冷凝热连续（交替）除霜装置的研究
在食品冷加工中，快速冻结是一个高耗能环节，除了主辅机耗能外，另一个重要耗能因素则是停产除霜和重新降温过程。一般认为，该过程占总耗能15%以上。实际表明，吹风冻结加工1 吨食品平均单位耗能约为300kwh 以上，而对于含水率较高的食品如芦笋单位耗能高达378kwh/t。因此降低快速冻结环节的耗能、降低加工成本是今后快速冻结装置重要研究课题。
目前，国内外快速冻结装置均采用固定式蒸发器，以冻结能力1000kg/h 的快速冻结装置为例，其迎风侧面积一般为12m2 左右。运行中，蒸发器翅片管表面处于空气析湿和负温状态。在此工况条件下，翅片管表面结霜厚度不断增加，最终导致堵塞翅片间的空气通道而使传热面积减少，造成传热效率降低、空气循环恶化、冻结温度上升和操作困难，一般维持生产8 小时后则必须停产除霜和重新降温以保证装置正常生产。停产除霜和重新降温过程不仅消耗大量水和电，而且大量加工人员待工使生产成本增加。多年以来人们一直寻求研究一种新的除霜方法和其它节能新技术既达到节能目的、降低生产成本，又可以保证快速冻结装置不停产而连续生产，满足大批量加工的需要。
2 设计原理
采用氨（氟）—载冷剂系统，利用冷凝热加热载冷剂代替水或热氨（热氟）使快速冻结装置的蒸发器实现连续（交替）除霜连续生产，再辅以风机电机外置技术、利用外置电机热量除去传送带上的积霜技术和风机电机变频调速技术，达到降低耗能25.5%、节省大量冲霜水和人力资源，从而降低加工成本，提高产品竞争力。经济效益显著，应用前景十分可观。
3 节能技术要点
3.1 利用冷凝热连续（交替）除霜技术
新型快速冻结装置采用氨（氟）—载冷剂系统，利用冷凝热加热载冷剂代替水或热氨（氟）使蒸发器连续（交替）除霜，实现连续生产。如图1 所示，新型快速冻结装置设有四台以上蒸发器，每台蒸发器均设有独立隔热结构，其中任意一台蒸发器关闭等待除霜，其余三台蒸发器均可正常降温工作。等待除霜的蒸发器指令热载冷剂泵运行。并将被冷凝器冷却水加热的热载冷剂送入该蒸发器除霜。除霜后热载冷剂泵停止工作，冷载冷剂进入该蒸发器。当温度降至－35℃时，隔热机构自动开启，进入正常工作状态。
此后，其他蒸发器依次重复上述动作完成一个除霜周期。全部蒸发器工作数小时后，再进行下一个除霜周期，实现连续除霜连续生产，达到节能目的。
3.2 风机电机外置技术
依据快速冻结装置热流量计算公式，其中Q4 为电机运转热量，见下式：
Q4=1000ΣPaξb（w）
式中：Pa—电机额定功率（kw）；
ξ—热转化系数。电机在冷间内取1，电机在冷间外（外置）取0.75；
b—电机运转时间系数，取1。
由上式可知，风机电机外置可以使电机运转热流量减少25%。对减轻制冷机负荷、降低快速冻结装置耗冷量、提高快速冻结装置效率有利。
3.3 利用外置电机热量除去传送带上的结霜并吹干技术
在低温潮湿工况下，除了蒸发器迅速结霜外，传送带受热湿空气作用也随之结霜，实际经验表明，一般2 小时后开始结霜，4 小时后结霜严重，6 小时后传送带基本被霜（或冰）封死。对于宽带式和螺旋式快速冻结装置由于气流组织不同其影响程度不同，但是对于流态化快速冻结装置由于风机置于传送带下，吹风方式为自下而上，传送带孔隙率越来越小，气流循环量逐渐下降，气流组织会迅速恶化，严重时由于受风压作用，冷气流沿传送带进出口方向流出（又称跑冷），温度上升，产量下降。
为了避免上述现象发生，一般设置传送带吹干装置，如热水清洗热风吹干装置或热融霜吹干装置等。该装置功率一般为10kw～20kw 可满足要求。利用外置电机产生的热量用小功率风机通过管道和喷嘴喷射到传送带上，随时除去结霜并吹干传送带可以减少约15kw 装机功率。按每天20h 生产，全年生产300 天计算，仅此一项可节省耗能90000kwh，平0.72 元/kwh，全年节省费用6.48 万元。
3.4 风机电机变频调速技术
不同食品由于其含水率、比热容、单重、密度、规格等不同。所要求的冻结温度、风速、风压、冻结时间等也不同。采用单一风速、风压的快速冻结装置一般只适用于少数品种。即使扩大冻结品种，其耗能增加，生产成本提高。例如
1 蒸发器
2 载冷剂泵
3 满液式蒸发器
4 热载冷剂罐
5 截止阀
流态化快速冻结装置采用单一风速风压，一般设计时是以青刀豆计算，如果满足青刀豆流态化单体快速冻结，要冻结D25mm 的芋头则很难实现流态化悬浮状。而要冻结类似荷兰豆这种产品则又会产生夹带现象等不良流化冻结。因此采用单一风速风压的快速冻结装置很难满足多品种冻结的要求，不同产品采用不同转速，既可以满足多品种冻结要求，保证产品冻结质量和产量，又达到节能目的，其调速范围见下表：
表1 DL5—1000 节能型装置冻结能力及风机变频调速消耗功率表
从上表可以看出，采用DL5—1000 节能型快速冻结装置冻结上述全部产品与无变频调速DL3—1000 冻结装置比较，其节能情况见表2。
表2 DL5—1000 与DL3—1000 装置节能比较：DL3—1000 DL5—1000
4 装置组成及主要技术参数
DL5—1000 装置由以下部件组成：外围护结构、蒸发器、内围护结构、隔热门、风机、传送带及传动机构、控制柜、底盘及支架等。
冻结能力：1000kg/h 出料温度：－18℃
耗冷量 ：162kw 冻结时间：6～60min 可调
冻结温度：-35℃±5℃ 功率 ：50.95kw
进料温度：15℃ 乙醇温度：-40℃±5℃
外型尺寸：8.6×5.2×3.2m
5 装置的优缺点：
1）连续（交替）除霜消除了停产除霜和重新降温环节，不仅降低了能耗，而且解决了因停产除霜和重新降温过程大量加工人员待工的问题，提高了装置效率和劳动生产率。
2）利用冷凝热加热载冷剂除霜节省大量除霜用水，对于缺水地区十分有利，同时减少大量除霜污水排放，有利环保。
3）采用氨—载冷剂系统避免氨系统进入人员密集的加工车间，消除安全隐患。
4）装置及系统复杂，设备费用大约增加20%。
6 综合耗能比较
新型DL5—1000 型与常规型DL3—1000 性能及综合耗能比较
7 结束语
我国国产快速冻结装置的生产已有20 余年的历史，生产厂商近百家。由单一品种逐渐发展成四大类产品，即流态化快速冻结装置、双螺旋快速冻结装置、宽带式快速冻结装置和钢板带式快速冻结装置。产品质量逐年提高。赶上和超过国际先进水平已指日可待。
我国是一个农业大国，农产品深加工率逐年提高。快速冻结装置的需求量也逐年增加。但是，目前国内外生产的快速冻结装置均为常规型，具有单位耗能高、效率低、耗水量大、利用率低等缺点。许多用户对降低装置单位耗能，提高装置效率，节水等具有强烈愿望。因此，DL5 系列节能型快速冻结装置的推广应用具有较大潜力，此外目前市场运行的常规快速冻结装置逐渐被淘汰更新。
DL5 系列产品新技术将扩展到DD 系列宽带式快速冻结装置、DS 系列双螺旋快速冻结装置和DB 系列钢板带式快速冻结装置。应用广泛。
综上所述，新型DL5—1000 型快速冻结装置比常规快速冻结装置降低耗能约25%。即单位耗能降低91.8kwh/t。按每年生产6000 吨计算，年节电550800kwh，节省电费396576 元；节水12000 吨，节省水费6 万元。年节省费用45.7 万元。
自主研制和开发新型节能型快速冻结装置，实现技术突破达到节省能耗、降低加工成本，完成符合目前我国政府提出的“节省能源、降低能耗”的战略政策。这对于提高我国农产品深加工率、提高农产品附加值、提高用户经济效益具有重要意义。同时，预示着我国国产快速冻结装置达到了国际先进水平，甚至在某些方面超过了国外同类产品的技术水平！也预示着我国国产快速冻结装置进入了一个节能新时代！