冰箱制冷系統(tǒng)設計說明書.doc

. . . .冰箱制冷系統(tǒng)設計說明書1.冰箱設計步驟圖1 BCD-348W/H電冰箱制冷系統(tǒng)圖2.冰箱的總體布置2.1箱體設計要求及形式電冰箱箱體設計的優(yōu)劣，直接影響使用性能、外觀、耐久性制造成本和市場銷售。在進行設計時，要求造型別致、美觀大方。除色調要與家庭家具協調外，還必須考慮占地面積小內容積大，寬度、深度與高度的比例合理，有穩(wěn)定感等。冰箱箱體尺寸見表1。表1箱體尺寸2.2箱體外表面溫度校核和絕熱層厚度設計箱體的絕熱層時，可預先參照國內外冰箱的有關資料設定其厚度，并計算出箱體表面溫度tw。如果箱體外表面溫度tw低于露點溫度td，則會在箱體表面發(fā)生凝露現象，因此箱體表面溫度必須高于露點溫度,一般tw td+0.2toti (1)國家標準GB8059.1規(guī)定，電冰箱在進行凝露實驗時亞溫帶SN、溫帶N氣候條件下，露點溫度為190.5亞熱帶ST、熱帶T氣候條件下，露點溫度為270.5在tw td的前提下，計算箱體的漏熱量Q1，并用下面的公式校驗絕熱層的厚度 (2)-冰箱外壁溫度，-冰箱內壁溫度，-絕熱層導熱系數，w/(m.k)-傳熱面積，m2校驗計算的厚度在設定厚度基礎上進行修正，反復計算，直到合理為止。3.冰箱熱負荷計算總熱負荷Q=Q1+Q2+Q3Q1- 箱體的漏熱量Q2- 門封漏熱量Q3- 除露管漏熱量（1）箱體的漏熱量Q1由于箱體外殼鋼板很薄，而其導熱系數很大，所以鋼板熱阻很小，可忽略不計。內膽多用塑料ABS成型，熱阻較大，可將其厚度一起計入隔熱層，箱體的傳熱可以看做單層平壁的傳熱。 (3) (4)其中：K 傳熱系數，W/m2；A 傳熱面積，m2 ；to箱體外空氣溫度，；ti箱體內空氣溫度，o箱外空氣對箱體外表面的表面換熱系數，W/m2；i箱體內表面對箱內空氣的表面換熱系數，W/m2； 絕熱層的導熱系數,W/m2； 箱體各絕熱層的厚度，m注：1當室內風速為0.1-0.15m/s時，o可取3.5-11.6 W/m22箱內空氣為自然對流（直冷冰箱）時，i可取0.6-1.2 W/m23間冷冰箱，由于箱內風速大，i可取17-23 W/m2（2）門封漏熱量Q2冷凍室和冷藏室的門封漏熱系數均取0.0406W/m。Q2=0.0406L（to-ti） (6)其中：L 門封有效長度；mto箱體外空氣溫度，；ti箱體內空氣溫度，（3）除露管漏熱量Q3 依據經驗公式估算除露管帶給箱體的熱負荷：Q3=(LD/1.79)0.2294(tD-0.84to-0.16tF)Pr (7)其中：LD 除露管有效長度；mtD 除露管溫度；to 箱體外空氣溫度，；tF 冷凍室溫度；Pr 壓縮機工作系數；4.制冷系統(tǒng)熱力計算電冰箱制冷系統(tǒng)熱力計算的目的是算出循環(huán)系統(tǒng)的性能指標，制冷工質的循環(huán)量和壓縮機實際吸入蒸氣量。以此作為設計電冰箱冷凝器、蒸發(fā)器及壓縮機選型的依據。4.1制冷循環(huán)的額定工況制冷循環(huán)的額定工況參照國標 GB9098-88中規(guī)定的工況，見表2。表2.我國國標 GB9098-88中規(guī)定的工況制冷系統(tǒng)中的需確定的參數為：冷凝溫度tk，蒸發(fā)溫度t0，回氣溫度th，過冷溫度tg（1）冷凝溫度tk 冷凝溫度一般取決于冷卻介質的溫度以及冷凝器中冷質與制冷劑的傳熱溫差，傳熱溫差與冷凝器的冷卻方式和結構形式有關。電冰箱大多采用空氣自然對流冷卻方式，制冷劑的冷凝溫度等于外界空氣溫度加上冷凝傳熱溫差。冷凝傳熱溫差一般取10-20 ，冷凝器的傳熱性能好，可適當取小的數值，例如采用風速為2-3m/s的風冷卻時，傳熱溫差可取8-10 (2) 蒸發(fā)溫度t0蒸發(fā)溫度一般取決于被冷卻物體的溫度以及蒸發(fā)器中制冷劑與被冷卻物體的傳熱溫差，電冰箱的蒸發(fā)溫度等于箱內溫度減去傳熱溫差，一般傳熱溫差取5-10 ,如采用風冷卻式時傳熱溫差可取5 。箱內溫度一般參照星級要求選取。（3）回氣溫度th回氣溫度取決于蒸氣離開蒸發(fā)器時的狀態(tài)和回氣管的長度。電冰箱采用全封閉壓縮機，一般進入殼體的狀態(tài)為吸氣狀態(tài)，可根據壓縮機標定的共況選取，該值越低對壓縮機運行越有利。一般回氣溫度要小于或等于環(huán)境溫度，但經實際測定，由于電機加熱吸入氣缸前過熱蒸氣溫度達到80 （4）過冷溫度tg過冷溫度取決于液體制冷劑在回氣管中進行熱交換的程度。冷凝后的制冷劑在冷凝器末端已達到環(huán)境溫度，再與回氣管進行熱交換得到冷卻。一般過冷溫度等于環(huán)境溫度減去過冷度，過冷度可取15-32 4.2制冷系統(tǒng)熱力計算案例要求設計一臺采用自然對流冷卻方式的BCD-195熱帶型電冰箱，冷凍食品貯藏室的溫度要求為 -18 ，制冷劑選用R12?，F對該冰箱的制冷系統(tǒng)進行熱力計算。（環(huán)境溫度：SN型、N型、ST型取25；T型取32）對于熱帶型電冰箱，環(huán)境溫度取32。計算步驟如下 ：（1）確定制冷系統(tǒng)的額定工況。表3制冷系統(tǒng)額定工況工況參數冷凝溫度tk蒸發(fā)溫度t0回氣溫度th過冷溫度tg設計值54.4-2532（80）17參數來源tk=32+22.4環(huán)境溫度加上傳熱溫差t0=-18-7冷凍室溫度減去傳熱溫差取為環(huán)境溫度括號值為實際吸入氣缸前的過熱蒸汽tS= 32-15環(huán)境溫度減去過冷度（2）運用壓焓圖求各參數。根據設計冰箱確定的工況和選用的制冷劑，運用壓-焓圖或熱力性質表或計算公式求取有關壓力、各點比焓值和過熱蒸氣比體積。計算時采用圖2的壓-焓圖。圖中將制冷劑在毛細管內的節(jié)流和進一步過冷過程分別用3-4和3-3表示。圖2.冰箱制冷系統(tǒng)壓-焓圖 表4熱力參數值（R12）（3）計算循環(huán)的各性能指標。是例1中總熱負荷的計算值。5. 壓縮機選型及熱力計算 電冰箱壓縮機均采用全封閉式壓縮機。對于冰箱廠，一般無制造冰箱壓縮機的能力，只能在進行電冰箱設計時，直接根據設計任務書所提出的制冷量的大小從已有產品中選擇壓縮機。壓縮機選型時，主要的參考資料是各種壓縮機的全性能曲線，全性能曲線見圖3。 圖中t0為蒸發(fā)溫度,tk為冷凝溫度。壓縮機制造廠提供每種型號壓縮機的全性能曲線。 用全性能曲線選擇壓縮機的方法如下：通過制冷系統(tǒng)的熱力計算，求出在計算工況t0,tk時的制冷量Q。；參照各種壓縮機的全性能曲線，選擇壓縮機。所選用的壓縮機應滿足計算工況下的制冷量，并應有高的制冷系數，同時要顧及產品的質量，價格和安裝尺寸。壓縮機型號及性能見附表1。圖3.壓縮機全性能曲線6. 毛細管的設計計算在電冰箱和空調器等小型制冷裝置設計中，毛細管尺寸的正確選擇和制冷劑充注量的確定都是很重要的，它們將直接影響到裝置的有關性能。 關于毛細管的選擇，國內外學者提出了多種方法，但由于毛細管中氣、液兩相流動過程比較復雜，在實際應用中，因管徑偏差、管壁的粗糙度等都難以準確測量，所以計算結果都存在一定誤差。在制冷系統(tǒng)設計中，一般先用實驗或計算法初步預選毛細管，然后再通過整機的試驗，確定其最終尺寸。下面介紹幾種毛細管的選擇方法。（1）實測法 實測法分為毛細管液體流量測定法和氮氣(或者空氣)流量測定法兩種。 液體流量測定法是將幾臺經過實測和證實符合設計要求工況工作的制冷系統(tǒng)作為樣機，拆除該機的毛細管作為標準品，測出它的液體流量值，作為生產所用毛細管的測定依據。簡易測定流量方法如圖4所示。在鋼瓶內盛的液體(酒精、水或四氯化碳)用空氣壓縮機加壓，在氣體流量控制閥的控制下，瓶內的壓力保持在表壓力1MPa，每分鐘通過毛細管的液體量，就是該毛細管的流量(mL)。 氮氣(或空氣)流量測定法一般用壓縮機為排氣動力，進行氮氣(空氣)流量測定。其測定方法：在壓縮機吸、排氣側連接低壓、高壓閥門和壓力表，低壓閥門處于全開狀態(tài)，把毛細管一端焊在干燥過濾器出口上(要保持干燥過濾器暢通)，另一端暫不焊入蒸發(fā)器。壓縮機啟動運行后，氮氣或空氣從低壓閥吸人，直到低壓吸入壓力與大氣壓相等時，高壓表指示壓力應穩(wěn)定在 l12Mpa（此壓力為冰箱設計值，對于空調器，壓力應為0.550.6Mpa）的數值上。如高壓超過上述值，說明流量過小，可截去一段毛細管，邊截邊試，直到壓力值合適為止。如壓力過低，說明流量過大，要更換長一些的毛細管或加大毛細管的阻力，如增加毛細管盤卷圈數或盤卷直徑等。這種方法在維修中應用較普遍。 圖4 毛細管流量測定示意圖（2） 圖解法圖解法即在穩(wěn)定工況下，對某種制冷劑按試驗數據作出線圖。實際應用時，根據已知的條件，通過線圖選擇適用的毛細管。圖5a以管徑di為1.625mm,長度L為2030mm，蒸發(fā)壓力小于或等于臨界壓力時情況下測得的制冷劑流量，并以冷凝溫度為54.4，進口溫度為46.1時為流量為相對流量1，而圖5b則表明冷凝溫度為54.4，進口溫度為46.1時，各種毛細管管徑及長度下的相對流量。a 制冷劑流量與過冷度、冷凝 b 制冷劑流量與毛細管規(guī)格的關系溫度的關系 （tk=54.4 過冷度t=8.1）圖 5 （3）計算法毛細管的計算公式到目前為止都不是十分精確?，F介紹一種從管道阻力計算中推導出來的經驗公式。 (8)（4）統(tǒng)計法統(tǒng)計法是一種最簡單的使用方法，它是根據多數廠家長期的實踐經驗數據選用毛細管。表5是通過統(tǒng)計法得到的用于電冰箱、冷藏庫毛細管的選配表。表5毛細管的選配表 7制冷劑充注量制冷系統(tǒng)設計制造中，制冷劑加入量過多或過少，運行都是不利的。制冷劑量不足時，蒸發(fā)器未完全充滿，蒸發(fā)壓力降低，壓縮機吸氣過熱度增加，因此蒸發(fā)器的傳熱系數和系統(tǒng)制冷量減小。另一方面制冷劑量過多時，將導致冷凝器參與換熱的有效表面減少，結果引起冷凝溫度和壓力增加，系統(tǒng)制冷量下降，能耗也增加，而且充注量過多時，傳熱系數的下降速度比充注量不足時更快。制冷劑注入量的精確計算，迄今還沒有得到很好解決，目前歸納起來有以下幾種方法。 （1）觀察法這種方法是在壓縮機運行的情況下邊充制冷劑，邊檢查充注壓力，（小型制冷系統(tǒng)一般從壓縮機吸入口充注，大中型制冷系統(tǒng)從高壓貯液器加液口充入，充入前應接干燥器，確保充入制冷劑中不含水分）邊觀察蒸發(fā)器的結霜情況、冷凝器的溫度、低壓吸氣管的溫度、壓縮機的運轉電流等。直到蒸發(fā)器全部結霜，壓縮機的運轉電流不超過額定電流時，就停止充制冷劑。（2）實驗數據法 實驗數據法是根據實驗方法得出的計算式和計算圖。這種方法是從長期實踐中總結出來的，在實驗條件下使用是較正確的。下面介紹是按照蒸發(fā)器和冷凝器內部容積計算制冷劑充注量(單位為g)的經驗公式。m0.41Ve+0.62Vc-38 (9)式中 m制冷劑充注量，單位為g； Ve蒸發(fā)器的內部容積，單位為cm3；Vc冷凝器的內部容積，單位為cm3。（3）額定工況計算法 額定工況計算法是根據制冷劑在制冷系統(tǒng)內的不同狀態(tài)，查出它的密度和液體及蒸氣所占容積的比例，然后按運行時各容器的制冷劑狀態(tài)算出其質量。 計算步驟： 1)分別計算冷凝器、蒸發(fā)器、干燥過濾器及管道內腔容積。2)按額定工況參數查出制冷劑在該狀態(tài)(氣態(tài)、液態(tài))下的密度，根據額定工況參數作壓焓圖，并查出蒸發(fā)器進，出口干度x1,x2，再求出蒸發(fā)器內蒸汽的平均干度x=(x1+x2)23)用1)、2)項數據，分別計算各部分所需質量并相加，即為該機制冷劑的注入量。例1： 一臺冰箱的蒸發(fā)器容積Ve0.118dm3，冷凝器容積Vc0.1056dm3，制冷工質為Rl2，其工況t0= -15,tk=55、tg (過冷溫度)=50，求制冷劑的最佳充注量。解：1) 根據給定工況在R12制冷劑壓一焓圖和熱力性質表中查所需參數。t0=-15時，液體密度 Kg/L；蒸氣密度 Kg/Ltk=55, tg=50時 液體密度 Kg/L；蒸氣密度 Kg/L蒸發(fā)器入口干度x1=0.4, 出口干度x2=1.00,平均干度x=0.7。因此蒸發(fā)器內飽和液體平均值占容積的30%，干蒸汽占70%。冷凝器內液體按經驗取15%，干蒸汽占85%。蒸發(fā)器內液體量：kg蒸發(fā)器內干蒸汽量： kg冷凝器內液體量： kg冷凝器內于蒸汽量：kg 總計m=m1+m2+m3+m4=0.05+0.0008+0.019+0.006=0.0758kg=75.8g將以上各式合并，則 (1)式（1）為t0=-15，tk=55下充注R12的充注量公式。電冰箱制冷系統(tǒng)如用R134a替代R12時，其最佳充注量將減少。在不改變系統(tǒng)部件的情況下，制冷劑的充注量將減少10%左右。電冰箱設計案例設計一臺直冷式BCD-195熱帶型電冰箱為例。闡述電冰箱的設計。1.電冰箱的總體布置表5.電冰箱各面的絕熱層厚度（mm）5)箱體結構：外形尺寸為545mm*545mm*l332mm(寬*深*高)。絕熱層用聚氨酯發(fā)泡，其厚度根據理論計算和冰箱廠的實踐經驗選取其值如表5所示，箱體結構圖如圖6所示。圖6箱體結構圖2.電冰箱熱負荷計算2.1冷凍室熱負荷QF（1）箱體的漏熱量Q1表6冷凍室箱體各表面的傳熱量Q1=4.296+5.98+3.275+2.98+4.218=21.379W （2）門封漏熱量Q2Q2=0.0406L（to-ti）=0.04062(545+356) 10-332-(18)=3.66W（3）除露管漏熱量Q3Q3=(LD/1.79)0.2294(tD-0.84to-0.16tF)Pr=2(545+356)+545 10-3/1.790.2294(120-0.8432-0.16(-18) 35%=10.1W冷凍室總熱負荷QF=Q1+Q2+Q3 =21.379+3.66+10.1=35.14W2.2冷藏室熱負荷QR（1）箱體的漏熱量Q1表7冷藏室箱體各表面的傳熱量Q1=-1.94+10.07+6.219+3.89+3.05=21.289W（2）門封漏熱量Q2Q2=0.0406L（to-ti）=0.04062(865+545) 10-3(32-5)=3.1W冷藏室總熱負荷QR=Q1+Q2 =21.289+3.1=24.389W電冰箱總熱負荷為Q=1.2(QF+QR)=1.2(35.14+24.389)=71.43W（考慮一定的熱負荷余量，乘以一個放大系數1.2。）3.箱體外表面凝露校核箱體外表面凝露校核也分冷凍室和冷藏室進行。3.1冷凍室冷凍室絕熱層厚度最薄處在頂面，按式(1)計算，計算時取箱外空氣對箱體表面的表面?zhèn)鳠嵯禂礱0為11.63W(m2K)，傳熱系數K值為0.376W(m2K)，環(huán)境溫度to為32，箱內空氣溫度ti為-18，則外表面溫為：在環(huán)境溫度32，相對濕度75下查空氣的h-d圖，其露點溫度為28.2,由此可見冷凍室絕熱層厚度