The art of air blast freezing: Design and efficiency considerations

3.5 kW motors drawing 4.0 kW. The fans were re-pitched from 30

to 22

to maintain drawn power within the motor capacity. After
the modifications satisfactory freezing was being achieved within
the specified 48 h turnaround period.
Kemp and Chadderton
[48]
performed a study on the perfor-
mance of batch blast freezers used to freeze beef cartons and found
that designs seem to be based on average product heat load which
is insufficient to handle the initial peak heat load. This problem is
especially prevalent with hot-bone meat. Insufficient cooling
capacity generally occurs at the beginning of the freezing process
when the product heat load is being released at a peak rate that far
exceeds the average rate, see
Fig. 5
. This problem is compounded as
very few blast freezer systems manage to maintain their design
cooling capacity (
Fig. 11
).
Bowater
[34]
states it is necessary to size evaporators at least
50% higher than the average refrigeration load for 24 h freezes to
account for the high initial heat load, while this requirement is not
so critical for 48 h freezes. Other factors effecting cooling time
include overloading of the freezers that often results in higher
cooling loads and therefore longer freezing times. Changes in
product packaging have to be taken into account when sizing air
blast freezer throughput. Mannapperuma et al.
[49]
found the
surface heat transfer coefficient of whole, unpackaged chickens
reduced by an order of magnitude when the chickens were wrap-
ped in plastic and stored in vented boxes. Kemp and Chadderton
[48]
surveyed a plant which changed the type of cardboard pack-
aging used. As a result freezing time was increased by 8 h. The
change of packaging was determined as the major cause of the
plant’s freezing problems.
The fan load in old carcass freezers can account for up to 60%
of the total refrigeration load
[50]
. Wee et al
[51]
installed
variable speed drives (VSD’s) on the fans of a 4000 lamb carcass
capacity blast freezer and reported a 44% energy saving. The
VSD was controlled by a personal computer where the program
continuously analysed data inputs such as air temperature and
calculated the optimum air flow velocity. The VSD payback
period was 2.1 years. Other benefits included a more uniform
product quality, improved power factor for the freezer fans and
minimization of product weight-loss due to the lower air
velocity. Kolbe et al
[32]
investigated the effects of baffling and
various fan speed control on air blast freezer performance. The
8.7 tonne capacity freezer was used for 10 kg sardine cartons.
The system had three 5.6 kW fans mounted in the false ceiling
downstream of the evaporator. Typical freezing times were
around 12.5 h.
The following modifications were applied to re-direct and
channel the air flow:
 Plywood on upper supply-side corners prevented air from
sweeping around the upper end of the ceiling structure
 The ceiling was lowered to 75 mm to reduce the gap between
ceiling and product
 Plastic sheeting on the supply-air side sealed the horizontal
corner where the near-vertical and horizontal ceilings meet,
and at the vertical corners between wall and cartons
 Floor-to-ceiling plywood sheets, installed at the start of each
freezing cycle, covered the ends of the racks and prevented
end-around by-pass
Prior to the modifications, analysis of the flow velocities showed
35% of the air went through the carton racks, 15% flowed over the
top of the racks and 50% by-passed around the two sides. Air
velocity ranged roughly from 1.5 to 4.0 m/s. After the modifications
velocities ranged from 3.0 to 4.0 m/s, hence the average velocity
through the product increased. The results of the baffling are
shown in
Table 3
. The baffling reduced maximum freezing time by
15%, fan energy usage by 6% and uniformity, the difference between
maximum and minimum freezing times of individual cartons,
improved significantly.
Fig. 10.
Comparison of model COP against measured COP.
Fig. 11.
Product heat load characteristics for hot-boned and cold-boned beef cartons
[47]
.
Fig. 9.
Comparison of the condenser model capacity against measured condenser
capacity.

tải về 1.05 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: