制冷装置设计第七章

第7章冷藏陈列柜作为食品冷藏链最后一个环节的制冷装置--冷藏陈列柜，具有低温保存易腐败商品或食品的功能和展示与销售商品或食品的功能。在易腐败商品或食品的销售环节中，使其始终处于规定的低温环境下，最大限度地保证食品质量、减少食品损耗。冷藏陈列柜通常用于商店和超市的生鲜食品销售，根据其用途、使用温度、使用场所等具有各种不同的构造和形状；其目的是在陈列柜内维持适当的温度和湿度，以保证食品的鲜度和品质，为消费者提供良好的购物环境和可靠的食品品质保障。7.1冷藏陈列柜的结构7.1.l冷藏陈列柜的分类在零售商店和超市内，为了提高商品的展示效果和品质保证，冷藏陈列柜应用于各种生鲜食品，包括蔬菜、水果、精肉、鲜鱼、乳制品、各种熟食品和半熟食品等的低温保鲜与销售。由于储存与展示的商品种类繁多，冷藏陈列柜的结构形状亦多种多样，准确地进行分类通常是困难的。下面按照陈列柜的使用温度、制冷机组布置、外形结构等，对其分类方法分别进行介绍。1．根据冷藏陈列柜的使用温度分类根据冷藏陈列柜的使用温度分类，冷藏陈列柜可大体上分为冷却型、冷冻型、冷却冷冻型及温热型等。(1)冷却型陈列柜柜内空气温度为-6℃以上，主要用于储藏陈列水果、蔬菜、肉制品、鲜鱼、猪肉、饮料等。(2)冷冻型陈列柜柜内空气温度为-6℃以下，主要用于储藏陈列冰淇淋、冻鱼、冻肉等冷冻食品。(3)冷却冷冻型(也称双温型)陈列柜兼有冷藏柜、冷冻柜的功能，同时储藏不同的食品。(4)温热型陈列柜柜内空气温度为35~C以上，用于储藏陈列各种熟食，如用于陕餐店。为了保证陈列食品的最佳储存温度，陈列柜要根据陈列食品的种类提供各种适用的陈列温度。陈列柜中各种食品适宜的使用温度见表7-1。表7-2是美国采暖制冷空调工程师协会(ASHREA)1994年推荐的常见食品的推荐陈列温度。表7-1陈列柜中各种食品适宜的使用温度分类柜内空气温度/℃收容商品110～15蔬菜25～10水果32～8奶酪制品、肉制品、腌干物、饮料4-2～2肉、鲜鱼5-5～-10冰激凌6-18以下冷冻食品7-23以下冰激凌表7-2常见食品的推荐陈列温度乳制品多层2(36)3.5(38)带包装农产品(果蔬)单层多层1.5(35)1.5(35)3.5(38)3.5(38)无包装肉(密闭陈列)陈列区②2(36)熏肉多层O(32)l(34)带包装肉(敞开陈列)单层多层-4.5(24)-4.5(24)-3.5(26)-3.5(26)冻结食品③单层多层(敞开陈列)玻璃门冷柜-25(-13)④-23.5(-lO)④-21(-5)④冰激凌③单层玻璃门冷柜-3l(-24)④-24.5(-12)④①表示所示温度为在送风口测得的空气温度，温度计不与陈列食品接触。②无包装的新鲜肉只陈列在密闭接待型陈列柜中。放入陈列柜前需预先预冷到2℃(36°F)，且柜内温度维持在此温度下，使肉失水少、保质期长。依生产厂家不同，陈列柜内温度稍有变化。③对冻结食品和冰激凌来说，最低温度不是关键，最高温度对食品品质的影响才是最重要的。④表中冻结食品和冰激凌在不同陈列柜中的温度有差异，是由冷风幕的送风方向及敞开口的尺寸和形式的不同而产生的结果。2．按制冷机组的布置方式分类陈列柜的制冷机组可分为内置式和分离式两种形式。由于大型陈列柜所用制冷机组外形尺寸较大，在柜内安装时会占据较大的商品陈列和收藏容积；同时制冷机组运行时还会产生废热、振动和噪声，直接影响购物环境并增加购物空间的空调负荷。为了消除这些不良影响，大型陈列柜通常将制冷机组设置在专设的机房内，称为分离式机组陈列柜。分离式机组陈列柜的制冷压缩机、冷凝器和电控柜与柜体分开设置，即将制冷压缩机、电控柜放在机房内，冷凝器放在室外通风良好的地方。其特点是噪声低，购物环境好；易于实现多压缩机、多蒸发器的组合式制冷系统，有助于降低设备费用和运行费用。但其性能好坏与施工质量密切相关，需要有专业施工队安装方能使用，而且一旦定位，再要移动就很困难。所以，它特别适合于大型超市使用。内置式制冷机组与陈列柜柜体做成一体(一般置于柜体底部)，其特点是：结构紧凑，安装方便，布置灵活；不足之处是制冷机组的冷凝器靠店内空气冷却，增大了店内空调系统的冷负荷，且噪声较大，适合于中、小型便利店和小规模改建或扩建的店铺使用。3．按冷藏陈列柜的外形结构分类按冷藏陈列柜的外形结构分类，有封闭型陈列柜和敞开型陈列柜。(1)封闭型陈列柜该陈列柜四周柜体封闭，并装有多层玻璃做成门或盖，供展示食品或顾客拿取食品之用，如图7-1所示。其特点是柜内温度波动小，冷藏条件好，能耗低，制造成本低，对环境要求不敏感。该陈列柜适合于陈列对存放环境的储藏温度条件和卫生要求比较高、对温度波动较敏感的食品或商品，如冰激凌、奶油蛋糕、医药品等；当其用于客流量较小的店铺时，还可起到陈列和储藏的双重作用。但从商品销售角度来说，敞开型陈列柜效果更好。．(2)敞开型陈列柜该陈列柜存取货物部位是敞开的，顾客能够自由接触或拿取货物，既为消费者营造一个随意、轻松的购物环境，又促进了商品销售。所以，它特别适合于客流量较大、顾客频繁取用商品的大型超市，如图7-2所示。敞开型陈列柜的敞开部位通常依照柜内的温度高低而设置单层或多层风幕将柜内食品与外界隔开，以减少冷量损失。由于风幕处外界环境空气不断地渗入陈列柜内带进热量，与封闭型陈列柜相比，敞开型陈列柜的能耗较大。此外，陈列柜按其结构形式又可分为立式陈列柜和卧式陈列柜。立式陈列柜和卧式陈列柜不但在结构形式上差别较大，而且在功能种类上也不同。立式陈列柜的柜内温度一般为-10℃左右，多用于蔬菜、水果、奶制品、冰鲜食品及熟食品的冷藏与保鲜，属于中、高温类冷藏陈列柜；而卧式陈列柜的柜内温度一般在一15℃以下，因其外形多为箱式结构，对于双面卧式陈列柜又可称为岛式陈列柜(见图7-2a)。卧式陈列柜用于存储食品时食品易堆积，不如立式陈列柜存取方便；但卧式陈列柜的上开门方式使冷量损失较少，结构比立式陈列柜简单，价格便宜。卧式陈列柜多用于周转量比较大的冻结食品、冰激凌等食品的冻藏。7.1.2陈列柜的总体结构由于陈列柜种类很多，所以其结构也是多样化的。下面对其结构的主要部分加以简述。1．陈列柜断面结构和柜内冷空气循环方法陈列柜典型的断面结构和柜内冷空气循环方法，如图7-3所示。陈列柜的断面结构不同，其柜内空气循环的方式也有不同。在实际应用中，应以能保证柜内陈列食品有适用的储存温度为主，选择柜内空气的循环方式。陈列柜的柜内冷却方式，有自然对流式、强制对流式和冷水式三种。自然对流式多用在比较小型的陈列柜和封闭型陈列柜中；大型陈列柜和敞开型陈列柜多用强制对流式；销售瓶装果汁、啤酒、豆腐等售货用陈列柜使用冷水式。2．陈列柜的柜体结构陈列柜内外壁面多用彩色铝板、不锈钢板、彩色钢板、镀锌钢板，也可用FRP、ABS塑料及高强度纤维板。在外壁面主要的凸起部位采用不锈钢板包装(兼装饰及作防撞击装置)以对外力损伤加以保护。隔热材料可使用玻璃棉、聚苯乙烯、硬质聚氨酯。在内外壁面中间用聚氨酯直接发泡的结构较多，它具有隔热性能好、耐久性强的特点。柜体隔热层厚度确定将直接影响其耗电量和柜体的外形尺寸。因此，在进行陈列柜隔热层设计时，要同时兼顾其制冷效果、保温性能、耗电量大小、外形尺寸和销售价格等方面的要求。在满足陈列柜性能指标的基础上，既要减少隔热层的厚度，又要降低能耗。陈列柜柜体隔热层厚度计算通常采用两种方法，一种方法是限定隔热层结构的传热系数；另一种方法是限定隔热层结构的外表面温度，即限定外表面温度不得低于环境空气的露点温度，以防止柜体表面发生凝露现象。另外，还可以参照国内外陈列柜的有关资料预先设定隔热层厚度，然后对陈列柜柜体表面温度校核。如果低于环境空气的露点温度，则需适当增大隔热层厚度直至满足其外表面温度的要求。一般柜体外表面的温度应高于环境空气的露点温度，即tdtw2.0式中，tw为柜体外表面的温度(℃)；td为环境空气的露点温度(℃)。当柜体传热系数给定时，其隔热层的厚度可用式(7-1)计算，而后校核柜体外表面温度，即wnk111（7-1）式中，δ为隔热层厚度(m)；λ为隔热层材料的热导率[W／(m·K)]；K为传热系数[W／(m2·K)]；αn为柜内壁表面对箱内空气的表面传热系数[W／(m2·K)]；aw为柜外空气对箱体外表面的表面传热系数[W／(m2·K)]。当柜体的外表面温度给定时，其隔热层的厚度可用式(7-2)计算，即qtwtw21(7-2)式中，tw1为柜体外表面的温度(℃)；tw2柜体内表面的温度(℃)；g为柜体单位面积的漏热量(W／m2)；7.1.3陈列柜的使用要求1．防止柜体外表面结露的方法由于柜内温度较低，柜外壁面各部位温度有可能低于周围空气的温度，因此要防止陈列柜壁面温度低于店内空气的露点温度，以免结露。陈列柜外壁面容易结露的部位有：机组分离型陈列柜的底部和背部，封闭型陈列柜的玻璃面、门面、门框，强制对流式陈列柜的冷气吹出、吸入口的附近等处。图7-4所示为一些防止结露的方法，其中防止结露的加热器用软电线加热器，每米耗电lOW左右，但必须经实验来决定其实际功率。冷柜式陈列柜的门、玻璃面等处也使用加热器防止结露；冰激凌用陈列柜的柜门为三层玻璃门面，每平方米耗电150W左右。2．除霜水和清洗水的排放陈列柜必须有引导除霜水和清洗水的排出管，排出管经常易堵塞，所以排出管的管径应尽量大些。同时，在管口可安装滤网以防管道堵塞。内藏机组的陈列柜为了便于移动，通常陈列柜有良好的处理除霜水的结构。可采用接水器皿一天放一回，定期排水；或者采用蒸发接水盘，利用冷凝器排出的热、压缩机排气管的散热和电加热器来加热蒸发接到的水。3．风机的配置用强制对流冷却的陈列柜，柜内冷空气循环一般使用功率4～30w的小型轴流风机。在小型陈列柜中一般使用1台风机，而在机组分离式的多层敞开型陈列柜中风机数量可多达7～9台。卧式陈列柜的风幕基本上是水平的，立式多层陈列柜风幕是近似垂直的。风幕的厚度、吹出口风速必须根据实验得出适当的数值。吹风口多采用百叶式或蜂巢式。4．玻璃门面的要求为了提高陈列柜的展示效果，多在展示部位或在门上装设玻璃门面。根据柜内温度的不同，玻璃门面分为单层、两层和三层，以保证陈列柜重要的展示面不结露。一般高温陈列柜使用单层玻璃，低温陈列柜则需要安装两层或三层玻璃，并在玻璃之间抽真空或充填惰性气体。除玻璃以外，也可以使用丙烯树脂等透明的塑料，由于塑料随温度变化的膨胀系数大，要特别注意防止其变形。5．柜内照明要求陈列柜的功能之一是用于展示和销售商品，只有看得清陈列商品，销售效果才好，因此陈列柜照明很重要。由于照明放热使物品温度上升相当大，陈列柜照明使用荧光灯比较合适。图7-5所示为各种照明灯的照度和品温上升(包装肉)的关系。对同一照度来说，用荧光灯温度上升最少。对保持商品的质量来说，没有照明是最好的，但光线太暗销售效果差。用荧光灯照明，商品表面照度可以高达15001x。一般的陈列架每层配装1列荧光灯。另外，美国商业制冷机制造厂家协会(CRMA)对陈列柜结构还做了许多有关的规定，如在柜内安装温度计；陈列部分不得有尖锐的金属端面，否则容易碰伤手指并给清扫增加困难；内部弯曲部分内半径最好在3mm以上；滑动门的下框要容易擦拭清扫；装载界限有明确的表示等。7.1.4冷藏陈列柜的制冷系统1．制冷机组形式冷藏陈列柜的制冷机组可以分为内置式机组和分离式机组。内置式机组多数采用空冷式全封闭压缩冷凝机组或半封闭压缩冷凝机组；分离式机组多采用风冷式或水冷式半封闭压缩冷凝机组。一般来说，小型冷藏陈列柜通常采用独立的制冷机组，使其安装方便、使用灵活。要扩大冷藏陈列柜商品的存放和展示容积，必然要减小制冷机组的安置空间。因此，要十分注意确保冷凝器的散热效果及其排热的处理。图7-6所示为内置式机组冷凝器冷却空气的处理。为确保冷凝器冷却空气的通路畅通，陈列柜与周围壁面之间应留有一段距离。陈列柜采用强制对流翅片盘管式冷凝器时，冷凝器上的积尘要降低散热性能，为此大多数陈列柜在冷凝器前使用过滤器以清洁冷却空气。另外，由于内