冰箱制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、冰箱制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書1.冰箱設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求及形式電冰箱箱體設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接影響使用性能、外觀、耐久性制造成本和市場(chǎng)銷售。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求造型別致、美觀大方。除色調(diào)要與家庭家具協(xié)調(diào)外，還必須考慮占地面積小內(nèi)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(shè)計(jì)箱體的絕熱層時(shí)，可預(yù)先參照國(guó)內(nèi)外冰箱的有關(guān)資料設(shè)定其厚度，并計(jì)算出箱體表面溫度tw。如果箱體外表面溫度tw低于露點(diǎn)溫度td，則會(huì)在箱體表面發(fā)生凝露現(xiàn)象，因此箱體表面溫度必須高于露點(diǎn)溫度,一般tw &g

2、t; td+0.2toti (1)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8059.1規(guī)定，電冰箱在進(jìn)行凝露實(shí)驗(yàn)時(shí)亞溫帶SN、溫帶N氣候條件下，露點(diǎn)溫度為19±0.5亞熱帶ST、熱帶T氣候條件下，露點(diǎn)溫度為27±0.5在tw > td的前提下，計(jì)算箱體的漏熱量Q1，并用下面的公式校驗(yàn)絕熱層的厚度 (2)-冰箱外壁溫度，-冰箱內(nèi)壁溫度，-絕熱層導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m.k)-傳熱面積，m2校驗(yàn)計(jì)算的厚度在設(shè)定厚度基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，反復(fù)計(jì)算，直到合理為止。3.冰箱熱負(fù)荷計(jì)算總熱負(fù)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(dǎo)

3、熱系數(shù)很大，所以鋼板熱阻很小，可忽略不計(jì)。內(nèi)膽多用塑料ABS成型，熱阻較大，可將其厚度一起計(jì)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(shù)，W/m2·；A 傳熱面積，m2 ；to箱體外空氣溫度，；ti箱體內(nèi)空氣溫度，o箱外空氣對(duì)箱體外表面的表面換熱系數(shù)，W/m2·；i箱體內(nèi)表面對(duì)箱內(nèi)空氣的表面換熱系數(shù)，W/m2·； 絕熱層的導(dǎo)熱系數(shù),W/m2·； 箱體各絕熱層的厚度，m注：1當(dāng)室內(nèi)風(fēng)速為0.1-0.15m/s時(shí)，o可取3.5-11.6 W/m2·2箱內(nèi)空氣為自然對(duì)流（直冷冰箱）時(shí)，i可取0.6-1.2 W/m2&

4、#183;3間冷冰箱，由于箱內(nèi)風(fēng)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(shù)均取0.0406W/m·。Q2=0.0406·L·（to-ti） (6)其中：L 門封有效長(zhǎng)度；mto箱體外空氣溫度，；ti箱體內(nèi)空氣溫度，（3）除露管漏熱量Q3 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算除露管帶給箱體的熱負(fù)荷：Q3=(LD/1.79)×0.2294×(tD-0.84to-0.16tF)×Pr (7)其中：LD 除露管有效長(zhǎng)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(jī)工作系數(shù)；4.制冷系

5、統(tǒng)熱力計(jì)算電冰箱制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算的目的是算出循環(huán)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，制冷工質(zhì)的循環(huán)量和壓縮機(jī)實(shí)際吸入蒸氣量。以此作為設(shè)計(jì)電冰箱冷凝器、蒸發(fā)器及壓縮機(jī)選型的依據(jù)。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(guó)標(biāo) GB9098-88中規(guī)定的工況，見表2。表2.我國(guó)國(guó)標(biāo) GB9098-88中規(guī)定的工況制冷系統(tǒng)中的需確定的參數(shù)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(zhì)的溫度以及冷凝器中冷質(zhì)與制冷劑的傳熱溫差，傳熱溫差與冷凝器的冷卻方式和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。電冰箱大多采用空氣自然對(duì)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

6、溫差一般取10-20 ，冷凝器的傳熱性能好，可適當(dāng)取小的數(shù)值，例如采用風(fēng)速為2-3m/s的風(fēng)冷卻時(shí)，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(nèi)溫度減去傳熱溫差，一般傳熱溫差取5-10 ,如采用風(fēng)冷卻式時(shí)傳熱溫差可取5 。箱內(nèi)溫度一般參照星級(jí)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(shí)的狀態(tài)和回氣管的長(zhǎng)度。電冰箱采用全封閉壓縮機(jī)，一般進(jìn)入殼體的狀態(tài)為吸氣狀態(tài)，可根據(jù)壓縮機(jī)標(biāo)定的共況選取，該值越低對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行越有利。一般回氣溫度要小于或等于環(huán)境溫度，但經(jīng)實(shí)際測(cè)定，由于電機(jī)加熱吸入氣缸前

7、過熱蒸氣溫度達(dá)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(jìn)行熱交換的程度。冷凝后的制冷劑在冷凝器末端已達(dá)到環(huán)境溫度，再與回氣管進(jìn)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(jì)算案例要求設(shè)計(jì)一臺(tái)采用自然對(duì)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(xiàn)對(duì)該冰箱的制冷系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算。（環(huán)境溫度：SN型、N型、ST型取25；T型取32）對(duì)于熱帶型電冰箱，環(huán)境溫度取32。計(jì)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(shù)冷凝溫度tk蒸發(fā)溫度t0回氣溫度th過冷

8、溫度tg設(shè)計(jì)值54.4-2532（80）17參數(shù)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(hào)值為實(shí)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(yùn)用壓焓圖求各參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)冰箱確定的工況和選用的制冷劑，運(yùn)用壓-焓圖或熱力性質(zhì)表或計(jì)算公式求取有關(guān)壓力、各點(diǎn)比焓值和過熱蒸氣比體積。計(jì)算時(shí)采用圖2的壓-焓圖。圖中將制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的節(jié)流和進(jìn)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(shù)值（R12）（3）計(jì)算循環(huán)的各性能指標(biāo)。是例1中總熱負(fù)荷的計(jì)算值。5. 壓縮機(jī)選型及熱力計(jì)算 電冰箱壓縮機(jī)均采用全

9、封閉式壓縮機(jī)。對(duì)于冰箱廠，一般無制造冰箱壓縮機(jī)的能力，只能在進(jìn)行電冰箱設(shè)計(jì)時(shí)，直接根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書所提出的制冷量的大小從已有產(chǎn)品中選擇壓縮機(jī)。壓縮機(jī)選型時(shí)，主要的參考資料是各種壓縮機(jī)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(jī)制造廠提供每種型號(hào)壓縮機(jī)的全性能曲線。 用全性能曲線選擇壓縮機(jī)的方法如下：通過制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算，求出在計(jì)算工況t0,tk時(shí)的制冷量Q。；參照各種壓縮機(jī)的全性能曲線，選擇壓縮機(jī)。所選用的壓縮機(jī)應(yīng)滿足計(jì)算工況下的制冷量，并應(yīng)有高的制冷系數(shù)，同時(shí)要顧及產(chǎn)品的質(zhì)量，價(jià)格和安裝尺寸。壓縮機(jī)型號(hào)及性能見附表1。圖3.壓縮機(jī)全性能曲線6. 毛細(xì)管的設(shè)計(jì)計(jì)

10、算在電冰箱和空調(diào)器等小型制冷裝置設(shè)計(jì)中，毛細(xì)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(guān)性能。 關(guān)于毛細(xì)管的選擇，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種方法，但由于毛細(xì)管中氣、液兩相流動(dòng)過程比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，因管徑偏差、管壁的粗糙度等都難以準(zhǔn)確測(cè)量，所以計(jì)算結(jié)果都存在一定誤差。在制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般先用實(shí)驗(yàn)或計(jì)算法初步預(yù)選毛細(xì)管，然后再通過整機(jī)的試驗(yàn)，確定其最終尺寸。下面介紹幾種毛細(xì)管的選擇方法。（1）實(shí)測(cè)法 實(shí)測(cè)法分為毛細(xì)管液體流量測(cè)定法和氮?dú)?或者空氣)流量測(cè)定法兩種。 液體流量測(cè)定法是將幾臺(tái)經(jīng)過實(shí)測(cè)和證實(shí)符合設(shè)計(jì)要求工況工作的制冷系統(tǒng)作為樣機(jī)，拆除該機(jī)的毛細(xì)管作為標(biāo)準(zhǔn)

11、品，測(cè)出它的液體流量值，作為生產(chǎn)所用毛細(xì)管的測(cè)定依據(jù)。簡(jiǎn)易測(cè)定流量方法如圖4所示。在鋼瓶?jī)?nèi)盛的液體(酒精、水或四氯化碳)用空氣壓縮機(jī)加壓，在氣體流量控制閥的控制下，瓶?jī)?nèi)的壓力保持在表壓力1MPa，每分鐘通過毛細(xì)管的液體量，就是該毛細(xì)管的流量(mL)。 氮?dú)?或空氣)流量測(cè)定法一般用壓縮機(jī)為排氣動(dòng)力，進(jìn)行氮?dú)?空氣)流量測(cè)定。其測(cè)定方法：在壓縮機(jī)吸、排氣側(cè)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(xì)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(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，氮?dú)饣蚩諝鈴牡蛪洪y吸人，直到低壓吸入壓力與大氣壓相等時(shí)，高壓表指示壓力應(yīng)穩(wěn)定在 l12Mpa（此

12、壓力為冰箱設(shè)計(jì)值，對(duì)于空調(diào)器，壓力應(yīng)為0.550.6Mpa）的數(shù)值上。如高壓超過上述值，說明流量過小，可截去一段毛細(xì)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(zhǎng)一些的毛細(xì)管或加大毛細(xì)管的阻力，如增加毛細(xì)管盤卷圈數(shù)或盤卷直徑等。這種方法在維修中應(yīng)用較普遍。 圖4 毛細(xì)管流量測(cè)定示意圖（2） 圖解法圖解法即在穩(wěn)定工況下，對(duì)某種制冷劑按試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出線圖。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)已知的條件，通過線圖選擇適用的毛細(xì)管。圖5a以管徑di為1.625mm,長(zhǎng)度L為2030mm，蒸發(fā)壓力小于或等于臨界壓力時(shí)情況下測(cè)得的制冷劑流量，并以冷凝溫度為54.4，進(jìn)口溫度為46.1時(shí)為流量為相對(duì)流量1，

13、而圖5b則表明冷凝溫度為54.4，進(jìn)口溫度為46.1時(shí)，各種毛細(xì)管管徑及長(zhǎng)度下的相對(duì)流量。a 制冷劑流量與過冷度、冷凝 b 制冷劑流量與毛細(xì)管規(guī)格的關(guān)系溫度的關(guān)系 （tk=54.4 過冷度t=8.1）圖 5 （3）計(jì)算法毛細(xì)管的計(jì)算公式到目前為止都不是十分精確?，F(xiàn)介紹一種從管道阻力計(jì)算中推導(dǎo)出來的經(jīng)驗(yàn)公式。 (8)（4）統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法是一種最簡(jiǎn)單的使用方法，它是根據(jù)多數(shù)廠家長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用毛細(xì)管。表5是通過統(tǒng)計(jì)法得到的用于電冰箱、冷藏庫毛細(xì)管的選配表。表5毛細(xì)管的選配表 7制冷劑充注量制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造中，制冷劑加入量過多或過少，運(yùn)行都是不利的。制冷劑量不足時(shí)，蒸發(fā)器未完全充滿，蒸發(fā)壓力降低

14、，壓縮機(jī)吸氣過熱度增加，因此蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)和系統(tǒng)制冷量減小。另一方面制冷劑量過多時(shí)，將導(dǎo)致冷凝器參與換熱的有效表面減少，結(jié)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(shí)，傳熱系數(shù)的下降速度比充注量不足時(shí)更快。制冷劑注入量的精確計(jì)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(jī)運(yùn)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(jī)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(yīng)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(jié)霜情況、冷凝器的溫度、低壓吸氣管的溫度、壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電流等。直到蒸發(fā)器全部結(jié)霜，壓

15、縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電流不超過額定電流時(shí)，就停止充制冷劑。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)法 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法得出的計(jì)算式和計(jì)算圖。這種方法是從長(zhǎng)期實(shí)踐中總結(jié)出來的，在實(shí)驗(yàn)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(nèi)部容積計(jì)算制冷劑充注量(單位為g)的經(jīng)驗(yàn)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(nèi)部容積，單位為cm3；Vc冷凝器的內(nèi)部容積，單位為cm3。（3）額定工況計(jì)算法 額定工況計(jì)算法是根據(jù)制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)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(yùn)行時(shí)各容器的制冷劑狀態(tài)算出其質(zhì)量。 計(jì)算步驟： 1)分別計(jì)算冷凝器、蒸發(fā)器、干燥過

16、濾器及管道內(nèi)腔容積。2)按額定工況參數(shù)查出制冷劑在該狀態(tài)(氣態(tài)、液態(tài))下的密度，根據(jù)額定工況參數(shù)作壓焓圖，并查出蒸發(fā)器進(jìn)，出口干度x1,x2，再求出蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽的平均干度x=(x1+x2)23)用1)、2)項(xiàng)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各部分所需質(zhì)量并相加，即為該機(jī)制冷劑的注入量。例1： 一臺(tái)冰箱的蒸發(fā)器容積Ve0.118dm3，冷凝器容積Vc0.1056dm3，制冷工質(zhì)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(jù)給定工況在R12制冷劑壓一焓圖和熱力性質(zhì)表中查所需參數(shù)。t0=-15時(shí)，液體密度 Kg/L；蒸氣密度 Kg/Ltk=55, tg=50

17、時(shí) 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(nèi)飽和液體平均值占容積的30%，干蒸汽占70%。冷凝器內(nèi)液體按經(jīng)驗(yàn)取15%，干蒸汽占85%。蒸發(fā)器內(nèi)液體量：kg蒸發(fā)器內(nèi)干蒸汽量： kg冷凝器內(nèi)液體量： kg冷凝器內(nèi)于蒸汽量：kg 總計(jì)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(shí)，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

18、注量將減少10%左右。電冰箱設(shè)計(jì)案例設(shè)計(jì)一臺(tái)直冷式BCD-195熱帶型電冰箱為例。闡述電冰箱的設(shè)計(jì)。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(jié)構(gòu)：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(jù)理論計(jì)算和冰箱廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取其值如表5所示，箱體結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。圖6箱體結(jié)構(gòu)圖2.電冰箱熱負(fù)荷計(jì)算2.1冷凍室熱負(fù)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=0.0406·L·（to-ti）=0.0

19、406×2(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 ×10-3/1.79×0.2294×(120-0.84×32-0.16×(-18) ×35%=10.1W冷凍室總熱負(fù)荷QF=Q1+Q2+Q3 =21.379+3.66+10.1=35.14W2.2冷藏室熱負(fù)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=0.0406·L·（to-ti）=0.0406×2(865+545) ×10-3(32-5)=3.1W冷藏室總熱負(fù)荷QR=Q1+Q2 =21.289+3.1=24.389W電冰箱總熱負(fù)荷為