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1、13 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。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：不同的市场和不同的能耗要求；产品的不同风格和设计特点；市场对发泡料的限制条件；产品成本的综合对比选择；产品的市场要求:全球性、区域性、特殊客户；产品的未来发展考
2、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 606560 年代是薄壁箱体(厚度 303 570 年代是薄
3、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 4045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2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：侧门柜式箱体的宽深比为 1：右。总体高度以放置稳定和箱内储放食品方便为原则。表 67 给出了电冰箱内容积与外形尺寸范围。表 6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示为某冰箱的绝热层厚度。表 3箱的绝热层厚度冷冻室顶层厚度 冷冻
4、室顶层厚度 冷冻室背面厚度 冷冻室门体厚度 藏室侧面厚度 冷藏室背面厚度 冷藏室门体厚度 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 会在箱表面上发生凝露现象，因此箱体表面温度 低限度 达到稳定传热状态后的表面温度 3改 210式中：3体外表面温度，单位为；外空气温度，单位为；内空气温度，单位为；箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为 W/(k传热系数，单位力 W/(按照国家标准 规定，电冰箱在进行凝露试验时，规定亚温带型(温带型(N)和亚热带型(热带型(T)冰箱的露点温度分别为 19 27在箱体表面温度高于露点温度的前提下，计
5、算箱体的漏热量 用下式校验绝热层的厚度12)(式中：外壁温度，单位为；内壁温度，单位为；热导率，单位为 W/(各种绝热层热导率可见 ；位为 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。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 2,相对湿度 =75%。（2） 箱内温度，采用标准温度，冷藏室温度 5，冷冻室温度（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。4设计：1、箱体保温层采用硬质聚氨酯泡
6、沫。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：。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此，首先要确定相关参数：环境温度 32 C，箱内空气温度 另外，对于相关传热系数的规定：当室内风速为 s 时， 1可取 )；箱内空气为自然对流(直冷式)时， )；双门双温问冷式电冰箱，由于箱内风速较大，其 2可取53W()。这里选取室内 2=()，
7、隔热层绝热系数 (mK)，室外对流换热系数 1取 11W/()，则=()212(21 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 =532(21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。箱热负荷计算在产品的设计中，计算冰箱的热负荷实际上很重要，它可以从产品的开发前期已经知道产品的性能状态，产品的制冷系统匹配、以及产品出现问题后能找到问题的分析点：知道产品的未来的性能状态；知道产品在不同环境中的性能状态；事先可以初步知道产品的能耗水平以及改进后的状态；可以找到产品设计中的缺点、找到
8、改进的方向；可以用最低成本设计产品；缩短产品的开发时间，提高产品开发的命中率。冰箱的热负荷计算电冰箱热负荷在冰箱设计中是一个重要参数，它与冰箱的箱体结构、冰箱的内容积，箱体绝热层的厚度和绝热材料的优劣等因素有关。热负荷包括：箱体漏热量 门漏热量 物热量 4。即Q=2+4 (64)1、箱体漏热量 过箱体隔热层的漏热量 过箱门和门封条的漏热量 过箱体结构形成热桥的漏热量 a+c (65)(1)箱体隔热层的漏热量 于箱体外壳钢板很薄，而其热导率 值很大，所以热阻很小，可忽略不计。内壳多用 料板真空成形，最薄的四周部位只有 料热阻较大，可将其厚度一起计入隔热层，因此箱体的传热可视为单层平壁的传热过程。
9、即A( (66)式中 A位为 热系数 K(单位为 W(m 2K)为721 1箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为 W()； 2内箱壁表面对箱内空气的表面传热系数，单位为 W()；隔热层厚度，单位为 m；隔热材料的热导率，单位为 W(mK)。在进行箱体隔热层捕热量计算时，要注意到冷冻室和冷藏室的隔热层厚度是不一样的，应采用分段计算相加后的 外，采用壁板盘管式冷凝器的电冰箱，箱体后壁面的表面温度近似取为冷凝温度 需另外计算该部分漏热量。（2）通过箱门与门封条进入的漏热量 b 值很难用计算法计算，一般根据经验数据给出，可取 15值。（3）箱体结构部件的漏热量 c 值也不同，因此同样也不易通过公
10、式计算。一般可取 为 的 3左右。目前采用聚氨酯发泡成型隔热结构的箱体，无支撑架形成的冷桥，因此 可不计算。2、其它热量 Q。这里所说的其他热量，是指箱内照明灯、各种加热器、冷却风扇电机的散发热量，可将其电耗功率折算热量计入。另外，还要考虑开门时漏入的热量，因此，在电冰箱箱体热负荷计算时，为了安全起见一般还增加 1015%的余度，即以 热负荷进行设计。箱热负荷计算案例案例一：继续前一节的 箱的设计，计算箱体热负荷。对于冰箱热负荷计算，有的公司将计算分成制冷和不制冷两个阶段分别计算，这也是有道理的。制冷时，压缩机运转，压缩机室温度高于不制冷时，如果冷凝器是背挂式，则箱体背部的外表温度也不同于环境
11、温度，因此，分开计8算可以更精确计算。但本书作者经过实验研究表明，这种分开计算提高了设计工作量，对于实际的设计却没有多大的意义，因此，一般不分开计算。另外，借助于计算软件可以获得高效准确的计算结果，最简单的就是借助 子表格软件进行设计计算，可以获得快速准确的计算结果，并且适用于不同规格的冰箱设计计算。下面分步骤进行热负荷计算。1、冷冻室热负荷 算（1）箱体漏热量 此冷冻室箱体漏热量只包括箱体隔热层漏热量 通过箱门与门封条漏热量 部分。1)箱体隔热层漏热量 箱体隔热层漏热量按式(6 6)计算，计算时箱外空气对箱体外表面的表面传热系数 1取 11W(),箱内壁表面对箱内空气的表面传热系数 2取 )，隔热层材料的热导率 取 W(mK)。各传热表面的传热量计算见表 6 6面 侧面 背面 门体 底面面积 A/ 。2）通过箱门与门封条漏热量 a+上 15%的余量，因此，冷冻室的热负荷、冷藏室热负荷 算冷藏室热负荷同冷冻室。（1）冷藏室箱体漏热量 体隔热层漏热量 冷藏室各传热表面的传热计算如表 7 所示。表 7 冷藏室负荷计算 顶面 侧面 背面 门体 底面面积 A/
