润滑油对R22的传热性能影响更大。从传热角度看，我们应该选取与制冷剂互溶性好的润滑油。按制冷剂与润滑油的溶解性大小可将润滑油分为三类：完全溶油、部分溶油和难溶或微溶油，如表2-2所示。

注意：极性润滑油如聚酯类油和聚醇类油都具有很强的吸水性，这一特性对制冷系统极其不利，在使用时要特别加以注意。极性合成碳氢化合物油虽然对极性制冷剂的溶解性没有聚酯类油好，但由于在这些油里加入了一定的添加剂，该类润滑油能溶于极性制冷剂但又不太吸收水分，可以避免因吸水而引起的一系列问题。表2-2 制冷剂与润滑油的互溶性

选择润滑油除了考虑与制冷剂的互溶性以外，还要考虑润滑油的黏度。一般来说，在较高温度范围工作的制冷系统选用黏度较高的润滑油；反之，选用较低黏度的润滑油。运动速度较高的压缩机选用黏度较低的润滑油；反之，选用黏度较高的润滑油。

按照我国能源工业部颁布的标准，目前我国生产并普遍选用的冷冻机油有13号、18号及25号三种。在这三种油中，一般氨压缩机多采用13号，R22压缩机则多采用25号，R12压缩机则多采用18号。某些国外进口的制冷装置，其制冷机润滑油有一定储备量，一旦需补充或更换时，除了可选用原冷冻机油之外，也可根据所用制冷剂种类选择国产的上述三种冷冻机油。

2.3.2 压缩机

用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。在蒸气压缩式制冷装置中，压缩机是四个主要部件之一。它把制冷剂蒸气从低压状态压缩至高压状态，创造了制冷剂液体在蒸发器中低温下汽化制冷和在冷凝器中常温液化的条件。此外，由于压缩机不断地吸入和排出气体，制冷循环得以周而复始地进行，因此它有整个装置的“心脏”之称。

压缩机按工作原理分类可分为容积式压缩机和速度式压缩机。容积式压缩机直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。往复活塞式、滚动转子、螺杆压缩机和涡旋式压缩机都属于这种类型，其中往复活塞式压缩机在冷库制冷系统中最为常用。而速度式压缩机首先可使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。离心式压缩机属于此种类型。图2-16所示为目前常用压缩机的分类和结构简图，表2-3为各类压缩机在制冷和工程中的应用范围。

本书只介绍冷库常用的两种压缩机：活塞式压缩机和螺杆式压缩机。

1．活塞式压缩机

活塞式压缩机主要依靠由汽缸、活塞、连杆（滑管、滑块）机构、曲轴和吸、排气阀等组成的机构来完成对制冷剂蒸气的压缩过程。图2-17所示为往复活塞式压缩机的结构示意图。

活塞式压缩机按结构的不同，可分为开启式和封闭式两种。封闭式的特点是驱动电动机和压缩机曲轴封闭在同一空间，无须轴封装置。根据封闭壳体是否能被拆卸，可以再分为半封闭式和全封闭式。开启式的特点是电动机和压缩机压缩部件不在同一壳体中，通过联轴器或传送带轮传递扭矩。由于氨制冷剂会与构成电动机转子的铜发生化学反应，因此，一般封闭式压缩机采用氟利昂作制冷剂，这种制冷剂不易爆炸，高效可靠。小型或家用制冷设备中多用封闭式压缩机，但氨制冷压缩机和制冷量大的氟利昂压缩机则多为开启式。图2-16 常用压缩机的分类和结构表2-3 各类压缩机的应用范围

2．螺杆式压缩机

1）螺杆式压缩机的运行原理

螺杆式压缩机有单螺杆和双螺杆之分，单螺杆一般在冷库应用较少，所以这里只介绍双螺杆压缩机。图2-17 往复活塞式压缩机的结构示意图

双螺杆式压缩机阴、阳转子与汽缸壁及端盖形成的一对齿槽容积，称为基元容积。基元容积的大小和位置随转子的旋转而变化。图2-18示出了双螺杆式压缩机的工作原理。当基元容积与吸气口相通时，压缩机开始吸气，直到基元容积达到最大，吸气终了，如图2-18（a）所示。随着转子的旋转，基元容积与吸气口隔开，又因齿与槽的相互挤入，使基元容积内气体进行压缩，如图2-18（b）所示。转子继续旋转，在某一特 图2-17往复活塞式压缩机的定位置，基元容积与排气口相通，压缩终了，如图2-18（c）所示。此刻也即排气开始，排出过程如图2-18（d）所示，直至排尽。随着转子的不断旋转，上述过程将连续、重复地进行，制冷剂就不断地从螺杆式压缩机的一端连续吸入，从另一端排出。图2-18 双螺杆式制冷压缩机工作原理

从上述分析可知，阳转子的齿周期性地侵入阴转子的齿槽，而且空间接触线不断向排气端移动，使转子的基元容积缩小而提高气体的压力，从而把低压制冷剂蒸气变为高压蒸气。

2）带经济器的螺杆式制冷压缩机

螺杆式制冷压缩机虽具有单级压力比高的优点，但随着压力比的增大，泄漏损失急速地增加，因此，低温工况下运行时效率显著降低。为了扩大其使用范围，改善低温工况的性能，提高效率，可利用螺杆制冷压缩机吸气、压缩、排气单向进行的特点，在机壳或端盖的适当位置开设补气口，使转子基元容积在压缩过程的某一转角范围与补气口相通，使系统中增设的中间容器内的闪发性气体通过补气口进入基元容积中。这样，单级螺杆压缩机按双级制冷循环工作，达到节能的效果。此处增设的中间容器称为经济器。

带经济器的制冷系统有一级节流与二级节流两种形式。图2-19（a）所示为带经济器的一级节流制冷系统图。来自储液器D的制冷剂液体分为两支：一小支流经节流阀G降压，到经济器E中吸热l而产生闪发性气体，经中间补气口进入正处在压缩初始阶段的基元容积中，与原有气体混合继续被压缩；另一支主流流过经济器E中盘形管放热而过冷，然后经节流阀G，节流进入蒸发器F中制冷。进入蒸2发器的主流制冷剂液体只经一次节流，且节流前与进入补气口的气体存在温差Δt。系统的p-H图如图2-19（b）所示。图2-19 带经济器的一级节流制冷系统

图2-20为带经济器的二级节流制冷系统。来自储液器D的制冷剂液体经节流阀G流至经济器E中，上部产生的闪发气体通过补气口进1入处在压缩阶段的基元容积中，与原有气体混合继续被压缩；下部的液体经节流阀G第二次节流后，进入蒸发器F中制冷。进入蒸发器的2制冷剂液体经过二次节流，且二次节流前与进入补气口的气体的温度相同。无论是一次节流还是二次节流，都是使进入蒸发器的制冷剂过冷，因而制冷量增加。同时补气后使基元容积中的气体质量增加，压缩功也有一定的增大，但增大速率比制冷量增加得慢，所以制冷系数提高，具有节能效果。节能效果的大小与制冷剂性质及工况有关，用R502最好，其次是R12及R22，而R717最小；低温工况下的节能效果十分显著，当冷凝温度不变，蒸发温度越低其循环的制冷系数提高得越多。据有关文献介绍，对于蒸发温度在−15～−40℃的低温工况，制冷量可增大19％～44％，制冷系数可提高7％～30％。图2-20 带经济器的二级节流制冷系统

另外，带经济器的螺杆制冷机有较宽的运转条件，单级压力比大，卸载运行时能实现最佳运行；加工基本与单级螺杆相同，制冷系统中的阀门和设备增加不多，故目前应用越来越广泛。

2.3.3 冷凝器

在制冷系统中，冷凝器是一个制冷剂向外放热的热交换器。自压缩机经油分离器来的制冷剂蒸气进入冷凝器后，将热量传递给周围介质——水或空气，自身因受冷却凝结为液体。冷凝器按其冷却介质和冷却方式，可以分为水冷却式、空气冷却式（或称风冷式）、水和空气联合冷却式三种类型。表2-4示出了各种冷凝器的类型、特点及使用范围。表2-4 各种类型冷凝器的类型、特点及使用范围续表

1．水冷式冷凝器

用水作为冷却介质，使高温高压的气态制冷剂冷凝的设备，称为水冷式冷凝器。常用的水冷式冷凝器有壳管卧式冷凝器、壳管立式冷凝器、套管式冷凝器等形式。

1）壳管卧式冷凝器

壳管卧式冷凝器是壳管式换热器的一种，各种形式的制冷装置都可使用。壳管式的主体部分如图2-21所示。它是一个由钢板卷制焊接成的圆柱形筒体，筒体的两端焊有两块圆形的管板，两个管板钻有许多位置对应的小孔，在每对相对应的小孔中装入一根管子，管子的两端用胀接法或焊接法紧固在管板的管孔内，这样便组成了一组直管管束。图2-21 壳管卧式冷凝器结构示意图

壳管卧式冷凝器系水平放置，在这种冷凝器中，制冷剂的蒸气是在管子外表面上冷凝，冷却水是在泵的作用下经管内流过。制冷剂蒸气从上部进入筒壳内，凝结成液体后由筒壳的下部流入储液器中。正常运行时，筒壳的下部只存少量液体，但对于小型制冷装置，为了简化设备，有时不另设储液器，而是将制冷剂液体储存在冷凝器下部。冷凝器的出液管可以直接焊在筒体的下部，也可在筒体下部焊一个液包，而出液管接在液包上。对于氨冷凝器，通常在筒壳下还焊有一个集污包，以便集存润滑油及机械杂质，其结构如图2-22所示。图2-22 氨用壳管卧式冷凝器

氨卧式冷凝器内的传热管一般采用φ25mm，φ32mm或φ38mm的无缝钢管。为了强化传热效果，现在有些冷凝器也用螺纹管、横纹管。螺纹管由φ25mm×2.5mm的光管轧制而成，肋化系数为2.75。在相同条件下，螺纹管氨卧式冷凝器的传热系数比光管高40％以上。横纹管用φ25mm×2.5mm光管采用机械滚轧方法加工而成，外表面为一道道与管轴成90°交角的横向沟槽，管内呈相应凸肋，节距9mm，槽深0.8mm。横纹管氨卧式冷凝器的传热系数比光管提高65％。

氟卧式冷凝器的结构与氨用卧式冷凝器相似。传热管可采用钢管，也可采用铜管，采用铜管时传热系数可提高10％左右。铜管还通常在管外加工有肋片，以利于强化氟侧的传热。这种肋化处理可以节省30％～50％的铜材料，从而大幅减小冷凝器的体积和质量。

小型氟利昂压缩机与壳管卧式冷凝器一般构成压缩冷凝机组，因此安装方便，占地面积小。壳管卧式冷凝器的缺点是冷却水的水质要求高，冷却水流动的阻力比较大，水垢清洗较困难。

2）壳管立式冷凝器

壳管立式冷凝器简称为立式冷凝器，适用于大、中型氨制冷系统。立式冷凝器的结构如图2-23所示。它的外壳由钢板卷制后焊接成圆柱形，两端焊有管板，传热管用焊接或胀接方法和管板紧固，冷凝器垂直安装。

立式冷凝器顶部装有配水箱，冷却水从水箱中经过均水板，进入每根传热管顶部的分水器再进入传热管内，在重力作用下沿管道内表面成膜层流入水池。分水器的结构如图2-24所示，一般用铸铁、胶木、陶瓷等材料制造。铸铁制造的分水器生锈后易堵塞通道；陶瓷制造的分水器较为光滑，阻力小，使水流均匀流入传热管，但材质较脆，在运输时应注意保护，防止碎裂；胶木制造的分水器既光滑又不会生锈，不易破裂，目前使用较多。均水板和分水器除了使水流均匀、增强传热作用外，还可降低水流冲击，减缓传热管所受水流的冲击腐蚀。

压缩机排出的高压过热氨气经油分离器分离出冷冻机油后，从筒体上部进入冷凝器内的管外空间，在垂直管外冷却，冷凝成的液体从筒体底部出液口流入储液器。冷凝器的传热管一般用φ51mm×3.5mm或φ38mm×3mm的无缝钢管，为了提高传热效果，有的也采用肋化管。图2-23 壳管立式冷凝器图2-24 分水器

3）套管式冷凝器

它由两种不同直径的管子套在一起组成，主要用于小型氟利昂空调器机组中，一般用在单机制冷量小于25kW的制冷装置中。图2-25所示为一套管式冷凝器，它的外管为内径50mm的无缝钢管，管内套有几根紫铜管（称内管），装好后在弯管机上弯曲成螺旋形状。制冷剂蒸气从上方进入套管的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入储液器中。冷却水从冷凝器的下方流入，其流动方向是自下而上，与氟利昂的流动方向相反，这样能够实现比较理想的逆流换热，因此传热系数较高。内管为纵向外肋片铜管，肋化2系数为3.2，制冷剂为R22时，其传热系数约为930W/（m·K）。套管式冷凝器可以套放在压缩机的周围，不占用专门位置，还可以减少压缩冷凝机组的外形尺寸。这种冷凝器的缺点是冷凝液体积存在管内下端，使管子的传热表面得不到充分利用，且单位传热面积的金属消耗量大。图2-25 套管式冷凝器

2．水和空气联合冷却式冷凝器

采用水和空气联合冷却方式的冷凝器包括淋水式冷凝器和蒸发式冷凝器两大类。在这两类冷凝器中，制冷剂在管内冷凝，冷却水喷洒在传热管外。在淋水式中，制冷剂放出的热量大部分依靠空气自然对流带走，少量的热量是由水的汽化吸热带走。在蒸发式中，制冷剂放出的热量主要由水的汽化吸热带走，汽化时产生的蒸气由强制流动的空气带走，少部分热量通过管壁传给管外壁上的水膜，由水膜传给空气。传热管均为光滑钢管。

1）淋水式冷凝器

淋水式冷凝器又称为淋激式冷凝器，根据传热管排列不同分为两种：一种是用无缝钢管制成蛇形管组，称为横管淋水式冷凝器，一般简称为淋水式冷凝器；另一种用无缝钢管弯制成螺旋形管组装而成，称为螺旋管淋水式冷凝器。图2-26为横管淋水式冷凝器示意图，图中冷却水从上部配水箱流入水槽中，经水槽锯齿形溢水口均匀地流下，淋浇在冷却管组外表面，最后流入水池。制冷剂蒸气由下部进入冷却管组，管内凝结的制冷剂液体从冷却管一端弯头处支管导出，后经主管流入储液器。淋水式冷凝器一般用于氨制冷装置。图2-26 横管淋水式冷凝器

淋水式冷凝器结构简单，制造容易，清洗方便，但其占地面积大，冷却效果易受气候条件影响，一般多装在屋顶或专门建筑物上。螺旋管淋水式冷凝器可减少焊接工作量，节省加工工时，经测试其传热效果和横管淋水冷凝器相当。

2）蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的结构如图2-27所示。它的外壳为一个薄钢板的长方形箱体，内部设有数组蛇形冷凝管组、淋水装置和挡水栅，底部设有集水盘，箱体外部设有循环水泵。箱体的顶部或侧面装有离心式或轴流式风机。蒸发式冷凝器工作时，冷却水由水泵送到冷凝管组上部的喷嘴，均匀地喷淋在冷凝管的外表面，形成很薄的一层水膜。高温制冷剂蒸气从蛇形冷凝管组的上部进入，被管外的冷却水冷凝的液体从下部流出。水吸收了制冷剂的热量以后，部分蒸发变成水蒸气，其余滴落在下部的集水盘内，供水泵循环使用。风机强迫空气以3～5m/s的速度自下向上掠过冷凝管组，促进了水膜的蒸发，强化了冷凝管外的放热，并使吸热后的水滴在落下的过程中为空气所冷却，使蒸发形成的水蒸气随同空气流从挡水栅中排出。挡水栅的作用是阻挡空气流中未蒸发的水滴，并使其落回水盘，以减少冷却水的消耗。此外，水盘内还设浮球阀，当水分不断地蒸发损耗使水盘的水位过低时，浮球阀就自动打开补充冷却水。图2-27 蒸发式冷凝器结构示意图

蒸发式冷凝器的通风机如果设在冷凝管组下部的侧面，向冷凝管组压送空气，称为压送式蒸发冷凝器，其优点是电动机不会受潮。如果风机设在顶部，吸入来自盘管的空气，称为吸入式蒸发冷凝器，其优点是箱体内保持负压，水的蒸发温度较低；缺点是高温、高湿的空气必须流经风机，故风机的电动机容易受潮而被腐蚀和烧毁。

3．空气冷却式冷凝器

在空气冷却式冷凝器中，制冷剂冷凝放出的热量被空气带走。空气冷却式冷凝器多用于小型氟利昂制冷装置中，如电冰箱、冷藏柜、窗式空调器、汽车及铁路客车、冷藏车等移动式制冷装置，而大型热泵型空调机组中亦有采用。

空气冷却式冷凝器一般多为蛇管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。根据空气流动的方式不同，又有自然对流式和强迫对流式之分。

自然对流空气冷却式冷凝器主要用于家用冰箱和微型制冷装置，这里不作详细介绍。图2-28所示为强迫对流空气冷却式冷凝器的结构图。为了使冷凝器的结构紧凑，通常由几根蛇形管并联在一起，做成长方体形。氟利昂蒸气从上部的分配集管进入几根蛇管中，凝结成的液体沿蛇管下流，汇于液体集管中，然后流入储液器内。空气在风机的作用下，从管外流过，管外也都做有肋片，而且多为套片式。这种冷凝器的传热系数也比较小，当迎面风速为2～3m/s时，按全部外表2面（包括肋片在内）计算的传热系数为24～29W/（m·K）。图2-28 强迫对流空气冷却式冷凝器

由于夏季室外温度较高（可达35℃），采用空气冷却式冷凝器时，其冷凝温度也较高（达40～50℃），所以它更适用于冷凝压力较低的制冷剂。空气冷却式冷凝器的最大优点是不需要冷却水，因此特别适用于缺水地区或者供水困难的地方。

2.3.4 蒸发器

蒸发器是制冷系统中的另一种热交换设备，是制冷剂在低温下吸热的热交换器。在蒸发器中，制冷剂液体在较低的温度下沸腾，转变为蒸气，并吸收被冷却物体或介质的热量，所以蒸发器是制冷系统中制取冷量和输出冷量的设备。按被冷却介质的特性，蒸发器可分为冷却液体载冷剂的及直接冷却空气的两大类。各种类型蒸发器的类型、特点及使用范围如表2-5所示。表2-5 各种类型蒸发器的类型、特点及使用范围续表

下面介绍常用的几种蒸发器的结构及工作特点。

1．冷却液体载冷剂的蒸发器

1）壳管卧式蒸发器

它的结构如图2-29所示，这种蒸发器的结构形式与卧式冷凝器基本相似。工作时壳体内应充装相当数量的制冷剂液体，一般其静液面高度为壳体直径的70％～80％，所以也称为满液式蒸发器，蒸发后的蒸气从上部引出。载冷剂（水或盐水）的进出口设在同一端盖上，载冷剂从下方流入，在蒸发器管子及端盖中往返流过多次，再从上方流出。壳管卧式蒸发器在壳体下部有集污器，以便将沉积的润滑油及其他杂物由此排出。图2-29 壳管卧式蒸发器

氨蒸发器管为无缝钢管，氟利昂蒸发器多采用肋片式铜管，也有采用铜光管的。此外，用于氟利昂的壳管卧式蒸发器，必须采取措施将润滑油从蒸发器排出，并使其返回压缩机曲轴箱。

壳管卧式蒸发器结构紧凑，传热性能好。以盐水作为载冷剂时，该蒸发器可以实现盐水系统的封闭循环，它不仅系统简单，而且减轻了盐水对系统管路及设备的腐蚀。但是壳管卧式蒸发器制冷剂的充装量大，液体静压力对蒸发温度的影响较大，而且用于氟利昂时，需要采取一定的回油措施。所以在氟利昂制冷系统中，会逐渐用壳管干式蒸发器来代替壳管卧式蒸发器。

2）壳管干式蒸发器

它实际上就是管内蒸发的壳管卧式蒸发器。其制冷剂液体的充装量少，为管组内部容积的35％～40％；而且制冷剂在汽化过程中不存在自由液面，所以称为干式蒸发器。图2-30给出了一种壳管干式蒸发器的结构图。工作时制冷剂液体在蒸发器管内蒸发，而载冷剂（水或盐水）在管外被冷却。为了增加管外载冷剂的流动速度，在壳体内横跨管簇设折流板。折流板多做成圆缺形，而且缺口是上下相间装配。图2-30 壳管干式蒸发器

3）水箱形（沉浸式）蒸发器

水箱形蒸发器的特点是蒸发管组沉浸于淡水或盐水箱中。制冷剂在管内蒸发，水或盐水在搅拌器的作用下，在箱内流动，以增强传热。这类蒸发器热稳定性好，但只能用于开式循环系统，载冷剂必须是非挥发性物质。水箱形蒸发器分为直管式、螺旋管式和蛇管（盘管）式等形式。（1）直管式蒸发器。直管式蒸发器用于氨制冷装置，其结构如图2-31（a）所示。图2-31 直管式蒸发器

为了提高直管式蒸发器的传热效果，在水箱内装有搅拌机。立管式蒸发器由于上部开启，便于操作人员观察和维修。载冷剂容量较大，所以用淡水作制冷剂时，不会有结冰损坏设备的危险。当用盐水作载冷剂时，由于盐水和空气接触，水箱腐蚀较严重，需在盐水中加入缓蚀剂，且盐水易吸收空气中的水分而使质量浓度降低，需经常检查盐水的相对密度，向盐水补充固体盐。（2）螺旋管式蒸发器。螺旋管式蒸发器的结构如图2-31（b）所示，其工作原理和直管式蒸发器相同。（3）蛇管（盘管）式蒸发器。蛇管（盘管）式蒸发器是小型氟利昂开式循环制冷装置中常用的一种水冷却器，结构如图2-32所示，它由若干组铜管盘绕成蛇形管组成。蛇形管用纯铜管弯制。氟利昂液体经液体分配器从蛇形管的上部进入，汽化产生的蒸气由下部导出。蛇形管组整体沉浸在水（或盐水）箱中，水在搅拌器作用下在箱内循环流动。蛇管（盘管）式蒸发器由于蛇管布置较密、流速较小，以及蛇管下部的传热面积未得到充分利用，因此传热效果较差。

2．冷却空气的蒸发器

冷却空气的蒸发器都是通过制冷剂在管内蒸发直接冷却空气，分冷却盘管和冷风机两种蒸发器。

1）自然对流冷却的蒸发器

制冷剂在管内蒸发，管外空气的流动方式为自然对流。冷却盘管大多用肋片管组成。对于氨制冷系统应用钢管，且一般用套片式肋片管；对于氟利昂制冷系统多用铜管，肋片管则可以是绕片或套片式的。有的冷却盘管也可用光管制成。冷却盘管按其在室内的安装方式，可分为墙盘管、顶盘管及搁架式盘管等。图2-32 氟蛇管（盘管）式蒸发器

图2-33所示为制冷中常用的盘管式蒸发器，简称蒸发盘管。它置于冷库即成为冷库的空气冷却盘管，可实现冷库降温。在冷藏柜或陈列柜中，同样可实现冷藏柜或陈列柜的降温。这类蒸发器是靠空气自然对流换热，换热效率低，降温速度慢，但盘管结构简单，方便安装。图2-33 盘管式蒸发器的基本结构

2）冷却强制运动空气的蒸发器

冷却强制运动空气的蒸发器常与风机同时使用，故常称为冷风机。风机把空气高速吹入蒸发器，空气在流动过程中不断降温，然后被送入冷库或冷藏柜、陈列柜。因为空气是强迫对流通过蒸发器，所以换热效率高，冷库或冷藏柜降温速度快，而且温度分布比较均匀，如图2-34所示。图2-34 冷却强制运动空气的蒸发器

2.3.5 节流装置

节流装置又名膨胀机构，设置于冷凝器之后，从冷凝器来的高压制冷剂液体流经节流装置后压力降低，然后进入蒸发器中。制冷装置的节流装置在实现制冷剂液体节流过程的同时，还具有以下两方面的作用：一是将制冷机的高压部分和低压部分分隔开，防止高、低压之间串气；二是对蒸发器的供液量进行控制，使其中保持适量的液体，使蒸发器换热面积全面发挥作用。因其节流装置无外功输出，即无效率的概念可言，一般仅根据上述两方面的功能来判断其特性。通过节流装置的调节，制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，从而保证了制冷剂液体不会进入压缩机。

流体流经节流装置时，由于时间很短，可看作是绝热过程。节流后液体变成气液两相，其中蒸气的含量占总制冷剂质量流量的10％～30％。液体节流产生的蒸气是饱和蒸气，又称闪发蒸气，以区别于吸热相变时液体产生的饱和蒸气。

节流装置的种类很多，按照节流机构的供液量调节方式可分为以下五个类型：手动膨胀阀（见图2-35）、浮球调节阀（见图2-36和图2-37）、热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管。这五种类型中的前两种由于难以实现自动控制，现在已逐渐被淘汰。毛细管一般用在小型冷库，但一种新型的节流短管正逐渐取代毛细管，并开始在40kW左右的冷库中使用。节流元件和其他控制器共同组成流量调节系统，这将在后续的控制部分详细介绍。图2-35 手动膨胀阀阀芯图2-36 直通式浮球调节阀图2-37 非直通式浮球调节阀

2.3.6 其他辅助设备

在蒸气压缩式制冷系统中，除压缩机和各种换热器等主要设备外，还包括一些辅助设备。这些辅助设备的作用是保证制冷装置的正常运转，提高运行的经济性和保证操作的安全可靠。下面介绍几种常见的辅助设备。

1．润滑油的分离及收集设备

1）油分离器

为了防止压缩机排出的润滑油大量进入系统，一般在压缩机和冷凝器之间设置润滑油分离器，简称油分离器。目前，比较常用的油分离器有离心式、填料式、过滤式等形式。（1）离心式油分离器。结构如图2-38所示。压缩机的排气进入分离器后，沿导向叶片呈螺旋状运动。由于离心力的作用，其中携带的润滑油被甩至筒体内壁，并沿筒壁流到分离器底部，而蒸气则经多孔挡液板再次分油后，从出气口排出。有的离心式油分离器外部还设有水套，用水来冷却，其目的是为了提高分离油的效率。图2-38 离心式油分离器结构图（2）填料式油分离器。填料式油分离器适用于中小型制冷装置。图2-39（a）、（b）所示分别为立式及卧式填料式油分离器。图2-39 氨填料式油分离器

在填料式油分离器内制冷剂气体中挟带的油滴，依靠气流的速度降低、转向及填料层的过滤而分离出来。填料可用金属丝网、陶瓷环或金属屑等，其中金属丝网效果较好。填料层愈厚，效果愈佳，但是阻力也随之增大，一般应控制在蒸气流速0.5m/s以下。有的填料式油分离器内还装有浮球阀，以便自动回油。填料式油分离器分油效果较好，可高达96％～98％，因此广泛应用于氨及氟制冷系统中。（3）过滤式油分离器。图2-40给出了一种过滤式油分离器的结构。目前在氟利昂制冷系统中，常使用这种油分离器。工作时高压蒸气由进气口上部进入，经滤网减速、过滤后，从侧部出气管排出。蒸气中携带的部分润滑油被分离出来，落入筒体的下部。这种油分离器的回油管和压缩机的曲轴箱连接。当油分离器内积聚的润滑油足够使

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