The art of air blast freezing: Design and efficiency considerations

and bottom as this is where the surface area and hence the heat
transfer is largest.
A New Zealand meat company decided, for logistic purposes,
that the base dimension of their meat cartons should be the same.
To maintain a constant weight for each carton, the carton’s height
was varied to cater for different product densities. Cleland
[22]
investigated the effects of the different carton heights on freezing
time and found freezing time varied between a linear and
a quadratic relationship with height if the air convection heat
transfer coefficient was unchanged. The tall cartons obstructed the
air flow channels in the freezer more than the short cartons, thus
they had less air flow over them.
Tan et al.
[44]
set out to determine the factors affecting the
freezing process of tilapia fillets of different geometries. A numer-
ical model based on the continuity equation, momentum equations
and energy equation was developed. Five different geometries of
equal mass were tested, three fish cakes and two spherical: slab,
elliptical, disc, spherical and cylindrical respectively. The freezer’s
air velocity was set at 5 m/s and temperature at
35

C.
The three fish cakes had very similar freezing times ranging
from 1.167 (disc) to 1.233 h (slab) due to their similar thickness and
surface area. The freezing time for the sphere was 3.7e3.9 times
longer than that of the flat shaped fillets due to the difference in
surface area and distance from surface to centre. The cylindrical
shaped fillets produced the longest freezing time of 5 h.
9. Single and two stage air blast freezers
Schematic of a two-stage carton blast freezer operating in New
Zealand is shown in
Fig. 5
. The system consists of a 63 kW Vilter
VMC-440 two-stage compressor with desuperheating and sub-
cooling, a Miller air cooled condenser with five pressure
controlled fans, receiver, suction accumulator with sub-cooling,
two 4.0 kW fixed speed evaporator fans, two custom made four
pass evaporators and seven Danfoss expansion valves. Six of the
expansion valves, rated at 10.2 kW, are used on the evaporators
(three per evaporator), the remaining valve is used for the inter-
cooling. The system uses refrigerant R22.
The pressure enthalpy (P-h) diagram for the two-stage blast
freezer system shown in
Fig. 5
, is shown in
Fig. 6
, with actual data
taken from the site, where the advantage of two-stage compression
and sub-cooling is illustrated vividly on the P-h diagram in
Fig. 6
(a)
with reduced compressor work and an increased evaporator
capacity.
The volumetric efficiency of a reciprocating compressor is
inversely proportional to the compression ratio. The ability of the
two-stage system to split the evaporating and condensing pressure
difference over two stages means the compressors are operating
with a lower pressure ratio, thus a higher volumetric efficiency
than the single-stage system. Furthermore, by desuperheating the
LSC discharge refrigerant the HSC discharge temperature is lower
than the single-stage compressor. This means the two-stage system
is less prone to oil breakdown and fatigue on compressor compo-
nents. Intercooling the liquid line enables the refrigerant to enter
the evaporator at a lower quality. Since the heat transfer coefficient
of a two-phase mixture is significantly higher than the vapour,
intercooling the evaporator leads to higher heat transfer coefficient
than that of the single-stage system, thereby, increasing the evap-
orator efficiency.
Fig. 7
shows an older system, installed in approximately 1980.
This is a single-stage system consisting of two stand alone refrig-
eration units, Sub-System One (SS1) and Sub-System Two (SS2).
Fig. 5.
Schematic of a two-stage carton blast freezer operating in New Zealand.

tải về 1.05 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: