電冰箱系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 冰箱制冷系統(tǒng)設計冰箱制冷系統(tǒng)的設計基本思路和順序是：先根據(jù)要求確定箱體尺寸，然后根據(jù)箱體尺寸確定熱負荷，根據(jù)熱負荷和其他發(fā)熱元件可以確定冰箱的基本能耗，并依次確定壓縮機，同時可以確定蒸發(fā)器和冷凝器兩大主要傳熱設備，最后才是確定節(jié)流元件和制冷劑充注量。當然，計算設計不可能是很準確的，最后還需要通過試驗和不斷的調試來使系統(tǒng)運行達到最優(yōu)化。3.1 保溫層設計3.1.1 保溫層設計方法冰箱保溫層厚度是設計的重點，關鍵是產(chǎn)品的成本與性能，而保溫層的設計需要考慮的因素包括：不同

2、的市場和不同的能耗要求；產(chǎn)品的不同風格和設計特點；市場對發(fā)泡料的限制條件；產(chǎn)品成本的綜合對比選擇；產(chǎn)品的市場要求:全球性、區(qū)域性、特殊客戶；產(chǎn)品的未來發(fā)展考慮。冰箱保溫層厚度是設計的重點，在設計中總會與不同部門發(fā)生沖突，當然要求的厚度越薄越好，這樣成本低，容積大，但由于技術的能力有限制的，在能耗達到一定的水平時，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的設計方面存在選擇是否合理的問題。目前冰箱箱體都采用硬質聚氨脂整體發(fā)泡作絕熱層，其絕熱性能好，適于流水線大批量生產(chǎn)，發(fā)泡后的箱體內外殼被粘接成剛性整體，結構堅固，內外殼厚度可以適當降低，無須對箱體做防潮處理，年久也不會吸濕而使熱導率增大。電冰箱絕

3、大多數(shù)為立式結構。箱體結構的發(fā)展過程，大致分為四個階段：5 0年代以前主要是厚壁箱體(厚度為6065mm)；60年代是薄壁箱體(厚度303 5mm)；70年代是薄壁雙溫雙門；80年代以后世界上趨于采用中等壁厚箱體(厚度為4045mm)，并以箱背式冷凝器的三門三溫或雙門雙溫自然對流冷卻(即直冷式)冰箱為主。隨著良好隔熱性能的隔熱材料的應用，箱體壁厚的減薄，箱體重量進一步減輕并增大了冰箱的內容積。立式冰箱箱體，首先根據(jù)內容積確定寬深比例，一般選為正方形或矩形，其比例不超過1：1.3，雙側門柜式箱體的寬深比為1：0.65左右?？傮w高度以放置穩(wěn)定和箱內儲放食品方便為原則。表67給出了電冰箱內容積與外形

4、尺寸范圍。表6-7 電冰箱內容積和外形尺寸范圍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，如表3-1所示為某冰箱的絕熱層厚度。表3-1 冰箱的絕熱層厚度冷凍室頂層厚度冷凍室頂層厚度冷凍室背面厚度冷凍室門體厚度冷凍室底面厚度0.1m0.072m0.072m0.053m0.05m冷藏室頂層厚度冷藏室側面厚度冷藏室背面厚度冷藏室門體厚度冷藏室底面厚度0.05m0.053m0.053m0.053m0.05m但采用了其他冰箱的厚度時，需要對厚度進行校核計算，校核的依據(jù)就是不能出現(xiàn)凝露。校核計算首先是要計算出箱體表面溫度。如果箱體外表面溫度tw低于露點溫度，則會在箱表面上發(fā)生凝露現(xiàn)象，因

5、此箱體表面溫度tw必須高于露點溫度td，最低限度tw0.2+td。在達到穩(wěn)定傳熱狀態(tài)后的表面溫度tw可以由下式計算： (3-1)（改a1式中：tw箱體外表面溫度，單位為；tl箱外空氣溫度，單位為；t2箱內空氣溫度，單位為；a1 箱外空氣對箱體外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/(m2.K)；k傳熱系數(shù)，單位力W/(m2.K).按照國家標準GB8059.1的規(guī)定，電冰箱在進行凝露試驗時，規(guī)定亞溫帶型(SN)、溫帶型(N)和亞熱帶型(ST)、熱帶型(T)冰箱的露點溫度分別為190.5和270.5。在箱體表面溫度高于露點溫度的前提下，計算箱體的漏熱量Q1，并用下式校驗絕熱層的厚度 式中：twl箱外壁溫度

6、，單位為；tw2箱內壁溫度，單位為；熱導率，單位為W/(m2.K)，各種絕熱層熱導率可見 ；A-傳熱面積，單位為m2。校驗計算所得的厚度在設定厚度的基礎上，進行修正，反復計算，直到合理為止。3.1.2 保溫層設計案例某冰箱設計要求：使用環(huán)境條件：冰箱周圍環(huán)境溫度ta=32,相對濕度=75%。箱內溫度，采用標準溫度，冷藏室溫度5，冷凍室溫度-18。箱內容積總168L，冷藏室100L，冷凍室68L，人們的生活習慣是經(jīng)常用冷藏箱而少用冷凍箱，因此將冷凍箱設置在下層。冰箱制冷方式為直冷，節(jié)流元件為毛細管，其他配件根據(jù)需要自行配置。設計：箱體保溫層采用硬質聚氨酯泡沫。箱體尺寸參考其他相似尺寸的冰箱確定，

7、相關尺寸和結構如圖 所示（圖中尺寸單位：cm）。3、首先校核這種尺寸選擇是否滿足凝露條件箱體外表面凝露校核分冷凍室和冷藏室進行。（1）冷凍室凝露校核冷凍室絕熱層厚度最薄處在壓縮機室處和門側，由于壓縮機散熱導致壓縮機室內溫度高于環(huán)境溫度一般不會出現(xiàn)凝露，因此，凝露校核計算時選取厚度最小的門側。凝露校核計算公式為3-1，因此，首先要確定相關參數(shù)：環(huán)境溫度t1為32 C，箱內空氣溫度t2為-18。另外，對于相關傳熱系數(shù)的規(guī)定：當室內風速為O.10.15ms時，1可取3.511.6W/(m2K)；箱內空氣為自然對流(直冷式)時，2可取0.61.2W/(m2K)；雙門雙溫問冷式電冰箱，由于箱內風速較大，

8、其2可取l723W(m2K)。這里選取室內2=0.8 W/(m2K)，隔熱層絕熱系數(shù)0.02 W/(mK)，室外對流換熱系數(shù)1取11W/(m2K)，則=0.26 W/(m2K)則外表面溫度高于國家標準GB8059.1的規(guī)定的凝露溫度。（2）冷藏室凝露校核冷藏室最薄的地方仍然是門側，因此，計算方法同冷凍室，可計算出外表面溫度為=31.4同樣高于國家標準規(guī)定的凝露溫度。一般情況下，如果箱體尺寸參考了市場上產(chǎn)品的尺寸，則一般不存在凝露問題，但最好進行一下凝露校核。3.2 冰箱熱負荷計算在產(chǎn)品的設計中，計算冰箱的熱負荷實際上很重要，它可以從產(chǎn)品的開發(fā)前期已經(jīng)知道產(chǎn)品的性能狀態(tài)，產(chǎn)品的制冷系統(tǒng)匹配、以及

9、產(chǎn)品出現(xiàn)問題后能找到問題的分析點：知道產(chǎn)品的未來的性能狀態(tài)；知道產(chǎn)品在不同環(huán)境中的性能狀態(tài)；事先可以初步知道產(chǎn)品的能耗水平以及改進后的狀態(tài)；可以找到產(chǎn)品設計中的缺點、找到改進的方向；可以用最低成本設計產(chǎn)品；縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高產(chǎn)品開發(fā)的命中率。3.2.1電冰箱的熱負荷計算電冰箱熱負荷在冰箱設計中是一個重要參數(shù)，它與冰箱的箱體結構、冰箱的內容積，箱體絕熱層的厚度和絕熱材料的優(yōu)劣等因素有關。熱負荷包括：箱體漏熱量Q1、開門漏熱量Q2、貯物熱量Q3和其它熱量Q4。即Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (64)1、箱體漏熱量Q1箱體漏熱量包括，通過箱體隔熱層的漏熱量Qa，通過箱門和門封條的漏熱量Qb，通過

10、箱體結構形成熱橋的漏熱量Qc。即Q1=Qa+Qb+Qc (65) (1)箱體隔熱層的漏熱量Qa，由于箱體外殼鋼板很薄，而其熱導率值很大，所以熱阻很小，可忽略不計。內殼多用ABS或HIPS塑料板真空成形，最薄的四周部位只有1.0mm。塑料熱阻較大，可將其厚度一起計入隔熱層，因此箱體的傳熱可視為單層平壁的傳熱過程。即Qa=KA(t1-t2) (66)式中A-箱體外表面，單位為m2。傳熱系數(shù)K(單位為W(m2K)為式中1箱外空氣對箱體外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W(m2K)； 2內箱壁表面對箱內空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W(m2K)； 隔熱層厚度，單位為m； 隔熱材料的熱導率，單位為W(mK)。在進

11、行箱體隔熱層捕熱量計算時，要注意到冷凍室和冷藏室的隔熱層厚度是不一樣的，應采用分段計算相加后的Qa值。另外，采用壁板盤管式冷凝器的電冰箱，箱體后壁面的表面溫度近似取為冷凝溫度tk，也需另外計算該部分漏熱量。（2）通過箱門與門封條進入的漏熱量Qb由于Qb值很難用計算法計算，一般根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)給出，可取Qb為Qa的15值。（3）箱體結構部件的漏熱量Qc箱體內外殼體之間支撐方法不同，Qc值也不同，因此同樣也不易通過公式計算。一般可取Qc值為Qa值的3左右。目前采用聚氨酯發(fā)泡成型隔熱結構的箱體，無支撐架形成的冷橋，因此Qc值可不計算。2、其它熱量Q。這里所說的其他熱量，是指箱內照明燈、各種加熱器、冷卻風

12、扇電機的散發(fā)熱量，可將其電耗功率折算熱量計入。另外，還要考慮開門時漏入的熱量，因此，在電冰箱箱體熱負荷計算時，為了安全起見一般還增加1015%的余度，即以1.11.15Q的熱負荷進行設計。3.2.2 冰箱熱負荷計算案例案例一：繼續(xù)前一節(jié)的BCD168L冰箱的設計，計算箱體熱負荷。對于冰箱熱負荷計算，有的公司將計算分成制冷和不制冷兩個階段分別計算，這也是有道理的。制冷時，壓縮機運轉，壓縮機室溫度高于不制冷時，如果冷凝器是背掛式，則箱體背部的外表溫度也不同于環(huán)境溫度，因此，分開計算可以更精確計算。但本書作者經(jīng)過實驗研究表明，這種分開計算提高了設計工作量，對于實際的設計卻沒有多大的意義，因此，一般不

13、分開計算。另外，借助于計算軟件可以獲得高效準確的計算結果，最簡單的就是借助Ms Office的Excel電子表格軟件進行設計計算，可以獲得快速準確的計算結果，并且適用于不同規(guī)格的冰箱設計計算。下面分步驟進行熱負荷計算。1、冷凍室熱負荷QF計算（1）箱體漏熱量Q1F一般的冰箱不需要考慮冷橋漏熱，因此冷凍室箱體漏熱量只包括箱體隔熱層漏熱量Qa和通過箱門與門封條漏熱量Qb兩部分。1)箱體隔熱層漏熱量Qa 箱體隔熱層漏熱量按式(66)計算，計算時箱外空氣對箱體外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1取11W(m2K),箱內壁表面對箱內空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)2取0.8W(m2K)，隔熱層材料的熱導率取0.0 2W(mK)。各

14、傳熱表面的傳熱量計算見表6-18。表6-18冷凍室負荷計算頂面?zhèn)让姹趁骈T體底面面積A/m20.26510.62760.28420.28420.2651傳熱系數(shù)0.2600.2020.2020.2600.202傳熱溫差/23.000050.000050.000050.000050.0000傳熱量Q/W1.58746.35072.87603.69962.6826將上表中各表面的傳熱量相加即得箱體隔熱層漏熱量Qa=17.2W。2）通過箱門與門封條漏熱量QbQb=0.15Qa=0.1517.2=2.6W冷凍室箱體漏熱量為Q1F=Qa+Qb=17.2+2.6=19.8W考慮到其他漏熱，加上15%的余量，

15、因此，冷凍室的熱負荷QF=19.81.15=22.7W。2、冷藏室熱負荷QR計算冷藏室熱負荷同冷凍室。（1）冷藏室箱體漏熱量Q1R1）箱體隔熱層漏熱量Qa 冷藏室各傳熱表面的傳熱計算如表7所示。表7 冷藏室負荷計算頂面?zhèn)让姹趁骈T體底面面積A/m20.26510.72490.32830.32830.2651傳熱系數(shù)0.2600.2510.2510.2510.260傳熱溫差/27.000027.000027.000027.0000-23.0000傳熱量Q/W1.86354.90452.22112.2211-1.5874將上表中各表面的傳熱量相加即得冷藏室箱體隔熱層漏熱量Qa=9.6W。2）通過箱門

16、與門封條漏熱量QbQb=0.15Qa=0.159.6=1.4W冷藏室箱體漏熱量為Q1R=Qa+Qb=9.6+1.4=11W考慮到其他漏熱，加上15%的余量，因此，冷藏室的熱負荷QR=111.15=12.7W。電冰箱的總負荷為Q=QF+QR=22.7+12.7=35.4W。案例二：雙層玻璃門的傳熱計算很多冷柜或者冰箱采用的是雙層玻璃門，其傳熱示意圖如圖1所示。圖1 雙層玻璃門傳熱示意圖圖1中的符號名稱如下：Ti柜內溫度，K；To環(huán)境溫度，K；Tig，Tg3柜內側玻璃表面溫度，K；Tog，Tg2柜外側玻璃表面溫度，K；輻射黑度；dg玻璃厚度，m；da玻璃夾層厚度，m；g玻璃導熱系數(shù)，w/mk；a玻

17、璃間氣體導熱系數(shù)，w/mk。玻璃門的綜合傳熱系數(shù)K計算式1 w/mk （1）柜內側傳熱系數(shù) 1為： w/mk （2）式中：柜內側對流換熱系數(shù)，w/m2k; 輻射換熱系數(shù)，w/m2k。柜外側傳熱系數(shù) 為： w/m2k （3）式中：柜外側對流換熱系數(shù)，w/m2k;玻璃熱阻R為： w/m2k （4）玻璃間氣體若純導熱，則傳熱系數(shù)為： w/m2k （5）若玻璃間氣體厚度較厚，則需要考慮層間對流換熱問題，則傳熱系數(shù)為1 w/m2k （6）式中： 層內氣體對流換熱系數(shù)，w/m2k;在進行計算時，可先假定玻璃表面溫度Tog，Tig，算出，及K值，再根據(jù)下式進行校核計算： K （7） K （8）如果用式（7）

18、和（8）計算的Tog，Tig值與開始假定值不符，則重新進行假定計算，直到兩者熱流量相等。3.3 冰箱制冷系統(tǒng)熱力參數(shù)確定和壓縮機確定、耗電量計算3.3.1 冰箱制冷系統(tǒng)熱力參數(shù)確定很多設計參考書都會對冰箱制冷系統(tǒng)進行熱力計算，但筆者認為這種計算是浪費時間且無意義的，因為通過熱力計算所得到的單位質量制冷量、單位絕熱功等等指標一方面與實際差距太大（因為這種熱力計算往往是理論計算），另一方面在缺乏制冷劑流量的情況下這些指標參數(shù)很難轉化為對于設備選型有用的參數(shù)（制冷劑流量不等于制冷劑充注量，當然，如果能測定制冷劑流量則另當別論）。但是，確定制冷系統(tǒng)的熱力參數(shù)是有意義的，在冰箱樣機試制和性能測試時，判斷

19、設計的好壞，主要的判斷依據(jù)就是實測參數(shù)對設定參數(shù)的吻合度。下面簡單介紹制冷循環(huán)的常規(guī)熱力參數(shù)。1、制冷循環(huán)的常規(guī)熱力參數(shù)我國國家標準局發(fā)布的“電冰箱用全封閉壓縮機”國家標準GB9098-88中有關確定壓縮機制冷量的試驗條件如表 所示。表 一般冰箱制冷循環(huán)熱力參數(shù)的設計規(guī)定也與表 所列相同。（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卻介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型式有關。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(即環(huán)境溫度)加上冷凝傳熱溫差。冷凝傳熱溫差靠一般取1020 ，冷凝器的傳熱性能好，可適當取小的數(shù)值，例如采用

20、風速為23ms的風冷卻時，傳熱溫差K值可取812。（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，一般傳熱溫差以取510，如采用風冷卻式（間冷式）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tG回氣溫度(即過熱溫度)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，一般以進入殼體的狀態(tài)為吸氣狀態(tài)，可根據(jù)壓縮機標定的工況選取，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，即進入壓縮機前的回氣管溫用手摸一般有涼的感覺，或者有微微凝露，但不應該有結霜，制冷劑進入

21、壓縮機后，由于電機加熱吸入氣缸前過熱蒸氣溫度達60左右。（4）過冷溫度ts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)境溫度值，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。綜合上述，可以確定出冰箱制冷系統(tǒng)的設計工況，某溫帶型冰箱（制冷劑為R600a）工況如表 所示（80改60）。將這些參數(shù)在壓-焓圖上進行標示，如圖 所示。此壓-焓圖中所示狀態(tài)點是理想狀態(tài)的工況點，與實際運行可能不是很吻合，但具有一定的參考價值。3.3.2 壓縮機的選擇1、壓縮機選型原則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

22、箱壓縮機的能力，只能在進行電冰箱設計時，直接根據(jù)設計任務書所提出的制冷量的大小從已有產(chǎn)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。全性能曲線如圖6-1 8所示。圖中t0為蒸發(fā)溫度，tk為冷凝溫度。作圖時，過冷溫度和吸氣溫度由制造廠決定，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tk、t0時的制冷量；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(shù)，同時要顧及產(chǎn)品的質量，價格和安裝尺寸。2、壓縮機選型案例繼續(xù)前一節(jié)BCD-168冰箱的設計，為該冰箱

23、選擇合適的壓縮機。前面已經(jīng)計算得出BCD-168冰箱的熱負荷為35.4W，這種制冷量的壓縮機選擇性很大，可以選擇COP在1.7以上的高效壓縮機，但價格相對較高，也可以選擇COP和價格都相對較低的壓縮機。本書選擇黃石東貝R600a冰箱壓縮機，該廠出產(chǎn)的壓縮機參數(shù)表如表 所示。壓縮機的選擇首先要確定壓縮機的開機時間比，并根據(jù)開機時間比折算制冷量，最后依照制冷量和COP選擇合適的壓縮機。（1）開機時間比確定開機時間比指的是壓縮機的開機時間占總的冰箱制冷時間的比率，也稱運行系數(shù)，一般壓縮機在32環(huán)境下合適的開機時間比是3035%，在38%環(huán)境溫度下開機時間比一般在4550%左右。（2）壓縮機選取本案例

24、在32環(huán)境溫度下選擇開機時間比為35%，則壓縮機在35%的開機時間內要完成35.4W的制冷量，所以壓縮機的額定制冷量Q:Q=35.4/0.35=101W即應該按照101W的制冷量選擇壓縮機。根據(jù)表 ，在101W制冷量范圍的有S65CY、SU60CY、SZ60CY幾種型號，其COP分別為1.35、1.6、1.72，本文選擇COP為1.6的SU60CY壓縮機，其制冷量100W。3.3.3 冰箱耗電量預算選定壓縮機以后，即可以根據(jù)壓縮機的耗電量預算冰箱的耗電量。壓縮機功率W計算公式如下：W壓縮機耗電量P計算：W=0.53kW.h/24h即壓縮機耗電量為0.53度/天。3.4 直冷冰箱蒸發(fā)器的設計3.

25、4.1 蒸發(fā)器設計的基本原則和方法在前面章節(jié)曾介紹過冰箱常用的蒸發(fā)器包括:鋁復合板式蒸發(fā)器（目前常用的是吹脹工藝形成的復合板式蒸發(fā)器，簡稱吹脹式蒸發(fā)器）、管板式蒸發(fā)器、絲管式蒸發(fā)器和翅片盤管式蒸發(fā)器。其中翅片盤管式主要用在間冷式冰箱，其余的較多用在直冷式冰箱。翅片盤管式蒸發(fā)器的計算可參考空調器換熱器的計算方法，這里主要介紹自然對流空冷器的計算方法。對于自然對流式空冷器，管外側即使考慮輻射后其總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)仍遠小于管內制冷劑沸騰時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。因此傳熱的主要熱阻仍在空氣側，除翅片式自然對流空冷器外，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)基本上等于管外側的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。目前還沒有見到針對電冰箱用蒸發(fā)器的國家標準或行

26、業(yè)標準，已有的標準如CB8059.187家用制冷器具 電冰箱（冷藏箱），GB8059, 2-87家用制冷器具 電冰箱（冷藏冷凍箱）及GB8059. 3-87家用制冷器具 冷凍箱及輕工部標準SG215 -84等均是對整臺冰箱制訂的，對于間冷式冰箱中的強制對流翅片管蒸發(fā)器，其計算方法與空調器用蒸發(fā)器大致相同，而直冷式電冰箱的蒸發(fā)器看似簡單，但是精確計算卻難度較大，涉及非穩(wěn)態(tài)、三維、復雜形狀封閉空腔、有離散冷源、蒸發(fā)器外側對流與輻射耦合、蒸發(fā)器內、外側換熱的耦音、箱內食品種類與堆放方式等復雜因素，為此國內、外一些著名的公司對蒸發(fā)器的設計均與冰箱整機性能一起用計算機進行大規(guī)模動態(tài)數(shù)值計算。 對冰箱用蒸

27、發(fā)器作手算時，下列熱工參數(shù)可供參考： 1) 室內環(huán)境溫度32，空氣有輕微流動(在自然對流作用下引起的微風，風速為0.10.15m/s)時，空氣與冰箱外壁間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（包括輻射影響）約在3.58.1W/(m2.K)之間，一般可取為5.8W/(m2.K)，如果空氣有其它擾動源使風速稍增大，則傳熱系數(shù)可增大到11.63W/(m2.K)。 2)在直冷式冰箱（冷藏室內有貯物時），由于自然對流引起箱內空氣的流動很微弱，風速約為0.110.12m/s，箱內空氣與冰箱內壁間的傳熱系數(shù)約在0.62.3W/(m2.K)之間，一般可取1.8W/(m2.K)。 3)在間冷式冷箱內，由于風機使箱內空氣作強制對流，風

28、速約為0.5l.0m/s，箱內空氣與冰箱內壁間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)約在1723W/(m2.K)之間，一般可取20W/(m2.K)。4)對于一般電冰箱采用的板管式與鋁復合吹漲式蒸發(fā)器，蒸發(fā)器外表面與箱內空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在11.614W/(m2.K)。5)對于間冷式冰箱中采用的強制對流翅片管式蒸發(fā)器，其外表面與空氣間的傳熱系數(shù)在1835W/(m2.K)之間。6)在計算箱體的漏熱時，冰箱內、外側表面?zhèn)鳠釤嶙枵伎偀嶙璞容^小，主要熱阻集中在絕熱層，即使在絕熱層厚度最薄處，二側表面?zhèn)鳠崴嫉臒嶙枰膊怀^30%，而在絕熱層最厚處（冷凍機背部）只占10%以下。7）總體而言，冷凍室的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大于冷藏室的表面?zhèn)?/p>

29、熱系數(shù)，門及底部的傳熱系數(shù)較其他部位要小。3.4.2 管板式和吹脹式蒸發(fā)器的設計方法 冰箱中常見的管板式和吹脹式蒸發(fā)器，可以看作是一種復雜的翅片式換熱器，其肋化系數(shù)仍可定義為蒸發(fā)器外表面積與管內表面積之比。一般電冰箱的管板式蒸發(fā)器，其肋化系數(shù)在3. 54,5之間，而吹脹式蒸發(fā)器的肋化系數(shù)在4.56O之同。為了精確計算蒸發(fā)器外表面的自然對流換熱和輻射換熱，必須首先計算出外表面（翅片表面）的溫度分布，而翅片表面的溫度分布又與局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相耦臺，因此，迄今為止尚無通用的計算方法，對特定幾何結構和幾何參數(shù)的蒸發(fā)器能用大規(guī)模數(shù)值計算的方法進行計算，這不僅計算工作量大，而且由于計算對象本身的復雜性，不

30、得不引入許多簡化假設，使計算精度受限。因此這是一種正在發(fā)展的極有前途的設計方法。對于工程設計，目前主要仍依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般家用冰箱采用的管板式與吹脹式蒸發(fā)器其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ao在1114W/(m2K)之間（未結霜狀態(tài)）。 對于家用冰箱的管板式蒸發(fā)器和吹脹式蒸發(fā)器可以用下列方法估算所需傳熱面積。傳熱面積A（單位為m2）為：式中：Qo蒸發(fā)器所需的制冷量，單位為W；Qc通過對流換熱的傳熱量，單位為W；QR通過輻射換熱的傳熱量，單位為W；k傳熱系數(shù)，單位為W/(m2.K),管板式蒸發(fā)器一般在811.7W(m2.K);ao 空氣側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，一般取11.6W(m2.K);ai 管內制冷劑側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，

31、單位為W(m2.K);s表面效率；f 翅片效率；A1管表面積（一次表面），單位為m2；A2翅片表面積（二次表面），單位為m2；h單脊翅片的翅片高度，單位為n；m翅片參數(shù)，f -翅片熱導率，單位為W(m.K)；f翅片厚度，單位為m；l翅片沿管軸線方向的長度，單位為m；ta冷凍室溫度，單位為；t0蒸發(fā)溫度，單位為；霜層表面黑度，一般可取=0.96；Ta、T0以熱力學溫度表示的冷凍室溫度和蒸發(fā)溫度，單位為K。舉例：某直冷式電冰箱，采用鋁復合板吹脹式蒸發(fā)器，吹脹成的半圓形通道的內徑d=8mm，管壁厚1mm。肋化系數(shù)=5.5。若蒸發(fā)器內制冷劑的平均蒸發(fā)溫度to=-20.5 ,箱內空氣溫度to =5，該冰

32、箱所需的制冷量Qo =200W，管內制冷劑沸騰傳熱系數(shù)ai=1160W/ (m2.K)，管外空氣側對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ao =12W/(m2.K)，表面效率s =0.8。試估算該蒸發(fā)器需要的傳熱面積。 (1)計算通過對流換熱的傳熱量1)傳熱系數(shù)k W(m2.K)2)傳熱溫差（ta-t0） ta-t0=5-（-20.5）=25.53)每單位面積通過對流換熱的傳熱量w/m2 (2)每單位面積通過輻射換熱的傳熱量 w/m2(3)所需的傳熱面積（外表面積）m2方法二：近似算法直接利用管板式與吹脹式蒸發(fā)器其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ao在1114W/(m2.K)之間這一數(shù)據(jù)進行估算。對于制冷劑透過金屬管與外界空氣進行換熱

33、，制冷劑側換熱系數(shù)k一般在1000 W/(m2.K)以上，即熱阻R=1/k0.001 m2.K/W；對于銅管，熱阻R=壁厚/=0.001/398 m2.K/W, 而對于鋁管，其熱阻也很?。粚τ诳諝鈧?，換熱系數(shù)一般在20 W/(m2.K)以內，其熱阻遠大于制冷劑側和管壁，最大的熱阻在空氣側，因此，可以不考慮管壁導熱熱阻和制冷劑側對流換熱熱阻，直接用表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)作為管路的綜合換熱系數(shù)，這里取k=13，則 m2從結果看，與復雜計算結果并沒有很大誤差。3.4.3 蒸發(fā)器設計實例繼續(xù)前面的BCD-189冰箱的選型設計，現(xiàn)在為該冰箱選擇合適的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的聯(lián)結方式為串聯(lián)，即低溫制冷劑先進入冷凍室蒸發(fā)器然

34、后再進入冷藏室蒸發(fā)器。冷藏室蒸發(fā)器選擇管板式蒸發(fā)器，隱藏于冷藏室背部發(fā)泡層內側。冷凍室蒸發(fā)器型式確定為層架絲管式。如前所述，蒸發(fā)器的設計可以選擇復雜算法和簡化算法，復雜算法適合于編制計算程序計算，而簡化算法適合于手工計算，兩者的計算偏差不大，所以這里選擇簡化算法。1、冷藏室蒸發(fā)器設計冷藏室管板式蒸發(fā)器傳熱系數(shù)在11.614W/(m2.K)，如果蒸發(fā)器與冷藏室空氣直接接觸，則可以直接選擇換熱系數(shù)為11.614W/(m2.K)，但如果蒸發(fā)器還需要透過冷藏室內膽塑料傳熱，則傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗只能為原傳熱系數(shù)的40%左右，即4.65.6W/(m2.K)。本計算選擇傳熱系數(shù)為5 W/(m2.K)。已知冷藏

35、室熱負荷12.7W，蒸發(fā)管外徑為6.5mm，則由和=-23.3-（-5）=28.3可計算出蒸發(fā)管長為4.05m（實際蒸發(fā)器管長4.18m）。2、冷凍室蒸發(fā)器設計冷凍室采用層架絲管式蒸發(fā)器，絲管式蒸發(fā)器傳熱系數(shù)為810w/m2.k，本計算選擇傳熱系數(shù)為10W/(m2.K)。已知冷凍室熱負荷為22.7W，蒸發(fā)管管徑8mm，則由和=-23.3-（-18）=5.3可計算蒸發(fā)管長為15.1m（實際產(chǎn)品管長14.5m）。3.5 冰箱冷凝器設計3.5.1 冰箱用的冷凝器冰箱常用的冷凝器為如圖 所示的絲管式和內藏式冷凝器。 在絲管式冷凝器和內藏式冷凝器中，制冷劑均在管內自上而下逐漸冷凝，為便于制冷劑液體的順暢

36、流出，在制造冷凝器時，蛇管中每一水平方向的傳熱管均宜將制冷劑的排出端向下稍傾斜一定角度。在市場上出售的家用冰箱中，亦可見絲管式冷凝器的鋼絲里水平方向，這種結構形式的冷凝器不利于制冷劑液體的排出。絲管式冷凝器和內藏式冷凝器實際應用及實驗結果均表明，在相同傳熱溫差條件下，絲管式冷凝器的空氣側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較內藏式冷凝器的空氣側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)約高30%。圖3-27所示為絲管式冷凝器和內藏式冷凝器的空氣側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與傳熱溫差的關系曲線。從圖3-27還可看出，絲管式冷凝器的放置方式對空氣側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大小有較大影響，當冷凝器水平放置時，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較垂直放置時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大20%左右。目前，絲管式冷

37、凝器在家用冰箱中應用時大多采用垂直安裝方式，理論分析及實驗均表明，絲管式冷凝器稍向外傾斜3050的微小角度，其空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)即可提高10%15%。3.5.2 絲管式冷凝器的設計1、絲管式冷凝器設計的幾個關鍵問題（1）結構參數(shù)及型式絲管式冷凝器冷凝管采用復合鋼管（鋼管外鍍銅，俗稱邦迪管），鋼管外徑db=4.57mm,鋼絲直徑dw=1.22.0mm，鋼絲間距sw=57mm，蛇管管節(jié)距sb=3550mm，且sw/dw=4.04.2，sb/db=9.19.4。（2）同時考慮自然對流換熱及輻射換熱在冰箱用絲管式冷凝器中, 空氣側壁面與空氣之間的換熱屬空氣自然對流熱交換, 在設計及使用條件下, 其自然對

38、流換熱系數(shù)不大, 因此輻射換熱不能忽視。此外, 由于管內制冷劑的凝結換熱系數(shù)較空氣側換熱系數(shù)大得多, 冷凝器的換熱熱阻則主要是外側壁面與空氣之間的換熱熱阻, 因此在絲管式冷凝器的設計計算中, 可僅考慮計算空氣側的換熱系數(shù)而不計算管內制冷劑側的換熱系數(shù)。（3）制冷劑過熱蒸汽溫度對空氣側換熱強度的影響在冰箱中, 無論是否設置預冷蛇管, 進入冷凝器的制冷劑蒸汽均為過熱蒸汽, 而空氣側自然對流換熱強度及輻射換熱強度均與傳熱溫差有較大關系, 無疑, 在冷凝器中換熱的初始階段稱為過熱段, 其傳熱溫差比后一階段稱為飽和段要大得多。根據(jù)計算, 過熱段的全換熱系數(shù)要比飽和段的全換熱系數(shù)大左右。因此, 在冷凝器的

39、設計計算時, 必須根據(jù)過熱段及飽和段的不同傳熱溫差分別計算其換熱系數(shù)。（4）空氣與壁面之間的自然對流換熱關系式目前適用于冰箱絲管式冷凝器空氣側自然對流換熱系數(shù)計算的關系式并不多見, 已見到的少數(shù)關系式經(jīng)實際計算檢驗均有一定誤差。經(jīng)反復計算檢驗, 認為下列關系式用于絲管式冷凝器自然對流換熱系數(shù)計算有一定準確性。 (W/m2.) （1）其中：空氣導熱系數(shù), W/m.；可查附錄 ；db管外徑,m；sb蛇管上下相鄰管中心距,m；dw鋼絲外徑,m；sw鋼絲節(jié)距,m；Prf空氣的普朗特準數(shù)；可查附錄Grf空氣的葛拉曉夫準數(shù), 由下式計算: （2）其中g重力加速度，g=9.81m/s2；空氣的體積膨脹系數(shù),

40、1/，空氣的體積膨脹系數(shù)可以近似采用理想氣體狀態(tài)方程進行計算；t 傳熱溫差, ；空氣的運動粘度, m2/s；de當量直徑, 由下式計算 (m) （3）其中肋效率。對冰箱用絲管式冷凝器, 在常用結構參數(shù)及溫度參數(shù)條件下, 肋效率變化不大, 可取計算。上述幾個式子中的定性溫度為壁面與空氣之間的平均溫度。2、絲管冷凝器的設計計算方法冷凝器過熱段和飽和段的傳熱溫度有較大區(qū)別, 應分段進行計算, 其分段計算方法及步驟如下：（1）確定過熱段及飽和段傳熱溫差；（2）確定過熱段及飽和段傳熱溫差。根據(jù)定義, 當考慮肋效率時, 其傳熱溫差為管壁溫度與空氣溫度之差, 忽略管壁熱阻, 則傳熱溫差可為管內制冷劑的溫度與

41、空氣溫度之差。在過熱段, 制冷劑進口溫度高, 在換熱過程中溫度逐漸下降至冷凝壓力下的飽和蒸汽溫度即冷凝溫度, 因此過熱段的傳熱溫差應為對數(shù)平均溫差, 即 （4）式中過熱蒸汽溫度，；冷凝溫度，空氣溫度，。飽和段傳熱溫差：冷凝器出口制冷劑一般尚未達到過冷狀態(tài)，即出口制冷劑溫度仍為冷凝溫度, 也就是說在飽和段管內制冷劑溫度不變, 那么飽和段的傳熱溫差為 （5）（3）分別計算過熱段和飽和段自然對流換熱系數(shù)及輻射換熱系數(shù)選取傳熱管及鋼絲規(guī)格, 確定管間距及鋼絲間距, 即可分別計算各段自然對流換熱系數(shù)及輻射換熱系數(shù)。（4）分別計算各段傳熱面積過熱段傳熱面積: （6）飽和段傳熱面積 （7）式中: 、各段傳熱

42、面積，包括管面面積及鋼絲外表面積；、各段自然對流換熱系數(shù)，W/m2.；、一各段輻射換熱系數(shù)，W/m2.；、一各段傳熱溫差，；、一各段熱負荷，W；表面效率, 由上式計算： （8）其中：每米管長管面面積，m2/m；每米管長上鋼絲外表面面積，m2/m。（5）確定冷凝器整體尺寸1）傳熱面積： （m2） （9）2）蛇管總長： （m） （10）3）蛇管水平根數(shù)根據(jù)冰箱寬度取冷凝器有效寬度為b(m), 則蛇管水平根數(shù): （11）4）冷凝器有效高度：已知管間距sb(m)，則 （m） （12）3、絲管式冷凝器設計示例已知某制冷系統(tǒng)，制冷劑為R600a，熱負荷為180W,冷凝溫度為50，壓縮機機殼出口制冷劑蒸汽溫

43、度為80，初露管出口溫度為35，不設預冷盤管，空氣溫度為32。解：方法一：詳細計算法（1）過熱段及飽和段熱負荷計算查取R600a的壓焓圖（附錄 ），可以查取過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓、過冷液體焓，可求得過熱段負荷占總負荷的19%，則過熱段負荷為34.2W，考慮到初露管的負荷占總負荷的40%左右，所以飽和段熱負荷為73.8W。（2）過熱段和飽和段傳熱溫差由式（4），過熱段傳熱溫差30.6，由式（5），知飽和段傳熱溫差18。（3）自然對流換熱系數(shù)：取管外徑db=4.5mm,鋼絲直徑dw=1.2mm，鋼絲間距sw=5mm，蛇管管節(jié)距sb=42mm。取當?shù)卮髿鈮毫?.01325105Pa，由空氣物性參數(shù)

44、表（附錄 ）查得熱導率=0.02799W/m.k，運動粘度=17.56910-6m2/s，體膨脹系數(shù)=0.00313K-1,普朗特數(shù)Pr=0.6984，取翅片效率f=0.85。由式（1）求得w/m2.、w/m2.。（4）輻射換熱系數(shù)由下式計算其中為冷凝器表面黑度，因為一般冷凝器表面涂黑漆，所以可取=0.97，Tw為壁面平均絕對溫度，Ta為空氣絕對溫度，t為傳熱溫差，則可求得： w/m2.、 w/m2.。（5）傳熱面積：由（6）、（7）式計算出0.074m2，0.39m2。則總的換熱面積0.464 m2。（6）冷凝器整體尺寸由式（10）知傳熱管總長L=6.0m，取冷凝器有效寬度b=0.4m。由式

45、（11）蛇管水平根數(shù)N=15根。冷凝器的實際高度為0.63m。方法二：簡易的計算方法絲管式冷凝器的實驗傳熱系數(shù)k為1217.5w/m2.。取k=14 w/m2.。直接扣去除露管的熱負荷40%，則冷凝器的總負荷為108W。冷凝器與空氣的換熱溫差采用飽和段溫差t=50-32=18，則直接用 m2，與方法一結果誤差不是很大，所以該方法可以作為一種粗糙的近似算法。3.5.3 內藏式冷凝器的設計計算 內藏式冷凝器是將蛇管粘貼（或焊貼）在箱壁內側組成的一種冷凝器，在內藏式冷凝器中，箱體金屬板作為整體在冷凝器中起翅片作用，金屬板的厚度一般在0.4lmm之間。 內藏式冷凝器通常布置在箱體的背面以及箱體側面的面

46、或兩面上，蛇管管節(jié)距即每一水平管所占箱壁高度h=5060mm。 內藏式冷凝器的設計計算與絲管式類似，幾點區(qū)別：（1）由于箱體金屬板其翅片作用，因此，內藏式冷凝器的翅片效率，略大于絲管式；（2）內藏式冷凝器箱體一般為白色漆，因此，外表面輻射黑度=0.85；（3）內藏式冷凝器實驗綜合傳熱系數(shù)為912W/m2，這可以作為估算的依據(jù)。（4）如果原來系統(tǒng)采用的是絲管式冷凝器，現(xiàn)在改為內藏式可以在絲管式冷凝器的換熱面積基礎上增加30%作為內藏式冷凝器的換熱面積。3.5.4 冷凝器設計案例繼續(xù)BCD-168的設計，確定冷凝器的尺寸。由于外掛的絲管式冷凝器往往會因為在長途運輸過程中管折而造成泄漏，所以目前廠家

47、一般會選擇內藏式冷凝器。內藏式冷凝器隱藏在發(fā)泡層內，不會由于碰撞而管折，但需要保證不要把冷凝器的接管焊接點埋藏，而是設在壓縮機室內。確定冷凝器散熱負荷冰箱所需要釋放的熱量包括冰箱的熱負荷以及由于電能消耗而引入的熱量，這構成了冰箱的散熱負荷。冰箱的散熱負荷一部分通過壓縮機和少量外露制冷劑管散發(fā)，約90%（經(jīng)驗數(shù)據(jù)）依靠冷凝器散發(fā)。因此，冷凝器熱負荷Qc計算式為：Qc=0.9（Q+Q）式中，Q為冰箱熱負荷，Q為壓縮機平均功率，兩者單位都是W。壓縮機由于存在運行時間和停機時間，因此平均功率指的是壓縮機在某段時間內的綜合平均功率。已知BCD168冰箱熱負荷Q=35.4W，冰箱壓縮機運行功率W=65W和

48、運行時間比=0.35。則Q=W=650.35=21.9WQc= 0.9（Q+Q）=0.9（35.4+21.9）=51.6W冷凝器尺寸計算選用內藏式冷凝器，內藏式冷凝器實驗綜合傳熱系數(shù)為912W/m2，這里選擇傳熱系數(shù)為12W/m2，傳熱溫差22.4。則由可計算出冷凝器散熱面積A=0.19 m2，選擇冷凝管管徑為4mm，則計算管長為15.3m。3.6 風冷冰箱的風道設計在冰箱設計中,風冷冰箱設計的難度一直就比較大, 技術要求高,產(chǎn)品的相關知識要求多, 尤其對于通風設計好壞,直接決定一個產(chǎn)品的性能狀態(tài) 。1)分析產(chǎn)品的風道設計特點,流體的流動分布2)風道結構設計的可靠性和調節(jié)性3)出風口和回風口的尺寸設計4)風道系統(tǒng)的阻力計算與校核5)產(chǎn)品運行時的性能穩(wěn)定性(感溫頭參數(shù)的變化敏感度) 6)風道系統(tǒng)的主要阻力點和最大流動速度。3.6.1蒸發(fā)器風道設計計算(BCD-325WY為例)1、冷凍循環(huán)風量換熱能力計算 蒸發(fā)器表面