冰箱制冷系统设计说明书

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1.冰箱设计步骤

图1 BCD-348W/H 电冰箱制冷系统图

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. .资料. .. 2.冰箱的总体布置

2.1箱体设计要求及形式

电冰箱箱体设计的优劣，直接影响使用性能、外观、耐久性制造成本和市场销售。在进行设计时，要求造型别致、美观大方。除色调要与家庭家具协调外，还必须考虑占地面积小容积大，宽度、深度与高度的比例合理，有稳定感等。冰箱箱体尺寸见表1。

表1箱体尺寸

2.2箱体外表面温度校核和绝热层厚度

设计箱体的绝热层时，可预先参照国外冰箱的有关资料设定其厚度，并计算出箱体表面温度t w 。如果箱体外表面温度t w 低于露点温度t d ，则会在箱体表面发生凝露现象，因此箱体表面温度必须高于露点温度,一般t w > t d +0.2

)(i o o

o W t t a K t t --= (1) 国家标准GB8059.1规定，电冰箱在进行凝露实验时

亚温带SN 、温带N 气候条件下，露点温度为19±0.5℃

亚热带ST 、热带T 气候条件下，露点温度为27±0.5℃

在t w > t d 的前提下，计算箱体的漏热量Q 1，并用下面的公式校验绝热层的厚度

t o t i

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. .资料. .. 121)(Q t t A w w -=

λδ (2)

1w t ----冰箱外壁温度，℃ 2w t ----冰箱壁温度，℃

λ-----绝热层导热系数，w/(m.k)

A -----传热面积，m 2

校验计算的厚度在设定厚度基础上进行修正，反复计算，直到合理为止。

3.冰箱热负荷计算

总热负荷Q=Q 1+Q 2+Q 3

Q 1---- 箱体的漏热量

Q 2---- 门封漏热量

Q 3---- 除露管漏热量

（1）箱体的漏热量Q 1

由于箱体外壳钢板很薄，而其导热系数很大，所以钢板热阻很小，可忽略不计。胆多用塑料ABS 成型，热阻较大，可将其厚度一起计入隔热层，箱体的传热可以看做单层平壁的传热。

)(1i o t t KA Q -= (3)

(4)

其中：K —— 传热系数，W/m 2·℃；

A —— 传热面积，m 2 ；

t o ——箱体外空气温度，℃；

t i ——箱体空气温度，℃

αo ——箱外空气对箱体外表面的表面换热系数，W/m 2·℃；

αi ——箱体表面对箱空气的表面换热系数，W/m 2·℃；

λ ——绝热层的导热系数,W/m 2·℃；

δ —— 箱体各绝热层的厚度，m

注：1当室风速为0.1-0.15m/s 时，αo 可取3.5-11.6 W/m 2·℃

2箱空气为自然对流（直冷冰箱）时，αi 可取0.6-1.2 W/m 2·℃

3间冷冰箱，由于箱风速大，αi 可取17-23 W/m 2·℃

i

o a a K 111++=λδ

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. .资料. .. （2）门封漏热量Q 2

冷冻室和冷藏室的门封漏热系数均取0.0406W/m ·℃。

Q 2=0.0406·L ·（t o -t i ） (6)

其中：L —— 门封有效长度；m

t o ——箱体外空气温度，℃；

t i ——箱体空气温度，℃

（3）除露管漏热量Q 3

依据经验公式估算除露管带给箱体的热负荷：

Q 3=(L D /1.79)×0.2294×(t D -0.84t o -0.16t F )×P r (7)

其中：L D —— 除露管有效长度；m

t D —— 除露管温度；℃

t o —— 箱体外空气温度，℃；

t F —— 冷冻室温度；℃

P r —— 压缩机工作系数；停机开机开机time time time P r +=

4.制冷系统热力计算

电冰箱制冷系统热力计算的目的是算出循环系统的性能指标，制冷工质的循环量和压缩机实际吸入蒸气量。以此作为设计电冰箱冷凝器、蒸发器及压缩机选型的依据。

4.1制冷循环的额定工况

制冷循环的额定工况参照国标 GB9098-88中规定的工况，见表2。

表2.我国国标 GB9098-88中规定的工况

制冷系统中的需确定的参数为：冷凝温度t k ，蒸发温度t 0，回气温度t h ，过冷温度tg

（1）冷凝温度t k

冷凝温度一般取决于冷却介质的温度以及冷凝器中冷质与制冷剂的传热温差，传热温差与冷凝器的冷却方式和结构形式有关。电冰箱大多采用空气自然对流冷却方式，制冷剂的冷凝温度等于外界空气温度加上冷凝传热温差。冷凝传热温差一般取10℃-20 ℃，冷凝器的传热性能好，可适当取小

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的数值，例如采用风速为2-3m/s的风冷却时，传热温差可取8-10 ℃

(2) 蒸发温度t0

蒸发温度一般取决于被冷却物体的温度以及蒸发器中制冷剂与被冷却物体的传热温差，电冰箱的蒸发温度等于箱温度减去传热温差，一般传热温差取5-10 ℃,如采用风冷却式时传热温差可取5 ℃。箱温度一般参照星级要求选取。

（3）回气温度t h

回气温度取决于蒸气离开蒸发器时的状态和回气管的长度。电冰箱采用全封闭压缩机，一般进入壳体的状态为吸气状态，可根据压缩机标定的共况选取，该值越低对压缩机运行越有利。一般回气温度要小于或等于环境温度，但经实际测定，由于电机加热吸入气缸前过热蒸气温度达到80 ℃

（4）过冷温度t g

过冷温度取决于液体制冷剂在回气管中进行热交换的程度。冷凝后的制冷剂在冷凝器末端已达到环境温度，再与回气管进行热交换得到冷却。一般过冷温度等于环境温度减去过冷度，过冷度可取15-32 ℃

4.2制冷系统热力计算案例

要求设计一台采用自然对流冷却方式的BCD-195热带型电冰箱，冷冻食品贮藏室的温度要求为-18 ℃，制冷剂选用R12。现对该冰箱的制冷系统进行热力计算。（环境温度：SN型、N型、ST型取25℃；T型取32℃）

对于热带型电冰箱，环境温度取32℃。

计算步骤如下：

（1）确定制冷系统的额定工况。

表3制冷系统额定工况

（2）运用压焓图求各参数。

根据设计冰箱确定的工况和选用的制冷剂，运用压-焓图或热力性质表或计

算公式求取有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积。计算时采用图2的压-焓图。图中将制冷剂在毛细管的节流和进一步过冷过程分别用3’-4和3-3’表示。

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图2.冰箱制冷系统压-焓图

表4热力参数值（R12）

（3）计算循环的各性能指标。

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是例1中总热负荷的计算值。

5. 压缩机选型及热力计算

电冰箱压缩机均采用全封闭式压缩机。对于冰箱厂，一般无制造冰箱压缩机的能力，只能在进行电冰箱设计时，直接根据设计任务书所提出的制冷量的大小从已有产品中选择压缩机。

压缩机选型时，主要的参考资料是各种压缩机的全性能曲线，全性能曲线见图3。

图中t 0为蒸发温度,t k 为冷凝温度。压缩机制造厂提供每种型号压缩机的全性能曲线。

用全性能曲线选择压缩机的方法如下：①通过制冷系统的热力计算，求出在计算工况t 0,t k 时的制冷量Q 。；②参照各种压缩机的全性能曲线，选择压缩机。所选用的压缩机应满足计算工况下的制冷量，并应有高的制冷系数，同时要顾及产品的质量，价格和安装尺寸。压缩机型号及性能见附表1。

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图3.压缩机全性能曲线

6. 毛细管的设计计算

在电冰箱和空调器等小型制冷装置设计中，毛细管尺寸的正确选择和制冷剂充注量的确定都是很重要的，它们将直接影响到装置的有关性能。

关于毛细管的选择，国外学者提出了多种方法，但由于毛细管中气、液两相流动过程比较复杂，在实际应用中，因管径偏差、管壁的粗糙度等都难以准确测量，所以计算结果都存在一定误差。在制冷系统设计中，一般先用实验或计算法初步预选毛细管，然后再通过整机的试验，确定其最终尺寸。下面介绍几种毛细管的选择方法。

（1）实测法

实测法分为毛细管液体流量测定法和氮气(或者空气)流量测定法两种。

液体流量测定法是将几台经过实测和证实符合设计要求工况工作的制冷系统作为样机，拆除该机的毛细管作为标准品，测出它的液体流量值，作为生产所用毛细管的测定依据。

简易测定流量方法如图4所示。在钢瓶盛的液体(酒精、水或四氯化碳)用空气压缩机加压，在气体流量控制阀的控制下，瓶的压力保持在表压力1MPa，每分钟通过毛细管的液体量，就是该毛细管的流量(mL)。

氮气(或空气)流量测定法一般用压缩机为排气动力，进行氮气(空气)流量测定。其测定方法：在压缩机吸、排气侧连接低压、高压阀门和压力表，低压阀门处于全开状态，把毛细管一端焊在干燥过滤器出口上(要保持干燥过滤器畅通)，另一端暂不焊入蒸发器。压缩机启动运行后，氮气或空气从低压阀吸人，直到低压吸入压力与大气压相等时，高压表指示压力应稳定在l～1．2Mpa（此压力为冰箱设计值，对于空调器，压力应为0.55—0.6Mpa）的数值上。如高压超过上述值，说明流量过小，可截去一段毛细管，边截边试，直到压力值合适为止。如压力过低，说明流量过大，要更换长一些的毛细管或加大毛细

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