3 电冰箱系统设计 - 图文

3 冰箱制冷系统设计

冰箱制冷系统的设计基本思路和顺序是：先根据要求确定箱体尺寸，然后根据箱体尺寸确定热负荷，根据热负荷和其他发热元件可以确定冰箱的基本能耗，并依次确定压缩机，同时可以确定蒸发器和冷凝器两大主要传热设备，最后才是确定节流元件和制冷剂充注量。当然，计算设计不可能是很准确的，最后还需要通过试验和不断的调试来使系统运行达到最优化。

3.1 保温层设计 3.1.1 保温层设计方法

冰箱保温层厚度是设计的重点，关键是产品的成本与性能，而保温层的设计需要考虑的因素包括：

①不同的市场和不同的能耗要求； ②产品的不同风格和设计特点； ③市场对发泡料的限制条件； ④产品成本的综合对比选择；

⑤产品的市场要求:全球性、区域性、特殊客户； ⑥产品的未来发展考虑。

冰箱保温层厚度是设计的重点，在设计中总会与不同部门发生冲突，当然要求的厚度越薄越好，这样成本低，容积大，但由于技术的能力有限制的，在能耗达到一定的水平时，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的设计方面存在选择是否合理的问题。

目前冰箱箱体都采用硬质聚氨脂整体发泡作绝热层，其绝热性能好，适于流水线大批量生产，发泡后的箱体内外壳被粘接成刚性整体，结构坚固，内外壳厚度可以适当降低，无须对箱体做防潮处理，年久也不会吸湿而使热导率增大。 电冰箱绝大多数为立式结构。箱体结构的发展过程，大致分为四个阶段：5 0年代以前主要是厚壁箱体(厚度为60～65mm)；60年代是薄壁箱体(厚度30～3 5mm)；70年代是薄壁双温双门；80年代以后世界上趋于采用中等壁厚箱体(厚度为40～45mm)，并以箱背式冷凝器的三门三温或双门双温自然对流冷却(即直冷式)冰箱为主。随着良好隔热性能的隔热材料的应用，箱体壁厚的减薄，箱体重

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量进一步减轻并增大了冰箱的内容积。

立式冰箱箱体，首先根据内容积确定宽深比例，一般选为正方形或矩形，其比例不超过1：1.3，双侧门柜式箱体的宽深比为1：0.65左右。总体高度以放置稳定和箱内储放食品方便为原则。表6—7给出了电冰箱内容积与外形尺寸范围。

表6-7 电冰箱内容积和外形尺寸范围

设计箱体的绝热层时，可预先参照国内外冰箱的有关资料设定其厚度，如表3-1所示为某冰箱的绝热层厚度。 表3-1 冰箱的绝热层厚度

冷冻室顶层厚度 冷冻室顶层厚度 冷冻室背面厚度 冷冻室门体厚度 冷冻室底面厚度 0.1m 0.072m 0.072m 0.053m 0.05m 冷藏室顶层厚度 冷藏室侧面厚度 冷藏室背面厚度 冷藏室门体厚度 冷藏室底面厚度 0.05m 0.053m 0.053m 0.053m 0.05m 但采用了其他冰箱的厚度时，需要对厚度进行校核计算，校核的依据就是不能出现凝露。

校核计算首先是要计算出箱体表面温度。如果箱体外表面温度tw低于露点温度，则会在箱表面上发生凝露现象，因此箱体表面温度tw必须高于露点温度td，最低限度tw＞0.2℃+td。

在达到稳定传热状态后的表面温度tw可以由下式计算：

tw?t1?k(t1?t2) (3-1)（改a1 a0式中：

tw—箱体外表面温度，单位为℃；

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tl—箱外空气温度，单位为℃； t2—箱内空气温度，单位为℃；

a1 —箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W/(m2.K)； k—传热系数，单位力W/(m2.K).

按照国家标准GB8059.1的规定，电冰箱在进行凝露试验时，规定亚温带型(SN)、温带型(N)和亚热带型(ST)、热带型(T)冰箱的露点温度分别为19℃±0.5℃和27℃±0.5℃。

在箱体表面温度高于露点温度的前提下，计算箱体的漏热量Q1，并用下式校验绝热层的厚度

??式中：

twl—箱外壁温度，单位为℃； tw2—箱内壁温度，单位为℃；

λ—热导率，单位为W/(m2.K)，各种绝热层热导率可见 ； A-传热面积，单位为m2。

校验计算所得的厚度在设定厚度的基础上，进行修正，反复计算，直到合理为止。

3.1.2 保温层设计案例 某冰箱设计要求：

（1） 使用环境条件：冰箱周围环境温度ta=32℃,相对湿度φ=75%。 （2） 箱内温度，采用标准温度，冷藏室温度5℃，冷冻室温度-18℃。 （3） 箱内容积总168L，冷藏室100L，冷冻室68L，人们的生活习惯是经常用

冷藏箱而少用冷冻箱，因此将冷冻箱设置在下层。

（4） 冰箱制冷方式为直冷，节流元件为毛细管，其他配件根据需要自行配置。 设计：

1、箱体保温层采用硬质聚氨酯泡沫。

?A(tw1?tw2)Q1

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2、箱体尺寸参考其他相似尺寸的冰箱确定，相关尺寸和结构如图 所示（图中尺寸单位：cm）。

3、首先校核这种尺寸选择是否满足凝露条件 箱体外表面凝露校核分冷冻室和冷藏室进行。 （1）冷冻室凝露校核

冷冻室绝热层厚度最薄处在压缩机室处和门侧，由于压缩机散热导致压缩机室内温度高于环境温度一般不会出现凝露，因此，凝露校核计算时选取厚度最小的门侧。

凝露校核计算公式为3-1，因此，首先要确定相关参数：环境温度t1为32 C，箱内空气温度t2为-18℃。

另外，对于相关传热系数的规定：当室内风速为O.1～0.15m／s时，α1可取3.5～11.6W/(m2·K)；箱内空气为自然对流(直冷式)时，α

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可取0.6～

1.2W/(m2·K)；双门双温问冷式电冰箱，由于箱内风速较大，其α2可取l7～23W／(m2·K)。这里选取室内α2=0.8 W/(m2·K)，隔热层绝热系数0.02 W/(m·K)，室外对流换热系数α1取11W/(m2·K)，则

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K?1?1???1??21=0.26 W/(m2·K)

则外表面温度

tw?t1?k0.26(t1?t2)?32??(32?18)?30.8℃ a111高于国家标准GB8059.1的规定的凝露温度。 （2）冷藏室凝露校核

冷藏室最薄的地方仍然是门侧，因此，计算方法同冷冻室，可计算出外表面温度为tw?t1?k0.26(t1?t2)?32??(32?5)=31.4℃ a111同样高于国家标准规定的凝露温度。

一般情况下，如果箱体尺寸参考了市场上产品的尺寸，则一般不存在凝露问题，但最好进行一下凝露校核。

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