냉동: 냉장 장치에서 발생하는 저온원을 이용하여 제품을 상온에서 냉각시킨 후 냉동하는 과정.
냉동: 냉매의 물리적 상태 변화를 이용하여 냉각 효과를 통해 저온원을 얻는 작동 과정.
냉동 장비의 종류: 냉기 생산(냉동), 재료 냉동, 냉각.
냉동 방식: 피스톤식, 스크류식, 원심 냉동 압축기 장치, 흡수식 냉동 장치, 증기 분사식 냉동 장치 및 액체 질소.
냉동 방식: 공랭식, 침지식, 금속 튜브를 통한 냉매 흐름식, 벽과 재료 접촉을 통한 열전달 냉각 장치.
애플리케이션:
1. 냉동, 냉장 및 냉동 식품 운송.
2. 농산물 및 식품의 냉각, 냉장, 공조 보관 및 냉각 운송.
3. 동결 건조, 동결 농축 및 재료 냉각과 같은 식품 가공.
4. 식품 가공 공장의 냉방 시스템.
냉동 사이클의 원리
주요 장치: 냉동 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기.
냉동 사이클 원리: 냉매는 저온 저압의 액체 상태에서 열을 흡수하여 끓는점에 도달한 후, 저온 저압의 증기로 증발합니다. 증발된 냉매는 압축기의 작용으로 고온 고압의 기체가 되고, 이 고온 고압의 기체는 다시 고압의 액체로 응축됩니다. 팽창 밸브를 통과한 후에는 저압의 저온 액체가 되어 다시 열을 흡수하고 증발하면서 냉장고의 냉동 사이클이 완성됩니다.
기본 개념 및 원칙
냉동 용량: 특정 작동 조건(즉, 특정 냉매 증발 온도, 응축 온도, 과냉각 온도)에서 냉매가 단위 시간당 냉동 물체로부터 제거하는 열량입니다. 냉매의 냉각 용량이라고도 합니다. 동일한 조건에서 동일한 냉매의 냉각 용량은 압축기의 크기, 속도 및 효율과 관련이 있습니다.
직접 냉각 방식: 냉동 사이클에서 냉매가 열을 흡수하면 증발기가 냉각 대상 또는 냉각 대상 주변 환경과 직접 열을 교환합니다. 아이스크림 냉동고, 소형 냉장 창고, 가정용 냉장고 등 산업용 냉각이 필요한 단일 냉동 장비에 주로 사용됩니다.
냉매: 냉동 장치 내부에서 지속적으로 순환하며 냉동을 가능하게 하는 작동 물질. 증기 압축식 냉동 장치는 냉매의 상태 변화를 통해 열 전달을 실현한다. 냉매는 인공 냉동을 구현하는 데 필수적인 물질이다.
일반적으로 사용되는 냉매
일반적으로 사용되는 냉매: 공기, 물, 염수 및 유기 수용액.
선정 기준: 낮은 어는점, 높은 비열용량, 금속 부식 없음, 화학적 안정성, 저렴한 가격 및 손쉬운 구매.
공기는 냉매로서 많은 장점을 가지고 있지만, 기체 상태로 사용할 경우 비열 용량이 작고 대류 열 전달 효과가 떨어지기 때문에 식품 냉장 또는 냉동 과정에서 식품과 직접 접촉하는 형태로만 사용됩니다.
물은 비열이 크지만 어는점이 높아 0°C 이상의 냉각 용량을 구현하는 데에만 냉매로 사용할 수 있습니다. 0°C 이하의 냉각 용량을 구현해야 할 경우에는 염수 또는 유기 용액을 냉매로 사용합니다.
염화나트륨, 염화칼슘, 염화마그네슘의 수용액은 일반적으로 냉동 염수라고 불립니다. 식품 산업에서 가장 널리 사용되는 냉동 염수는 염화나트륨 수용액입니다. 유기 용액 냉매 중 가장 대표적인 두 가지 냉매는 에틸렌글리콜 수용액과 프로필렌글리콜 수용액입니다.
피스톤 압축식 냉동 장비의 주요 장치
기능: 냉매를 압축하여 일을 하고 에너지를 얻은 다음, 응축 및 팽창시켜 열을 흡수할 수 있는 냉각원을 형성하는 데 사용됩니다.
모델의 표현 방법: 실린더 개수, 사용된 냉매의 종류, 실린더 배열 방식 및 실린더 직경.
구성 요소: 실린더 블록, 실린더, 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크샤프트, 크랭크케이스, 흡기 및 배기 밸브, 가짜 커버 등
작동 과정: 피스톤이 위로 움직이면 흡입 밸브가 열리고, 냉매 증기가 피스톤 상단의 흡입 밸브를 통해 실린더 내부로 유입됩니다. 피스톤이 위로 움직이면 흡입 밸브가 닫히고, 피스톤이 계속 위로 움직이면서 실린더 내부의 냉매가 압축됩니다. 공기압이 일정 수준에 도달하면 가덮개의 배기 밸브가 열리고, 냉매 증기가 실린더에서 배출되어 고압 배관으로 보내집니다.
특징: 간단한 구조, 쉬운 제조, 뛰어난 적응성, 안정적인 작동 및 편리한 유지 보수.
콘덴서
기능: 열교환기로서, 냉매의 과열 증기를 냉각 및 가열하여 액체로 응축시키는 장치입니다.
유형: 수평형 쉘앤튜브식, 수직형 쉘앤튜브식, 물 분무식, 증발식, 공랭식
작동 원리: 과열된 냉매 증기가 응축기 외피 상단에서 유입되어 튜브의 차가운 표면과 접촉한 후, 그 표면에 액체 막을 형성하며 응축됩니다. 중력에 의해 응축액은 튜브 벽을 따라 흘러내려 벽에서 분리됩니다.
물 분사식 증발기는 액체 저장소, 냉각 파이프 및 물 분배 탱크로 구성됩니다.
작동 과정: 냉각수는 상단에서 물 분배 탱크로 유입되어 물 분배 탱크를 통해 코일형 튜브의 외면으로 흐릅니다. 물의 일부는 증발하고 나머지는 물웅덩이로 떨어집니다. 숨겨진 보조 배관의 바닥으로 들어간 물은 배관을 따라 상승하면서 냉각 및 응축되어 액체 저장소로 흐릅니다.
팽창 밸브
기능: 냉매의 압력을 낮추고 냉매의 유량을 제어합니다. 고압의 액체 냉매가 팽창 밸브를 통과할 때, 응축 압력이 증발 압력으로 급격히 떨어지고, 동시에 액체 냉매가 끓으면서 열을 흡수하여 온도가 낮아집니다.
열팽창 밸브: 증발기 출구의 증기 과열도를 이용하여 냉매량을 조절합니다. 냉동 장치의 정상 작동 조건에서 공급 요소의 관류 압력은 다이어프램 아래의 가스 압력과 스프링 압력의 합과 같아 평형 상태를 유지합니다. 냉매 공급이 부족하면 증발기 출구에서 증기가 역류하여 과열도가 증가하고 온도 센서의 온도가 상승합니다. 이에 따라 다이어프램이 아래로 내려가면서 출구 개방량이 증가하여 공급되는 액체량이 증발량과 같아질 때까지 조절되고, 그 후 온도 센서의 온도가 다시 평형을 이룹니다. 따라서 열팽창 밸브는 밸브 개방도를 자동으로 조절하여 부하에 따라 액체 공급량을 자동으로 증감시킴으로써 증발기의 가열 면적을 최대한 활용할 수 있도록 합니다.
증발기
기능: 냉매는 냉각 매체의 열을 흡수합니다.
분류: 냉각 매체의 특성에 따라 세 가지 범주로 나뉩니다.
1. 액체 냉매 냉각용 증발기: 예를 들어, 수냉식 냉각기, 염수 냉각기 등이 있습니다. 냉매는 튜브 외부에서 열을 흡수하고, 액체 펌프를 이용하여 튜브 내부를 순환합니다. 구조에 따라 수평관형, 수직관형, 나선형 튜브형, 코일형으로 구분됩니다.
2. 공기 냉각용 증발기: 냉매가 튜브 내부에서 증발하고, 공기는 외부로 흐르며, 이 공기 흐름은 자연 대류에 의해 발생합니다.
3. 냉동물 냉각용 접촉식 증발기: 냉매는 열전달 칸막이의 한쪽 면에서 증발하고, 칸막이의 다른 쪽 면은 냉각 또는 냉동 대상물과 직접 접촉합니다.
특징: 우수한 열 전달 효과, 간단한 구조, 작은 설치 공간, 밀폐형 냉매 순환 시스템으로 인한 장비 부식성 감소.
단점: 염수 펌프가 고장으로 멈추면 동결이 발생하여 튜브 뭉치가 파열될 수 있습니다.
냉각 파이프
수직 냉각 파이프
장점: 냉매가 기화된 후 배출이 용이하고 열 전달 효과가 우수하지만, 배기 파이프 높이가 높을 경우 액체 기둥의 정압으로 인해 하부 냉매의 증발 온도가 높아진다는 단점이 있다.
단일 행 코일형 벽관:
장점: 냉매 충전량이 배기관 부피의 약 50% 정도로 적지만, 냉매가 기화 후 배기관 밖으로 빠르게 배출되지 않아 열 전달 효과가 저하되는 것을 방지할 수 있습니다.
휘어진 튜브:
장점: 넓은 열 방출 면적.
피스톤 압축식 냉동 장비용 보조 장치
오일 분리기
기능: 압축된 액체와 기체에 혼입된 윤활유를 분리하여 윤활유가 응축기로 유입되어 열 전달 조건을 저하시키는 것을 방지하는 데 사용됩니다.
작동 원리: 오일 방울과 냉매 증기의 비율 차이를 이용하여 배관 직경을 증가시켜 유량을 감소시키거나 냉매의 흐름 방향을 변경합니다. 또는 원심력을 이용하여 오일 방울을 증기 온도까지 침전시킵니다. 증기 상태의 윤활유는 세척 또는 냉각을 통해 증기 온도를 낮추어 오일 방울로 응축시켜 분리합니다. 필터형 오일 분리기는 프레온으로 냉각됩니다.
오일 컬렉터의 기능: 냉동 시스템의 오일 분리기, 응축기 및 기타 장치에서 분리된 냉매와 오일 혼합물을 모아서 저압 상태에서 오일을 냉매에서 분리한 후 각각 배출합니다. 이를 통해 오일 배출의 안전성을 확보하고 냉매 손실을 줄일 수 있습니다.
액체 저장 탱크의 기능은 냉동 시스템의 각 부분에 공급되는 액체 냉매를 저장하고 조절하여 장비의 안전한 액체 공급 작동을 보장하는 것입니다. 액체 저장 탱크는 고압형, 저압형, 배수형 탱크 및 순환형 액체 저장 탱크로 구분됩니다.
기체-액체 분리기의 기능: 증발기에서 냉매를 분리하여 냉매 액체가 압축기로 유입되어 실린더에 충격을 주는 것을 방지하고, 스로틀링 후 저압 암모니아 액체에서 비효율적인 증기를 분리하여 증발기의 열 전달 효율을 향상시킵니다.
공기 분리기의 역할: 냉동 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위해 시스템 내의 비응축성 가스를 분리하고 배출하는 것입니다.
중간 냉각기의 역할: 2단(또는 다단) 압축 냉동 시스템에 설치되어 저압단 압축기에서 배출되는 과열 가스를 냉각시켜 고압단 압축기의 정상 작동을 보장하는 중간 냉각 장치 역할을 합니다. 혼입된 윤활유와 냉각 냉매는 냉매의 과냉각도를 높이는 기능을 합니다.
냉장
분류:
대형 냉장창고(5000톤 이상); 중형 냉장창고(1500~5000톤); 소형 냉장창고(1500톤 미만).
사용 요구사항에 따라:
고온 냉장 보관: 주로 과일, 채소, 신선한 계란 등의 식품을 냉장 보관하며, 일반적인 보관 온도는 4~-2℃입니다.
저온 냉장 보관: 주로 육류, 수산물 등을 냉동 및 해동하는 데 사용되며, 일반적인 보관 온도는 -18~-30℃입니다.
냉방창고: 쌀, 국수, 약재, 술 등을 상온에서 보관하며, 일반 창고 온도는 10~15℃입니다.
급속 냉동 장비: 블록, 슬라이스, 과립 등 소량 포장 또는 비포장된 원료를 냉동하여 가축, 수산물, 채소, 만두 등 다양한 급속 냉동 식품을 만드는 데 적합합니다. 냉동 온도는 -30~40℃입니다.
박스형 급속 냉동고: 단열재로 감싼 박스 안에 여러 개의 이동식 평판이 있고, 각 평판 사이에는 층층이 쌓여 있습니다. 층층에는 증발 코일이 설치되어 있으며, 코일 사이에 염수를 부을 수도 있습니다. 냉매는 이 증발 코일을 통해 흐르며, 급속 냉동할 제품을 평판 사이에 넣으면 평판이 움직여 제품을 압축하여 냉동시킵니다.
터널형 급속 냉동기: 터널 본체, 증발기, 팬, 재료 랙 또는 스테인리스 스틸 이송망으로 구성됩니다. 재료는 먼저 회전 속도가 빠른 1단계 메쉬 벨트를 통과하면서 재료층이 얇아져 표면만 냉동됩니다. 회전 속도가 느리고 재료층이 두꺼운 2단계 메쉬 벨트를 통과하면서 재료 전체가 냉동되어 낱알의 급속 냉동 제품을 얻을 수 있습니다.
침지식 냉동기: 냉동 재료가 매우 낮은 온도의 액화 가스 또는 액체 냉매와 직접 접촉하여 급속 냉동되는 방식입니다. 식품은 예냉 구역, 냉동 구역, 온도 평균화 구역을 순차적으로 통과합니다. 액체 질소는 터널 외부에 저장되어 있다가 분무 또는 침지 냉동을 위해 특정 압력으로 냉동 구역에 주입됩니다. 액체 질소가 열을 흡수하여 생성된 질소는 -10~-5°C의 매우 낮은 온도이며, 팬을 통해 터널 내부로 공급됩니다. 이전 구역은 예냉 처리됩니다. 냉동 구역에서는 식품이 -200°C의 액체 질소와 접촉하여 급속 냉동됩니다.
에어컨 냉동 장비
제어 분위기 냉장: 냉장과 제어 분위기 저장을 결합하여 저장 온도와 가스 조성을 제어함으로써 창고 내 산소와 이산화탄소 함량을 과일과 채소 보관에 주로 사용되도록 유지하여 우수한 보존 효과를 얻을 수 있습니다.
보관 중 제품 손실률은 낮은 편입니다. 통계에 따르면 냉장 보관 제품의 손실률은 21.3%인 반면, 냉난방 시설이 갖춰진 냉장 보관 제품의 손실률은 4.8%입니다.
게시 시간: 2022년 1월 26일
