零下60℃小型医用低温冷柜的设计2-毕设论文.doc

本科毕业论文(设计)题 目：零下60小型医用冷柜的设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 热能与动力工程专业 姓 名： 黄 振 南 _ 指导教师： 张 金 翠 2013年 5 月 26 日零下60小型医用冷柜的设计Designs of one small medical freezer in -60 青岛大学本科毕业论文（设计）摘 要 传统的-60的超低温设备一般需要利用两个压缩机，通过复叠制冷系统来实现，但这样的复叠制冷系统结构复杂、成本较高。为了解决上述问题，设计采用自复叠式制冷系统来实现-60的低温制取。此次设计进行了对-60低温冷柜的设计计算，其中包括冷柜的总体布置，负荷计算，制冷系统热力计算、制冷设备的计算等。该低温冷柜采用自然复叠制冷循环，采用R22/R23为混合工质。全文涉及了对各大重要部件的设计计算，包括蒸发器，冷凝器，蒸发冷凝器，中间换热器，节流装置的设计计算和压缩机的选型计算。自然复叠式低温冰柜相比较多级压缩的制冷系统结构要简单，成本低，在低温医学方面有着广泛的应用。 关键词 自然复叠制冷 低温冷柜 系统设计 医学Abstract Traditional -60 ultra-low temperature freezer uses two compressors.But the structure of cascade refrigeration system is complicated,and the price is high. In order to improve the refrigeration system, this design use auto-cascade refrigeration system for low temperature preparing to - 60 . The design has made the design and calculation of - 60 low temperature freezer, including the overall layout, refrigerator load calculation, thermodynamic calculation. The low temperature freezer using natural cascade refrigeration cycle, using R22/R23 as the refrigerant mixture working medium. This paper relates to the calculation, design of each important component comprises an evaporator, condenser, evaporator condenser, the intermediate heat exchanger, calculation and selection of design calculation and compressor throttling device. Refrigeration system structure of natural cover type low temperature freezer compared multistage compression should be simple, low cost, is widely used in low temperature medicine.Keywords ： Natural cascade refrigeration Low-temperature refrigeration system design compressor medical science目 录第1章 引 言11.1 本课题研究背景及意义11.2 自复叠式制冷系统的发展和特点21.3 本课题研究内容5第2章 冷柜的总体布置和保温材料的选取62.1 冷柜的总体布置62.2冷柜保温材料的选取6第3章 低温冷柜的热负荷计算83.1 箱体漏热量Q183.2 开门漏热量Q2103.3 货物热量Q3103.4 其它热量Q4113.5 箱体外表面凝露校核11第4章 热力计算及各换热器的设计124.1 混合制冷剂的选用124.2 系统形式和重要参数的确定124.3 系统个点参数 (根据经验设定R23的充注量为30%）144.4 系统的热力计算15第5章 压缩机的选择和各换热器的设计185.1压缩机的选型185.1.1 压缩机的选择原则185.1.2 压缩机的选型计算185.2 冷凝器的设计计算195.2.1 冷凝器设计的初参数205.2.2 平均传热温差215.2.3 换热管和翅片的计算215.2.4 换热面积Ft和换热管长度L的计算215.2.5 迎风面积和风量V的计算225.2.6 空气流动阻力计算225.2.7 风机的选取225.2.8 冷凝器附图235.3 蒸发器的设计计算235.3.1 蒸发器换制冷剂侧的传热系数的计算235.3.2 蒸发器空气侧的传热系数的计算245.3.3 蒸发器总的传热系数的计算265.3.4 冷柜蒸发器传热面积的计算和校核265.3.5 蒸发器的基本布置图275.4 蒸发冷凝器的设计计算275.5 中间换热器的设计计算28第6章 节流阀、气液分离器等部件计算选型306.1 气液分离器的设计选型306.1.1气液分离器的基本原理306.1.2 气液分离器的设计计算316.2 节流装置的设计31第7章 设计总结33谢 辞34参考文献35附录37主要符号表 箱体外表面温度 冰的比热容 箱体外空气温度 蒸发器单位质量制冷量 箱体内空气温度 蒸发器制冷剂的质量流量 箱体外表面对外空气传热系数 理论比功 箱体内表面对内空气传热系数 理论功率 总的传热系数 性能系数 箱体漏热量 冷凝器单位热负荷 开门热量f 翅片效率，mm 货物热量m 肋片效率，mm 其他热量f 翅片厚度，mm 箱内容积m 扁管壁厚，mm 开门次数w 薄片厚度，mm 箱内空气达到规定温度的比焓差 冷凝器热负荷 空气的比体积 单位容积制冷量 水的质量 传热面积 水的比热容Cp 定压比热，kJ/kg 水的凝固热 翅片高度影响系数 气液分离器直径 管内传热系数第1章 引 言1.1 本课题研究背景及意义 在人类追求高质量生活的今天, 人们对低温技术的依赖和要求也越来越高, 低温冰箱也在此时进入人们的视野。随着人类对自然界的不断深入研究, 人类已经在生物、制药、物理、化学、冶金、仪器仪表行业等领域取得了巨大的进步。与此同时, 这些行业中的产品对温度的要求也越来越高。人们不仅要使用普通冰箱, 同时还希望在生物、制药方面有低温冰箱来适应行业产品的要求1。医用低温设备是中国各级医院、各级血站、防疫站、医学和药学大专院校及科研机构所必须配备的基础设备。由于医用低温设备是一项技术含量较高，专业性强的产品，并且对温度的范围、控温精度、报警等功能有具体的要求，因此，医用低温设备的价格较高。目前国内的-60医用低温柜一般都是利用传统的双压缩机复叠制冷系统来实现的，不仅系统复杂，而且成本较高。为了既不影响-60超低温冷柜的性能，同时又能降低成本，本次研制了单压缩机-60超低温冷柜，实验证明，单压缩机-60超低温冷柜不仅原理可行，而且由于其结构简单、成本低、性能可靠等有点可以应用到低温冷柜新产品开发。 在蒸汽压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力、蒸发压力由冷凝温度和蒸发温度决定。由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷剂虽然在不断运行，制冷量却变为零。多级压缩在一定程度上可以解决这个问题，但是为了获取更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩循环仍将受到蒸发压力过低、甚至使制冷剂凝固的限制2。复叠式或自复叠式制冷循环克服了上述不足并且广泛应用于多种低温领域。 在医学方面，低温同样有着极高的应用价值。例如，人血小板的冷冻干燥保存，冻干的血小板能够于室温下长期保存，方便运输及使用2 关节软骨的玻璃化保存，通过逐步降温、逐步载入低温保护剂的方式减少高浓度保护剂对细胞的毒性损伤，提高复温后的细胞存活率3。本文就以R22和R23为制冷剂，设计一种小型自复叠式低温制冷系统装置，简称医用低温冷柜。 二十世纪七八十年代, 由于能源、环保等因素, 随着对混合工质研究的深入, 各国科学工作者开展了对自动复叠循环的研究, 在美国有多项有关自动复叠制冷系统的专利 46 , 美国REVCO 公司利用自动复叠循环的原理研制出了- 150的低温箱7。由于自动复叠制冷系统具有比较大的工作温区, 无论是在普冷领域还是在低温电子、低温医学、冷冻干燥、气体液化等低温领域, 都具有比较大的实用价值。-60系列医用冷藏柜采用具有国际先进水平的单机自动复叠式制冷方式生产。在使用同样功率的压缩机的情况下，普通制冷方式只能到-40的冰箱，通过采用自动复叠式制冷方式使其能达到-60以下效率提高30%以上，价格却只相当于国内-40的冰箱价格。产品全部采用无氟环保制冷剂配方、国际知名品牌零部件生产，其独特制冷方式更适合国内用户的实际情况，更能适应恶劣环境，使其综合性能在国际、国内都处于领先的地位，深得国际、国内客户的青睐。1.2 自复叠式制冷系统的发展和特点 自复叠制冷系统使用混合工质并通过单台压缩机实现了多级复叠，可以获得-60以下的低温。自复叠式制冷系统的研究最早在1959就开始了。当是前苏联的研究所用碳氢化合物作为制冷工质来液化天然气8。到了本世纪七八十年代，由于存在能源和环保等问题的出现，各国研究学者对混合工质进行了更深入的研究。 自复叠式压缩制冷循环过程：用一台压缩机对有两种工质组成的混合工质进行压缩，将压缩后的高温高压混合工质蒸气排到冷凝器，在其中放热冷凝。由于两种工质的沸点不同，在冷凝器中的大部分高沸点和少量低沸点制冷剂先冷凝成液体，而大部分低沸点制冷剂保持气态。混合工质进入气液分离器分离为两路，一路是富含高沸点的液体混合工质，经膨胀阀节流后进入冷凝蒸发器吸蒸发；另一路是富含低沸点的气态混合工质，在蒸发冷凝器中放热冷凝成液体后经膨胀阀进入蒸发器们在其中吸收被冷却物的热量，实现低温制冷。 一般二元自然复叠可以制取-80左右的低温，基本可以满足温度要求。自复叠制冷循环通过自然分凝，多级复叠的方法可以获得较大的工作温度区间，无论是在普冷领域还是在低温电子、低温医学、冷冻干燥、气体液化等低温领域，都有比较大的实用价值。目前在医学领域应用最多的冷柜制冷温度大多是-869。一、 自复叠制冷循环的特点101 采用一台压缩机，结构相对简单，控制方便，造价成本低；2 蒸发与冷凝温度有一定的滑移，减小了传热温差，减少了不可逆损失，根据热力学第二定律，制冷循环效率提高；3低温部分没有压缩机等运动部分，有效减小了震动；4采用混合工质，使得节流部件的压力大大减小；5由于采用混合工质，在80K以上的温区内有较高的热效率； 二、 自复叠制冷循环与其他制冷循环的比较（1） 单级蒸气压缩制冷循环由于受限于压缩比和冷凝压力，的最低温度一般只能达到-20 -40，达不到低温制冷要求；（2） 两级蒸气压缩能达到一般的低温的要求，但是要受到每一级压力比和蒸发压力的限制，在低的蒸发压力下，可能是的空气渗入到循环内，使得蒸气比容的增大输气系数降低；（3） 一般的多种工质的复叠式压缩制冷系统解决了上述矛盾，但是因为在系统中多加的一台压缩机，使得结构更加复杂，成本增加，而且不利于生产维护等问题。（4） 单级蒸气压缩制冷循环由于受限于压缩比和冷凝压力，的最低温度一般只能达到-20 -40，达不到低温制冷要求；（5） 两级蒸气压缩能达到一般的低温的要求，但是要受到每一级压力比和蒸发压力的限制，在低的蒸发压力下，可能是的空气渗入到循环内，使得蒸气比容的增大输气系数降低；（6） 一般的多种工质的复叠式压缩制冷系统解决了上述矛盾，但是因为在系统中多加的一台压缩机，使得结构更加复杂，成本增加，而且不利于生产维护等问题。三、 国内自复叠式低温制冷研究进展11（1）循环流程的改进 传统的自复叠式循环系统简单、造价较低，但是无法保证进入压缩机的蒸气有一定的过热度，压缩机存在一定的液击危险，而且液态制冷剂在节流过程中有一定的节流损失，效率变低。为解决这些问题，增加逆流换热器，通过设置逆流换热器可以使得热交换更加充分，保证一定的过热度，提高了循环性能和安全性；气液分离器和蒸发冷凝器的联合使用可以提高混合工质的分离效果；采用精馏装置循环简化了流程并且提高了组分分离效率。但是控制难度增加，制冷效率受到影响；（2）高效气液分离器 通过对分离器的设计改造，是的分离效果提高；精馏塔的使用代替气液分离器，是的气液有更大的接触面积，从而更好的分离；分凝分离器的使用是的系统有更高的热效率和运行可靠性； （3）混合工质的配比 选用高效环保和制取低温的工质；通过改变组分工质的比例搭配，提高系统的热效率。四、 自复叠制冷循环其他方面的研究 自复叠式制冷系统中混合工质的沿程变化给循环的模拟计算带来困难在进行计算时需要对循环进行假设和简化。自复叠式制冷存在的另一个问题就是工质在泄漏后不能想单工质那样直接补充，需要按一定比例管灌冲，但这样造成的浪费大，经济损失大，而且泄漏的制冷剂可能对环境有害。五、 自复叠式制冷系统设计时需要注意的问题12（1） 系统循环的合理性 在设计系统时，需要按照合理的设计流程进行，使各换热器器中的热质交换更加充分，从而获得更好的分离效果和循环效率，结构尽可能简单，易于推广；（2） 压缩机中润滑油的分离 在系统设计和工质组分选择时要考虑到润滑油的分离问题，以防止润滑油进入低温部分而发生凝固；（3） 混合工质物性的变化 在不同的管段内，混合工质的物性和比例都会不同，都会影响系统，这在系统设计时需要考虑在内。制冷剂的选择：由于自复叠式制冷系统中的工质选择非常重要，在此单独列出。常规制冷系统制冷剂的选取原则在自复叠式制冷设计中同样适用。要实现气液分离，两种制冷剂的沸点差必须满足一定要求。现在可选的高温组元有R114，R22，R134a，R117等，低温组元有R14，R32，R23，R744，各类烷烃碳氢化合物，以及N2，O2，Ne,Ar等。 影响系统稳定性的一个重要问题是超低温系统的油堵问题，一般是利用油分离器防止冷冻油进入毛细管后，在低温下凝固而堵塞毛细管。我们利用非共沸制冷剂的分级冷凝系统，在回热冷凝器中，在R22液体与R23气体分离的同时，将液体冷冻油与R23分离，冷冻油与R22混合，在高温制冷系统内循环后回到压缩机，避免冷冻油在低温制冷系统中凝固而堵塞毛细管12。1.3 本课题研究内容 本设计进行了对60低温冷柜的设计计算，其中包括冷柜的总体布置，负荷计算，热力计算等。保温材料对系统的效率和节能效果有很大的影响，本次设计采用了新型保温材料，替换原有的聚氨酯泡沫材料，提高保温效果的同时，也加大了冷柜的储存空间。该低温冷柜采用自然复叠制冷循环，采用R22/R23为混合工质。本文涉及了对各大重要部件的设计计算，包括蒸发器，冷凝器，蒸发冷凝器，中间换热器，节流装置的设计计算和压缩机的选型计算，并且对低温冷柜系统运行中可能会出现的问题加以改进。 第2章 冷柜的总体布置和保温材料的选取2.1 冷柜的总体布置 箱体结构：600*500*500（宽深高），此次设计保温层材料采用导热系数为0.006W（m.K）的VIP+PU复合材料，代替原有PU材料。箱体的背面布置冷凝器，蒸发器采用换热管盘绕在冷柜箱体内形成，其他换热器及压缩机布置在箱体的底部。2.2冷柜保温材料的选取 首先根据产品需要耐受的温度来选择相对应型号的保温材料，比如设备使用的环境温度区间。其次根据设备的形状来确定使用什么形态的产品如管，板，卷毡然后根据使用环境来确定产品的 其他使用特性例如耐热气流冲刷，耐腐蚀，隔热或者保温，减震缓冲等材料选用原则经济耐用保温材料厚度不是越厚越好有一个最佳经济厚度，超出此数值温度降低一度厚度可能成倍增长因此选用的材料只要价格便宜能够达到使用要求就好。 根据制冷工况，选取传热系数低的保温材料不仅可以节约耗能，而且可以增加箱体内的载物容积。为提高隔热效果，用VIP+PU（真空隔热板）代替常规保温材料PU（聚氨酯）。本次设计采用的VIP板厚度为40毫米，10mm厚VIP+30mm厚的PU复合而成，芯材为玻璃棉，外面一层为铝膜塑料，导热系数为0.006W（m.K），组装时VIP层在外侧，PU层在内侧13。箱体表面结露校核公式： (21)tw-箱体外表面温度，单位为t1-箱体外空气温度，单位为t2-箱内空气温度，单位为a1箱体外空气对箱体外表面的传热系数，单位为w/(.k)a2箱体内空气对箱体内表面的传热系数，单位为w/(.k)K为总的传热系数，单位为w/(.k) 按照国家标准应在箱体外表面温度高于露点温度下计算箱体的漏热量，最后校验绝热层厚度是否达标。第3章 低温冷柜的热负荷计算 在产品设计中，计算冰箱的热负荷其实很重要，它可以从产品的开发前期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，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。热负荷的计算的意义涉及到以下几个方面14：知道产品未来的性能状态；知道产品在不同环境下的性能状态；事先可以知道产品的耗能水平以及改正后的状态；可以找到产品设计中的缺点、找到改进的方向；可以用最低的成本设计产品；缩短产品的开发时间，提高产品开发的命中率。热负荷包括：箱体漏热量Q1，开门漏热量Q2，货物热量Q3，其他热量Q4。即 Q=Q1+Q2+Q3+Q43.1 箱体漏热量Q1 箱体漏热量包括，通过箱体隔热层的漏热量Qa，通过箱门和门封条的漏热量Qb，通过箱体结构形成热桥的漏热量Qc。即Q1=Qa+Qb+Qc 箱体隔热层的漏热量Qa，由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ABS或HIPS塑料板真空成形 ，最薄的四周部位只有1.0mm。塑料热阻较大，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。即Qa=KA(t1-t2）式中A-箱体外表面，单位为m2。传热系数K(单位为W/(m2K )为 （31） 1箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W/(m2K)；2内箱壁表面对箱内空气的表面传热系数，单位为W/(m2K)； 隔热层厚度，单位为m；隔热材料的热导率，单位为W/(mK)。 设通过箱门与门封条进入的漏热量Qb，以为其很难计算，所以根据经验，取Qb为Qa的15。箱体结构部件形成桥热的漏热量Qc，因为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Qc值可不计算。设定箱体外环境温度为18，传热温差78。考虑到本次设计冷凝器布置在箱体背面，所以空气温度高于环境温度，暂定为4015。传热系数的计算根据公式（31） 计算时箱外空气对箱体外表面的表面传热系数1取11W/(m2K),箱内壁表面对箱内空气的表面传热系数2取0.8W/(m2K)，隔热层材料的热导率取0.006W/(mK)15。厚度为40mm。 计算得K=0.125 箱体总的漏热量即为冷柜六个面的漏热量之和，分别为顶面、侧面、背面、门体、底面，表3-1为各个面的漏热量。 冷柜各面的热负荷 表3-1负荷计算顶面侧面背面门体底面传热面积 0.30.60.250.250.3传热系数 0.1250.1250.1250.1250.125传热温差 78781007878传热量3.3756.753.1252.8133.375计算得出总的箱体隔热层漏热量为 总的箱体漏热量：3.2 开门漏热量Q2因开门漏热量计算很复杂，且不精确，所以一般引用经验公式16： （32） 表示箱内容积，计算约等于0.09m； n为开门次数，根据标准规定为2次/每小时； 为进入箱体空气达到规定温度的比焓差单位kj/kg；空气在-60可视为干空气，计算焓值h=Cp.g.t Cp取1.005kg/(kg.） =-=82kj/kg -（-60.3kj/kg)=142.3kj/kg表示空气的比体积，单位为m/kg 取为0.9m/kg；计算得Q2=7.9W3.3 货物热量Q3根据经验公式16 （33）在这里以水为货物为例计算：m为水的质量单位为kg，按5%计算；c为水的比热容，为4.19kj/(kg.K)r为水的凝固热，为335kj/kg为冰的比热容，2kj/kg.K，为水的初始温度和冻结温度，单位为计算得 Q3=36.25W3.4 其它热量Q4 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，在冷柜箱体热负荷计算时，为了安全起见一般还增加1015%的余度，即以1.11.15Q的热负荷进行设计。根据经验按总热负荷10%计算，Q4=Q10%总的负荷 计算得Q= 74W3.5 箱体外表面凝露校核 表面温度应该校核冷柜的绝热层的最薄处，假定绝热层均匀，厚度均为40mm，计算时取冷柜外表面传热系数为11W/(.K），传热系数K为0.125，环境温度为18，箱内温度为-60，则外表面温度为 (34）=18-（18+60）=17.11 在环境温度为18的情况下查空气的焓湿图得其露点温度为13，由此可知，冷柜的表面温度大于环境温度的露点温度，所以不会结露16。第4章 热力计算及各换热器的设计4.1 混合制冷剂的选用 从自复叠式制冷循环工作过程看出，低温部分节流后的制冷剂流量直接影响到制冷量的大小。高温部分的制冷剂流量虽然不直接影响制冷量，但是其流量和温度直接影响低温部分的制冷能力，因此，选取合适的混合工质将变得非常重要。在选取工质组分时，要综合考虑到以下几点：此次设计选用R22/R23为混合工质，此混合工质有以下优点171 该混合工质凝固点低，粘度和密度小，传热系数大；2 组合制冷工质要相溶但不共沸；3 选取的制冷剂沸点差大，符合选取4080的温差；4 根据环保原则，选取的制冷剂尽量不能有害于环境；4.2 系统形式和重要参数的确定低温冷柜制冷系统形式的确定，本次设计采用自复叠式制冷系统。相比较一般的自复叠式制冷，在气液分离器的上方加了一个热交换器，其功能同回热器类似，可以提高循环效率。另外一个创新点是两种工质在蒸发冷凝器前混合，增大了热交换流量，降低传热温差，循环效率得到了提高。下图4-1即为本次设计的系统示意图。图 4-1 A压缩机 B冷凝器 C气液分离器 D换热器 E冷凝蒸发器 F节流装置I G节流装置II H蒸发器 工作循环过程简介：R22/ R23 混合工质从压缩机A 排出, 在冷凝器B 中被部分冷凝。由于制冷剂R22、R23 的沸点不同, 在冷凝器中大部分高沸点组分R22 被冷凝成液体, 制冷剂中大部分低沸点组分R23 仍然为蒸气,混合制冷剂进入气液分离器C 中。在气液分离器中, 由于气液分离器的截面积比管路的截面积大得多, 致使制冷剂流速骤降, 在减速和转向的双重作用下, 制冷剂分为R23 含量少的液体和R23 含量多的蒸气, 其中制冷剂液体部分经过节流装置后, 与从蒸发器出来的温度较低的蒸气混合进入冷凝蒸发器E 并和主要成分为R23 的蒸气部分进行热交换。主要成分为R23 的蒸气被冷凝为液体后, 经节流装置进入蒸发器H 进行蒸发制冷。最后, 从蒸发器出来的低沸点组分从节流装置出来的高沸点组分混合后进入压缩机, 从而完成整个循环。冷凝温度的确定18 冷凝温度一般取决于冷却介质的温度以及冷凝器中冷却介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型式有关。一般设计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(即环境温度)加上冷凝传热温差。冷凝传热温差靠一般取1020 ，冷凝器的传热性能好，可适当取小的数值，例如采用风速为23ms的风冷却时，传热温差K值可取812。本次设计选取冷凝温度为40。蒸发温度的确定18 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内温度减去传热温差，一般传热温差以取510，如采用风冷却式（间冷式）时传热温差可取5，箱内温度一般参照星级要求选取。因此次设计蒸发温度定位-65。 回气温度的确定 回气温度(即过热温度)取决于蒸气离开蒸发器时的状态和回气管的长度。普通冰箱采用全封闭压缩机，一般以进入壳体的状态为吸气状态，可根据压缩机标定的工况选取，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，即进入压缩机前的回气管温用手摸一般有凉的感觉，或者有微微凝露，但不应该有结霜。因本次设计是低温制冷，采用混合工质，回气温度跟出蒸发器温度有关，设定为-10。4.3 系统个点参数 在制冷循环中，制冷剂的充注量和充注比对制冷系统影响很大。根据经验设定R23的充注量为30%，系统个状态点参数确定取自R22/R23混合工质状态含有一定量的R23的R23/R22的混合工质进入压缩机。经压缩和油分离器，制冷剂蒸气在水冷冷凝器中冷却。然后大量的R134a冷凝成液体，而大部分的R23制冷剂还是保持气态。含有大量的R23制冷蒸气从冷凝器的顶部进入热交换器，然后被更低压力的蒸气进一步冷却，最后进入到气液分离器，混合制冷剂被自动分离。同时，富含R134a的液体制冷剂部分通过冷凝器的底部出口进入到气液分离器。然后在气液分离器中混合制冷剂达到平衡。蒸气部分从气液分离器的上部进入到蒸发冷凝器中。液体部分首先进入到 热交换器进行进一步冷却，在通过干燥过滤器，最后同样进入到蒸发冷凝器中膨胀到一个低压状态。在这种方式下，在蒸发冷凝器中富含R22的液体制冷剂部分吸收热量来冷却另一边的蒸气制冷剂，同时，制冷剂蒸气放出热量被冷却成液体，然后通过热交换器和电磁阀进入到低温蒸发器。最后从蒸发器出来的制冷剂蒸气和从蒸发冷凝器出来的蒸气两种蒸气相混合，进入到热交换，最后回到压缩机，完成一个循环。该系统的各个点的状态参数见表4-1。 制冷系统各点的参数值 表4-1状态点 温度 压力（MPa) 焓值（kj/kg)1-10.50.125395.052-65.41.457434.23319.31.457331.54181.457245.845181.45741768.91.457377.677-39.31.457147.648-65.10.125227.879-55.40.125332.8910-42.60.125233.3911-49.20.125271.6512-44.80.125360.054.4 系统的热力计算蒸发器单位质量制冷量 （41）蒸发器制冷剂质量流量 （42）理论比公 （43）系统各点两种制冷剂的比例分析初始R23和R22的质量比为3：7 。经气液分离器分离后分为两路，一路为富含R23的低温工质气体，一路为富含R22的高温工质。根据气液分离器的分离效率和实验经验，低温工质中R23的质量比为0.6，R22为0.4；高温工质中R23和R22的质量比为1：9；低温制冷剂的质量为0.704kg/s，联立方程组可得：初始R23的充注流量为0.453kg/s；初始R22的充注流量为1.056kg/s；总的制冷剂质量流量为1.509kg/s；压缩机消耗的理论功率 （44）39.18kj/kg 1.509kg/s= 59.12W 性能系数 （45）冷凝器单位热负荷 （46）102.73kj/kg冷凝器热负荷 （47）155W进入压缩机前混合工质的比体积在t=-10.5时查的R22和R23的p-h图得： 求得混合工质的 0.0432m/kg单位容积制冷量 （48）2431kj/m压缩机吸入的容积流量 （49） 0.0652m/s第5章 压缩机的选择和各换热器的设计5.1压缩机的选型5.1.1 压缩机的选择原则 小型制冷系统压缩机均采用全封闭式压缩机。对于一般冷柜厂，一般无制造冰箱压缩机的能力，只能在进行冷柜设计时，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，t0为蒸发温度，tk为冷凝温度。过冷温度和吸气温度由制造厂决定，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：通过制冷系统的热力计算，求出在计算工况tk、t0时的制冷量；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19。 对于本次设计，混合工质低温冰柜采用普通全封闭式油润滑单级制冷或空调压缩机，具体型号根据制冷温区和箱体容积来选择。低温多元混合工质工质由于采用了不同沸点组元，使其综合绝热指数和传统普冷工质差别不大，因此在正常工作压比范围，其压缩机排气温度也在正常范围，能确定压缩机稳定工作，因此此次设计可以采用普冷压缩机。普冷压缩机的使用和设计原则是尽可能在压缩机工作在其设计工况范围内，这样既能保证压缩机正常工作，又能保证较高的效率。5.1.2 压缩机的选型计算 对于本次设计采用全封闭活塞式制冷压缩机，查系统个点状态表得： 总的质量流量为1.509理论上压缩机的体积流量：实际上压缩机的体积流量： 为体积效率，取0.8理论功率：指示功率： 为指示效率，取0.8摩擦功率： 为平均摩擦压力，取25kPa压缩机的轴功：配用电机的功率： 为压缩机的轴效率，取0.68经计算和查压缩机型号表选用全封闭压缩机QD65Y型压缩机一台，它的制冷量为105W，额定功率为80W。 压缩机型号表 表5-25.2 冷凝器的设计计算 对于本次设计冷凝器采用翅片管式换热器，方便起见，不设计壳体。翅片管换热器在动力、化工、制冷等工业中有广泛的应用。随着工业的发展，工业和生活缺水以及用水污染问题日益突出，空气冷却器的应用更引起人们的重视20。 翅片管换热器的形式很多，本次设计采用风冷冷却器，以外表面为基准的传热系数Kof，采用强制对流加套片管的换热器，铜管选用，换热管采用正方形形排列，相邻换热管中心距为14mm。 图 5-1 冷凝器示意图5.2.1 冷凝器设计的初参数（1） 冷凝器的总热负荷 （2） 空气侧进出温度 （3） 管子制冷剂进出温度 （4） 选取标准迎面风速5.2.2 平均传热温差 (5-1) 求的 5.2.3 换热管和翅片的计算 根据管内制冷剂的流体情况，查相关文献21的其换热系数大约为60W（*），由经验公式，查的管排数为10。 此次设计一个管排为一个管程，取制冷剂流速，则每流程的管子数为： 此时取Z=5，则总的管子数为50根。5.2.4 换热面积Ft和换热管长度L的计算传热面积 单位长度空气侧传热面积为0.14/m，则5.2.5 迎风面积和风量V的计算 5.2.6 空气流动阻力计算计算风机全风压式