The energy-conservation of freezer, with automatically control

1 Refrigeration History

In prehistoric times, man found that his game would last during times when food was not available if stored in the coolness of a cave or packed in snow. In China, before the first millennium, ice was harvested and stored. Hebrews, Greeks, and Romans placed large amounts of snow into storage pits dug into the ground and insulated with wood and straw. The ancient Egyptians filled earthen jars with boiled water and put them on their roofs, thus exposing the jars to the nightrsquo;s cool air. In India, evaporative cooling was employed. When a liquid vaporizes rapidly, it expands quickly. The rising molecules of vapor abruptly increase their kinetic energy and this increase is drawn from the immediate surroundings of the vapor. These surroundings are therefore cooled. The intermediate stage in the history of cooling foods was to add chemicals like sodium nitrate or potassium nitrate to water causing the temperature to fall. Cooling wine via this method was recorded in 1550, as were the words 'to refrigerate”.

Cooling drinks came into vogue by 1600 in France. Instead of cooling water at night, people rotated long-necked bottles in water in which saltpeter had been dissolved. This solution could be used to produce very low temperatures and to make ice. By the end of the 17th century, iced liquors and frozen juices were popular in French society. The first known artificial refrigeration was demonstrated by William Cullen at the University of Glasgow in 1748. Cullen let ethyl ether boil into a partial vacuum; he did not, however, use the result to any practical purpose.

Ice was first shipped commercially out of Canal Street in New York City to Charleston, South Carolina in 1799. Unfortunately, there was not much ice left when the shipment arrived. New Englanders Frederick Tudor and Nathaniel Wyeth saw the potential for the ice business and revolutionized the industry through their efforts in the first half of the 1800s. Tudor, who became known as the “Ice King”, focused on shipping ice to tropical climates. He experimented with insulating materials and built icehouses that decreased melting losses from 66 percent to less than 8 percent. Wyeth devised a method of quickly and cheaply cutting uniform blocks of ice that transformed the ice industry, making it possible to speed handling techniques in storage, transportation and distribution with less waste. In 1805, an American inventor, Oliver Evans, designed the first refrigeration machine that used vapor instead of liquid. Evans never constructed his machine, but one similar to it was built by an American physician, John Gorrie..In 1842, the American physician John Gorrie, to cool sickrooms in a Florida hospital, designed and built an air-cooling apparatus for treating yellow-fever patients. His basic principle--that of compressing a gas, cooling it by sending it through radiating coils, and then expanding it to lower the temperature further--is the one most often used in refrigerators today. Giving up his medical practice to engage in time-consuming experimentation with ice making, he was granted the first U.S. patent for mechanical refrigeration in 1851.

Commercial refrigeration is believed to have been initiated by an American businessperson, Alexander C. Twinning, in 1856. Shortly afterward, an Australian, James Harrison, examined the refrigerators used by Gorrie and Twinning and introduced vapor-compression refrigeration to the brewing and meatpacking industries. Ferdinand Carreacute; of France developed a somewhat more complex system in 1859. Unlike earlier compression-compression machines, which used air as a coolant, Carreacute;s equipment contained rapidly expanding ammonia. (Ammonia liquefies at a much lower temperature than water and is thus able to absorb more heat.) Carreacute;s refrigerators were widely used, and vapor compression refrigeration became, and still is, the most widely used method of cooling. However, the cost, size, and complexity of refrigeration systems of the time, coupled with the toxicity of their ammonia coolants, prevented the general use of mechanical refrigerators in the home. Most households used iceboxes that were supplied almost daily with blocks of ice from a local refrigeration plant.

Beginning in the 1840s, refrigerated cars were used to transport milk and butter. By 1860, refrigerated transport was limited to mostly seafood and dairy products. The refrigerated railroad car was patented by J.B. Sutherland of Detroit, Michigan in 1867. He designed an insulated car with ice bunkers in each end. Air came in on the top, passed through the bunkers, and circulated through the car by gravity, controlled by the use of hanging flaps that created differences in air temperature. The first refrigerated car to carry fresh fruit was built in 1867 by Parker Earle of Illinois, who shipped strawberries on the Illinois Central Railroad. Each chest contained 100 pounds of ice and 200 quarts of strawberries. It was not until 1949 that a refrigeration system made its way into the trucking industry by way of a roof-mounted cooling device, patented by Fred Jones.

Brewing was the first activity in the northern states to use mechanical refrigeration extensively, beginning with an absorption machine used by S. Liebmannrsquo;s Sons Brewing Company in Brooklyn, New York in 1870. Commercial refrigeration was primarily directed at breweries in the 1870s and by 1891, nearly every brewery was equipped with refrigerating machines. Natural ice supply became an industry unto itself. More companies entered the business, prices decreased, and refrigeration using ice became more accessible. By 1879, there were 35 commercial ice plants in America, more than 200 a decade later, and 2,000 by 1909. No pond was safe from scraping for ice production, no

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冷库的节能,自动控制

制冷的历史

在史前时代，人们发现食品如果没有存储在一个清凉的洞穴里或冰雪里就会随时过期坏掉。在远古的中国，冰被收集并储存起来。犹太人，希腊人，罗马人把大量的冰雪用木头和稻草存储在地上挖出的坑里。古埃及人把罐子装满开水放在他们的屋顶,从而把罐子暴露在夜里带来清凉的空气。在印度,采用蒸发冷却。当液体迅速蒸发,它迅速扩张。不断上升的蒸汽分子突然增加动能,吸收来自周边环境的热量。周边环境因此冷却。中期冷却食物的历史是添加化学品硝酸钠和硝酸钾水导致温度下降。冷却葡萄酒通过这种方法在1550年被记录,作单词“冷藏”。

在法国冰镇饮料在1600年开始流行。在夜晚代替冷却水,人们在水中旋转长颈瓶使硝石被溶解。这个方法可以用来产生非常低温度的水和冰。到17世纪,冰酒和冷冻果汁在法国社会流行。第一个已知的人工制冷是威廉·卡伦格拉斯哥大学于1748年证明的。卡伦把乙醚煮成半真空;,然而,他没有这个结果达到任何实用目的。冰第一次成为商业货物是在纽约的查尔斯顿商业运河街,南卡罗来纳州在1799年。不幸的是,并没有太多的冰离开当货物到达。新英格兰人弗雷德里克·都铎和纳撒尼尔惠氏看到制作冰产品的潜在业务,通过他们的努力彻底改变了行业上半年的1800年代。都铎王朝,他们被称为“冰之王”,专注于航运冰热带气候。他尝试用绝缘材料和建造冰室将融化减少损失从66%降至不到8%。惠氏公司设计了一个迅速而廉价地切割均匀块的冰的方法,冰改变了行业,使速度处理技术在存储、运输和分销和更少的浪费。1805年,一位美国发明家,奥利弗·埃文斯,设计的第一个使用蒸汽制冷机器代替液体。埃文斯从来没有生产他的机器,但是一个类似于它是由一个美国医生,约翰·格利耶. .1842年,美国医生约翰·格利在佛罗里达的一家医院设计和建造一个空气冷却装置治疗黄热病患者的冷却病房。他的作用原理——压缩气体,通过辐射冷却它通过发送线圈,然后扩大进一步降低温度,在今天是最常用在冰箱。放弃医疗实践进行耗时的实验与冰,在1851年他获得了第一个美国专利机械制冷。商业制冷被认为是在1856年由一个美国商人亚历山大·c·提宁发起。不久之后,一个澳大利亚人,詹姆斯哈里森,和提宁检查使用的格利冰箱使用在了蒸汽压缩制冷的酝酿和肉类加工业产业。法国人费迪南德卡雷在1859年开发了一个更复杂的系统。与早些时候压缩机器不同,卡雷的设备使用空气作为冷却剂，包含氨可以迅速扩大。氨气液化温度比水要低得多,因而能够吸收更多的热量。卡雷的冰箱被广泛使用,蒸汽压缩制冷现在仍然是使用最广泛的冷却方法。然而,成本、大小和复杂性的制冷系统所需的时间,再加上氨冷却剂的毒性,要避免冰箱在家中的频繁运行。大多数家庭使用冰箱，几乎每天都提供冷冻和冰。

1840年代开始,冷藏车用来运送牛奶和黄油。到1860年,冷藏运输大多仅限于海鲜和乳制品。铁路冷藏车是J.B.在萨瑟兰的底特律密歇根州发明的专利。他设计了一种尾部装载冰仓的汽车。空气在顶部,通过冰仓,并通过汽车由悬挂的扇叶旋转创造了空气温度的差异。1867年，第一个携带新鲜水果的冷藏汽车由伊利诺斯帕克·厄尔发明,那些草莓在伊利诺伊中央铁路运输。每箱含有100磅的冰和200夸脱的草莓。直到1949年,冷却系统作为一种安装冷却装置进入了货运行业,它是弗雷德·琼斯的专利。酝酿是第一种使用机械制冷的技术，大约在1870年，酝酿公司的利布曼的儿子在美国布鲁克林,纽约开始使用吸收式制冷机。在1870年代到1891年，商业制冷主要是使用在啤酒厂,几乎每一个酿酒厂都配备制冷机器。天然冰供应本身成了一个产业。越来越多的公司开始了制作冰的业务,冰的价格开始降低,制冷用冰变得更容易获得。到1879年,在美国有35个商业冰工厂,十年后超过200个,在1909年有2000个。没有池塘刨冰生产是安全的,甚至是1847年每天都产出1000吨冰的梭罗的瓦尔登湖也是如此。

然而,随着时间的推移,冰作为一种冷冻剂,成为一个健康问题。冷和热的作者之一伯尔尼表示：那些大型室内掌握者（公布的美国社会的供暖、制冷和空调工程师）已经越来越难找到了。1890年代,因为污染和污水倾倒,自然冰成为问题。问题的迹象在酿造行业最为明显。很快,肉类加工业和乳制品行业纷纷像他们一样抱怨。制冷技术需要解决方案:冰,机械制造、生机械制冷。卡尔(保罗·戈特弗里德)·冯·林德在1895年建立了一个大型工厂生产液态空气。6年后,他开发了一种方法从液体中分离纯液态氧气,触发了广泛的工业转换过程(如利用氧气。在钢铁生产)。尽管肉类包装工业比啤酒制造业制冷要慢,他们最终普遍使用制冷。到1914年,美国几乎所有的植物在包装机械安装是使用氨压缩系统,它的制冷能力超过90000吨/天。尽管有一定优势，制冷也有它自己的问题。制冷剂二氧化硫和氯甲烷等可以

导致人死亡。氨也有作为有毒性物品是否泄漏的问题。AmRefrigeration 工程师寻找可接受的替代品,直到1920年代,当大量的合成制冷剂称为卤化碳或含氯氟烃(氯氟化碳)发展在电冰箱上使用。这些物质是最著名的专利品牌氟利昂。化学上,氟利昂是由两个氯的取代两个氟原子和四个氢原子在甲烷(CH4)；最终生成,二氯二氟甲烷(CCl2F2),无味,只在非常大剂量是有毒的。虽然冰、酝酿和肉类加工业是工业制冷的主要受益者,许多其他行业也发现制冷能促进他们的业务。

在金属加工方面，例如,机械生产制冷有助于刀具和工具回火冷却。通过制冷从空气中除去传递给高炉的水分来增加生产，铁产量得到了提高。纺织厂制冷用于丝光、漂白和染色。炼油厂发现它必不可少,制造商的纸,药物、肥皂、胶、鞋油、香水、胶片和摄影材料。毛和羊毛产品使用冷藏仓库存储可以防止飞蛾。制冷技术还有益于幼儿园和花店,尤其是来满足季节性的需求,因为鲜花可能会持续更长时间。此外,保护人体防止疾病。酒店企业包括酒店、餐馆、酒吧和冷饮店,为冰提供了大市场。在第一次世界大战,制冷军火工厂提供了所需的严格控制温度和湿度。盟军战斗舰艇使用二氧化碳机器保持弹药的温度远低于烈性炸药而变得不稳定。1973年,詹姆斯bull;洛夫洛克教授发现微量的制冷剂气体在大气中。1974年,舍伍德罗兰和马里奥·莫利纳预测含氯氟烃制冷剂气体将达到高平流层损伤保护地幔氧气的同素异形体,臭氧。1985年,“臭氧空洞”在南极被发现,到1990年罗兰,莫利纳的预测被证明是正确的。如今，现代蒸汽压缩制冷系统的基本组件是压缩机;冷凝器;扩大装置,它可以是一个阀、细管,发动机,或涡轮机;和一个蒸发器。气体冷却剂通常由一个活塞先压缩,然后通过管被推动进入冷凝器。蒸汽冷凝器里,缠绕管通过循环空气或者浴缸水,这就减少了一些压缩气体的热量。冷却蒸汽通过压力很低的扩大设备,随着蒸汽的扩展,它可以把其扩张的能量与周围环境或媒介接触。蒸发器可以直接通过让蒸汽接触冷的区域可以直接冷却一个空间；或者通过冷却二次水等介质间接冷却。在大多数国家冰箱、包括蒸发器的线圈直接接触食品室的空气。

2目前的冰箱自动控制现状

冷库自控虽然得到了全面普及，然而大多数冷库的侧重面只是安全保护，或者还增加了温库捡测和控制，对于全系统的自动调节和冷库的节能控制还很少涉及。另一方面，即便已得到全面普及的安全保护，在实际运行中的情况也不容乐观，个别冷库的自控设施甚至成了“聋子的耳朵”只成了装饰门面的摆设。近年来上海冷藏库协会对上海地区氨制冷系统冷库的安全保护和自动控制情况作了调查，具体情况见表l所示。该调查数据作为豹之一斑反映了当前冷库自控的概况。
自控设置和运行状况很好的冷库虽然只有5座，占统计数的9％，然而就是这些冷库代表了当今的潮流和方向。随着电子技术的发展，自控元件越来越先进、可变程序控制器（PLC）和微机的功能越来越强、自控程序越来越完善，系统优化和节能的意识也越来越强。冷库的节能和自动控制的关系越来越紧密，要把冷库的节能做好和做得更好，就必需把自动控制搞好和搞得更好。上述五座代表当今潮流和先进水平的冷库所采用的以下几项自控内容的实例对实现冷库节能都起了相当重要的作用。

3如何做好冷库节能自动控制准备工作

上述文章的主要内容是以氨为制冷工质的集中式制冷系统的冷库，当今以卤代烃为制冷工质的分散式，准集中式，集中式制冷系统的冷库得到了很大的发展，其自控程度也往往高于以氨为制冷工质的集中式制冷系统冷库。多工质不同系统各类冷库的广泛应用，极大的丰富了冷库自动控制的内容，同时也为自动控制在冷库节能中的应用提供了广阔的空间。

3.1冷库节能自动控制

冷库节能的自动控制主要涉及的内容是节能控制程序的编制和自动控制元器件的选用。作为自控元器件的厂商、专业设计院或有能力的单位都可以担当冷库节能自动控制的研发。到目前为止厂商和设计院在该领域内均已有完善。

3.2冷库节能自动控制具体项目的设计和实施

一个具体项目节能自动控制的实施过程往往是通过设计、安装调试、试运行、效果考核并修正，直至符合设计要求达到节能的目的为止。当项目要求内容有变化比时，可随时修改并满足要求。

冷库的节能往往需求通过先进的制冷设、合适的系统匹配、灵活的应变措施和严格的运行管理得以实施，这就需要制冷技术人员在优化制冷工艺设计的基础上，熟悉节能的需要、结合项目特点，设计出完整的冷库节能自动控制流程图。根据自控流程图、电气自控技术人员才能完成其电气自控设计，同时还能运用其专业知识，使自控流程更为简化和优化。冷库节能是冷库自动控制重要组成部分，凡冷库自动控制均由制冷和电气两部分内容组成，只有在两方面技术人员的共同努力下才能使冷库自动控制有效并使冷库节能落实有效。

4冷库节能自动控制的实践和想法

节能是冷库自动控制的目的之一。

4.1关于库房温度和蒸发温度调节

4.1.1仓库温度控制

以往仓库温度调节以多点温度参数的库房温度调节为主，对蒸发温度一般不作调节，很难达到很好的节能效果。

仓库温度理想的控制方式是以仓库的平均温度、冷风机的进风及其出风温度为输入参数，编制适当的控制程序，通过PLC调节。这样温库调节可以达到节能的要求，也能满足某些库房高精度温度调节的需要，目前已可达到0.25℃的精度要求节能约10%。

4.1.2减少不同蒸发温度冷间的并联运行

由于同一个系统的制冷压缩机只能在同一个蒸发温度下运行，所以不同蒸发温度的冷间如果并联运行，对于相对蒸发温度较高的冷间就处于不节能的运行状态，该冷间热负荷越高就越不节能。应当尽量避免这种情况的出现。氟利昂制冷系统中一机双问冷库的做法，在高温库回气管上加背压阀，在低温库回气管上加单向阀，是不节能的典型做法，不应提倡而应该废止。

4.1.3变蒸发温度调节

在某一运行状态下如果蒸发温度能以库房热负荷一机制冷系统制冷量为参数进行调节，则既能达到节能的目的还能使能量调节更为合理。一般而言，制冷系统蒸发器和制冷压缩机的配备基本都能满足最高负荷的要求。如果冷间热负荷减少而制冷量不能及时作出相应调节，则制冷系统的蒸发温度将会相应降低，使压缩机的制冷量与热负荷达到一个新的平衡点。而蒸发温度的降低反过来却增加了蒸发器的制冷量，面对已减少的热负荷必然形成频繁启停的后果。蒸发温度每变化1℃，相应增减的电能约3~5℃。如果及时调高蒸发温度，使系统在另一个理想的平衡点上，则不但避免了浪费、做到了节能，还减少了制冷压缩机的频繁启动，是一举两得的节能措施。

4.1.4变流量调节

以往氨制冷系统蒸发器的制冷剂流量基本没有变流量调节；氟利昂系统蒸发器的制冷剂流量，大多数只能做到简单的比例调节。空气冷却器的空气流量大多数没有调节或者只有双速及风扇台数调节。这两种流量参数的调节都是与库房冷分配设备制冷量以及库房温度直接相关的调节，也是冷库节能自控应该重视的内容之一。

4.1.5获取仓库的高度

设定合适的控制精度和加设超限控制，不同的库房、不同的库存商品和不同储存器都有不同的库房温度及其控制精度要求。从节能的角度出发，只要不影响商品的品质，库房温度应该取高不取低、控制精度应该取低不取高，不必片面追求过低的库温和高精度控制。

对于多个冷间的库房温度控制，除了原有的库房温度设定值之外，应该设库温朝鲜控制值。这种双因素的库房温度调节能做到制冷系统需要投入运行时，不会因为个别库房温度的偏离而过早投入运行；还可以根据当时的实际情况不使冷间或制冷系统过早的停止运行，充分利用现有能量并避免设备或系统的频繁启停。

4.1.6设置避免高峰运行控制

电力紧缺是当前全国各地存在的普遍现象，用电高峰的巨差更加重了电力紧缺，为此电费的峰谷差价在许多城市实行而且差价还在逐渐变大。在不影响商品质量的前提下，冷库设置避免高峰运行，有利于电网削峰补谷，宏观上帮主全局节能；微观上邪有利于降低冷库的运行成本。

4.2冷间相对湿度调节

冷间相对湿度的调节与温度调节方法的相似之处不必重复叙述。一般冷间的相对湿度在85~95%之间，但也有一些冷间要求的相对湿度低于或高于该范围，例如有些气调库要求的相对湿度是98%，而有些农作物种库的相对湿度要求是40~45%，在高相对湿度调节和低相对湿度调节时尤其应该注重节能措施。

4.2.1高相对湿度调节

对于高相对湿度要求冷间的调节，首先要进来降低制冷剂温度和牢房温度之间的对数平均温差（可取2K），有必要时还可采取载冷剂间接制冷系统；此外还可采用空气容霜并把容霜水还给库房

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