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湿冷式蓄冷技术在果蔬保鲜中的应用研究一

2021年08月18日 盐城机械设备网

湿冷式蓄冷技术在果蔬保鲜中的应用研究(一)

摘要:对蓄能制冷技术及理论进行论述,着重于湿冷式蓄冷技术在果蔬保鲜中的应用与研究,阐明其技术的特点、优势以及应用发展前景。

关键词:湿冷 蓄冷 保鲜 技术应用

引言

目前我国农产品贮藏保鲜食品加工正处于发展阶段,急需大量的各种保鲜贮藏技术和设备,我国食品专家对食品加工市场的预测中指出:我国农产品与食品加工规模等级的大小取决于保鲜贮藏技术与设备的应用的比例、取决于保鲜贮藏库容量以及库的周转期的时间长短。这说明保鲜贮藏技术设备的水平高低,应用的规模大小直接反映出我国农产品及食品加工生产的规模和水平。即:无论果蔬鲜销或出口还是加工成品,都涉及到贮藏和保鲜,它既是一个基础条件,也是一个至关重要的环节。

贮藏保鲜技术和方法有许多种,目前已经采用的有:湿冷保鲜技术,气调技术,微冻技术,减压技术及辐射处理技术,空气离子保鲜技术,化学药剂处理技术等等。本文就蓄能技术的原理重点分析、论述湿冷式(蓄冷)保鲜技术研究应用的前景。

1 蓄能技术

目前采用的蓄能技术主要利用工作介质状态变化所具有的显热潜热效应或化学反应过程进行能量的储存。每一种物质都具有一定的热容,在物质形态不变的情况下,物质会吸收或放出热量,理论上所有的物质都可以应用于蓄能技术,但实际上应用的是比热容较大的物质。在蓄能技术的应用初期,应用最广泛的就是冷、热水蓄能技术。冷、热水蓄能是利用价格低廉、使用方便、比热容大的水作为蓄能介质,利用水的显冷进行能量储存。它的优点是:投资少,设备简单,维修容易。缺点是:蓄能温差小,密度小,不能够实现储存较大的能量。

1.1 蓄冷技术

蓄冷技术是利用物质相变时,需要吸收或放出热量的特性来储存或释放能量,目前主要包括冰蓄冷技术和共晶盐蓄能技术两种。

冰蓄冷技术是目前使用最广泛的一项蓄冷技术,它是利用冰的相变潜热进行冷量的储存和释放,由于从固态冰转变为液态水时,相变潜热达到335kJ/kg,冰蓄冷的单位质量能量密度远远高于水蓄冷。因此冰蓄冷所需的蓄冷槽体积比水蓄冷小得多,也更易于在冷库内或周围布置。由于冰水温度较低,在相同的空压负荷下可以减少冰水的供应量和空调系统的送风量,采用冰蓄冷的设备系统投资及运行费用均比水蓄冷低。

冰蓄冷系统的缺点是由于水的冰点温度为0℃,考虑到传热温差,制冷系统的蒸发温度必须在-8℃以下,对于采用载冷剂间接换热的冰蓄冷系统,制冷系统的蒸发温度还要更低些。由于制冷、蓄冰槽及冰水管路温度较低,为了避免冰槽和管路外部结露和降低环境热量的传入,须增加绝热层厚度。蓄冰系统的技术要求较高,特别是新近提出的冰泥式蓄冷制冷系统,使得冰蓄冷制冷的设计和控制比水蓄冷制冷要复杂很多。

冰蓄冷制冷技术为了满足被贮藏物对较低温度的要求,克服因较低蒸发温度使制冷的能耗增加,COP值降低的缺点,可以采用固液相变温度高于或低于水的共晶盐来蓄能。共晶盐主要由无机盐、水、促凝剂和稳定剂构成。目前在蓄冷制冷系统采用的多为相变温度为8℃左右的共晶盐材料。

由于共晶盐相变温度较高的特殊性,在冰蓄冷制冷系统中采用后,可使其制冷能力提高25%~30%,COP值可提高15%左右,制冷能耗大幅降低。采用共晶盐的缺点是相变潜热较低,在储蓄同样冷量时,共晶盐蓄冷体积较冰蓄冷大,但比水蓄冷小。

1.2 工作原理

当电网负荷处于低谷时(即夜间用电)储蓄的工作开始,冰蓄冷制冷系统起动,开始蓄冷工作,根据热工工作循环原理,蓄冷储存技术由于采用工作介质的不同可分为四种基本循环。图1中,(a)循环主要是适用于以水或其它高沸点物质为制冷剂蓄冷工作循环。图1中(b)和(c)适用于以氨或其它低沸点为制冷剂蓄能工作循环。图1中(d)是将热能转换成制冷并储存的工作循环。

由于蓄冷的密度取决于制冷剂种类和溶液浓度差,蓄冷技术的关键在于工作介质的蓄能密度。蓄能密度越大,蓄冷设备越小,投资越少,也易于被采用。对于蓄能密度可以用下式计算:

CDEstor=Cp·Δt+P·L·IPF

式中:CP为蓄能介质的比热;Δt为显热蓄能可利用温差;P为蓄能介质的密度;L为固/液相变热;IPF原意为制冰率,此处引申为结晶率。

对于冷水蓄冷,可引用温差仅为6~11℃,蓄冷密度仅为25~46kJ/kg。对于冰蓄冷,不同的蓄冷系统IPF值在20%~75%之间,可利用温差为10~12℃,蓄冷密度在110~295kJ/kg。其它蓄冷方式的蓄冷密度目前均低于冰蓄冷密度。

(待续)

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