移动式空调器设计.docx

题 目 KY-32N移动式空调器设计

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 移动式空调器的概况 1
1.1.1 移动式空调器的研究背景及意义 1
1.1.2 移动式空调器的国内外现状 2
1.2 移动式空调器的工作原理 3
1.3 移动式空调器的优缺点 3
1.3.1 移动式空调器的优点 3
1.4 移动式空调器的发展前景 4
2 设计方案选择与论证 4
2.1 制冷剂 4
2.1.1 制冷剂的概述 4
2.1.2 制冷剂的分类 4
2.1.3 制冷剂的选用原则 5
2.1.4 制冷剂介绍与选择 6
2.2 压缩机 9
2.2.1 压缩机概述 9
2.2.2 压缩机的比较 9
2.2.3 针对KY-32N移动式空调器压缩机的选型 11
2.3 冷凝器 12
2.3.1 冷凝器概述 12
2.3.2 冷凝器的比较 12
2.4 蒸发器 13
2.4.1 蒸发器概述 13
2.4.2 蒸发器的比较 13
3 设计计算 15
3.1 系统的热力计算 15
3.1.1 热泵系统的热力计算 15
4 冷凝器的设计计算 18
4.1 冷凝器结构规划及有关参数 18
4.2 空气侧传热系数计算..................................................................................19
4.3 管内R22冷凝时表面传热系数................................................................21
4.4 计算所需传热面积 22
4.5 风侧阻力计算..............................................................................................23
5 热泵蒸发器设计计算 23
5.1 强制通风空气冷却式蒸发器的结构设计及计算 23
5.2 蒸发器的设计计算 24
5.2.1 初步的结构规划 24
5.2.2 肋片管各部分传热面积的计算 24
5.2.3 确定空气流经蒸发器时的状态变化过程 25
5.2.4 计算空气侧传热系数 26
5.2.5 计算制冷剂管内表面传热系数 28
5.2.6 计算管内传热面积 29
5.2.7 求所需传热管的长度L 30
5.2.8 壁温校核 30
5.2.9 风侧阻力 31
6 压缩机的选型计算 31
6.1 理论排气量的计算 31
6.2 轴功率的计算 32
6.3 压缩机选型 32
6.4 压缩机的校核 32
6.4.1 压缩机名义工况下的热力计算 32
6.4.2 压缩机的选型及校核计算 33
7 节流装置介绍与类型选择 34
7.1 热力膨胀阀的选型 37
7.1.1 热力膨胀阀名义工况下的热力学计算 37
7.1.2 选定热力膨胀阀 38
8 其他辅助设备的计算与选型 39
8.1 干燥过滤器计算与选型 39
8.2 气液分离器与选型 41
8.3 风机..................................................................................................................42
8.4 油分离器 42
8.5 视液镜 42
8.6 截止阀的选取 43
8.7 电磁阀的选取 43
8.8 分流头的选择 45
8.9 压力控制器的选择 47

结束语 48
致 谢 49
参考文献 50

KY-32N移动式空调器的设计
摘 要
本文主要介绍了对KY-32N移动式空调器的设计。该设计首先介绍了移动式空调器的研究背景和意义，然后阐述了移动式空调器的工作原理及其优缺点。其次说明了有关移动式空调器的方案选择和论证，包括对制冷剂、压缩机、蒸发器以及冷凝器的介绍，并根据给定的工况对空调器进行设计计算。制冷剂选择的是R22，所选压缩机为上海日立单转子压缩机，型号为:SL211CV-C7LU。蒸发器：翅片管式蒸发器。冷凝器：空气冷却式冷凝器。最后，通过对制冷循环中制冷剂的热力计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、对压缩机的设计计算以及对热力膨胀阀的设计计算，选择了压缩机、风机、蒸发器、冷凝器等设备并进行校核与改正。同时，在此设计的基础上选出其他相应的辅助设备，有干燥过滤器、热力膨胀阀、油分离器、视液镜、截止阀、分流头等设备，同时也包括设备中其他附件的选择标准及要求、管路的连接与布置、制冷工况的选择、制冷剂的选择等。最终完成了对KY-32N移动式空调器的设计。

关键词 移动式/空调器/设计

THE DESIGN OF KY-32N PORTABLE
AIR CONDITIONER

ABSTRACT

This article mainly introduced to KY - 32N the design of the portable air conditioner. This design first introduced the research background and significance of the portable air conditioner, then expounds the working principle of portable air conditioner and its advantages and disadvantages. Secondly illustrates the plan selection of the portable air conditioner and reasoning, including the introduction of refrigerant, compressor, evaporator and condenser, and according to the working condition of a given design for the air conditioner is calculated. Refrigerant R22 is selected, the selected compressor for Shanghai Hitachi single rotor compressor, the model is: SL211CV - C7LU. Evaporator: finned tube evaporator. Condenser: air cooling condenser. Finally, based on the thermodynamic calculation of refrigerant in the refrigeration cycle, the design calculation of condenser and evaporator design calculation, design and calculation of the compressor and the design calculation of thermodynamic expansion valve, select the compressor, blower, evaporator, condenser, and other equipment and check and correct them. At the same time, the design selected on the basis of other relevant auxiliary equipment, filter drier, thermal expansion valve, oil separator, depending on the liquid mirror, cut-off valve, the first class equipment, also including the selection of equipment accessories standards and requirements, pipe connection and arrangement, the choice of working condition of refrigeration, and the choice of refrigerant. Finally completed the KY - 32N the design of the portable air conditioner.
KEY WORDS mobile/air conditioner/design

1 绪论
空调，即空气调节，其主要任务是通过空调器对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度。气流速度和洁净度等指标达到人们生活办公的舒适性要求或者生产工艺的特定要求。
空调器的发展经历了定转速空调到变频空调，普通空调到移动式空调的过称。移动空调与普通空调的使用功率、制冷量基本上是一样的。但不同之处在于,管道设计,常见空调空气循环仅仅是为室内空气循环,和移动空调不仅可以减少室内空气温度的同时,并能呼吸户外的新鲜空气,可以确保室内空气交换,建立一个舒适、健康的环境。空调器机体内的组成有压缩机、排风机、蒸发器、风冷翅片式冷凝器等装置，一应俱全。空调器机身配有电源插头，通电即可运行，空调器机壳底座安装了四个万向脚轮，可使空调自由移动，空调器放在在哪里，凉爽就到达哪里，实现真正的方便。移动式空调的研制成功，是对业界传统空调设计和技术的一次创造性革命，创造了业内对空调的更加深入超前的理解。近两年随着移动空调产业在中国的快速投产和大规模推广，加上人们慢慢对移动式空调有了更深的认识和认可，生产成本大幅下降，人们的需求量也迅速增加，移动式空调开始进入千千万万的家庭中，给人们带舒适凉爽的体验。

1.1 移动式空调器的概况
1.1.1 移动式空调器的研究背景及意义
移动空调不需要安装室外机，它把室内机与室外机合成一体，为不能安装室外机的场所提供了不可替代的方便，只需要接通电源，就可运行，是中央空调的绝佳补充。TCL德龙作为国内移动空调的领头羊，正不断加大研发的力度，精益求精，开发功率更大的移动空调，满足不断增长的市场和不同的使用场所。随着市场的发展，相信移动空调将会为更多的消费者所认识和使用，并能体会移动空调的实用性和价值所在。
移动空调作为一种新兴产品一直以来被国外垄断;而国内空调行业的发展一直以模仿日系空调技术为主，没有自主创新的能力，所以只能依赖进口，由于家用空调市场行业初期门槛比较低以及早期的巨大利润诱惑，使得中国大陆市场的家用空调消费市场开始飞速发展，同时伴随着国产空调行业的成长而发展。移动空调制冷系统使用的独立研究和发展新型制冷剂,凸显了空调的环境绩效;供暖系统使用了PTC加热技术,这种技术非常先进,与传热速度、效率高、功耗低的特点;控制系统有手动和遥控两种方式可以选择，手动和遥控相互配合，达到最理想的效果，开机之后，隐藏的出风口会自动打开，凉爽的风便会从出风口进入室内，吹送出环绕立体风，使房间内的温度降低。专家论证说，移动式空调的研制成功，是对业界传统空调设计和技术的一次创新性革命。作为空调行业的新品种，人们对它的接受也在慢慢增加，现在进入中国市场已经有了很长的一段时间，移动空调没有室外机，只有一个室内机，它实质上是把普通空调的室内机与室外机合成一体的空调，没有室外机，省去了室外机所占用的空间，不需要专业安装，仅仅需要接通电源，通过压缩机的制冷，利用排风管排出热风，产生冷风进入室内，达到局部区域降温的效果从而给人以舒适健康的生活环境。
1.1.2 移动式空调器的国内外现状
1.1.2.1 国外研究状况
移动空调的最先研发并投入生产是由意大利德龙公司在1986年进行的，经过了长期的发展和不断地进行升级改造，最终经历经过21年的技术进步和不断的升级，已经达到了非常先进的水平，目前的技术已经达到很高的水平，并趋于成熟。06年是移动空调大销售一年,全球移动空调销售超过200万套,90%的便携式空调产品销往欧洲,美国等国家和地区,它有两个主要的制造业基地,在意大利,作为主要生产基地在中国,由于TCL和卡尔德龙出口的移动空调巨大,TCL德龙06年出口近200000套移动空调,国内出口销售的数据占16%,因此,可以看出,便携式空调发展前景十分广阔。
1.1.2.2 国内研究状况
我国的移动式空调研究发展速度比较缓慢，相对其他发达国家来说，例如美国、德国，有一段较长的滞后期，这给中国的移动式空调的发展带来了一定的阻力。曾经有一次采访中,格力空调新闻发言人黄芳华曾经说过,移动空调发展国外是很常见的,移动空调国外已经有20多年的历史,但对中国来说,早在90年代末,我们国家有一个便携式空调生产,大多数人只是不懂,现在几乎所有的空调企业生产的移动空调、美的、格力、TCL和其他公司,例如,但由于市场环境不成熟,公众理解不够详细,消费者意识较低,因此,便携式空调没有得到良好的大范围的推广,和市场培育和更高的成本,产品价格较高,所以每个企业产品主要出口更多,基本不在国内销售。近两年随着移动空调产业在中国的不断被接受，使移动式空调有了大量的投产和大规模推广，再者老百姓对它的了解不断加深，生产成本大幅下降，是产品的价格也开始下降，人们对移动式空调的需求量也在日益增加，所以移动式空调器开始进入千千万万的家庭，并给人们带来舒适凉爽的体验。

1.2 移动式空调器的工作原理
移动式空调器组成与普通空调相差不大，一般由压缩机、排风机、电热器、膨胀阀、蒸发器、风冷翅片式冷凝器等装置组成，空调器四大件一应俱全。移动式空调并没有室外机，节省了室外机的安装和所占用的空间。它是将空调的室外机和室内机做成一个整体，并配有一个电源插头，就是仅有室内机，没有室外机。空调和外墙或通过窗外之间的软管连接,通过软管将热空气外,有四个空调施法者,可以移动,方便空调在房间里自由行动,如果人们活动的地方,在那里你可以把空调、构建一个凉爽的环境,通过改变软管连接的位置,从而达到不同的情况下,实现移动空调需求在不同的房间里。的内部组成空调是设定一个小水箱和循环水泵,使用的水冷凝器,主要由水喷雾蒸发冷凝器冷却室温下,和少量可以从室内空气,加热后冷凝器蒸发的水蒸气排出户外,使室内凉爽。这种空调不仅可以实现本地空调房间冷却,节能效果,并且可以实现自动通风负压室的房间,使室内空气循环,创造一个健康舒适凉爽的活动空间。

1.3 移动式空调器的优缺点
1.3.1 移动式空调器的优点
与普通空调器相比，移动式空调器具有以下三个方面的优势：      
（1）局部范围内的降温效果比普通空调要快。
（2） 不用考虑室外机的安放位置，像风扇一样方便，即插即用。    
（3）装有万向轮，可以移动到所要的地方，更加方便实用。例如:不管是客房还是厨房都可以随心而动。

1.3.2 移动式空调器的缺点
目前国内外移动式空调还处在不断研究创新的阶段，同时也取得了不错的进展。但是，目前移动式空调器尚存在许多问，这还需要时间来进行不断地改革创新。
1、 只能局部范围内降温，降温的范围小，不适合大的空间；
2、 移动空调为一体式空调，所以噪声比普通空调要大；
3、 一般移动空调只用于制冷，不能用于取暖。

1.4 移动式空调器的发展前景
移动空调没有室外机，它将室内机与室外机合成为一体，为不能安装室外机的场所提供了不可替代的方便之处当一些空间狭小的地方不能安装巨大的室外机时，它的优点便凸现出来，是中央空调的最佳补充产品。TCL德龙作为国内移动空调的领军企业，正不断加大研发的力度，精益求精，满足不断增长的市场和不同的使用场所。随着市场的发展，相信移动空调将会为更多的消费者所认识和使用，并能体会移动空调的实用性和价值所在。

2 设计方案选择与论证
2.1 制冷剂
2.1.1 制冷剂的概述
制冷剂是制冷机中的工作介质，,制冷设备制冷剂在一定的变化,从而减少温度的影响,冰箱工作系统的循环,在这个循环模式,它通过其热状态变化,与外界交换能量,吸收热量,降低环境温度,从而达到制冷的目的。
蒸汽压缩式制冷机低温热源吸收一定数量的热量,低温环境下蒸发,再高温冷凝水的环境下,使用高温热源的热量排放。所以,只能在工作温度范围内气化和凝结的材料可以用作制冷剂。大部分的制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。
2.1.2 制冷剂的分类
制冷剂的种类很多种多样。现在经试验可用作制冷剂的物质有几十种之多，但是并不是都非常常用，常用的不过十几种。它的分类方法很简单，通常有两种，一种是根据制冷剂化学成分及组成；另一种是根据制冷的要求，制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时的饱和压力和标准大气压下的蒸发温度的高低也决定着制冷剂的分类。
制冷剂又称制冷剂，它主要有以下几类：
(1)在压缩式制冷剂中广泛使用的制冷剂是氨、氟里昂和烃类。根据冷凝压力的制冷剂的分类，可以分为三类：高温（低压）制冷剂，中温制冷剂（中压）和较低的温度（压力）制冷剂。
（2）无机化合物制冷剂：这类制冷剂使用得比较早，如氨(NH3)、水(H2O)、空气、二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)等。
（3）氟利昂制冷剂(卤素碳化合物):氟利昂是在全部或部分饱和烃(Cl)、氯氟(F)和溴(Br)而不是衍生品的总称。国际规定用“R”作为这类制冷剂的代号，如R22、R410a.等。
（4） 饱和碳氢化合物：这类制冷剂中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和环状有机化合物等。代码使用“R”与氟利昂,这种制冷剂易燃易爆,安全性很差,如R50 R170,R290……等等。
（5）不饱和碳氢化合物制冷剂：这类制冷剂中主要有乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和它们的卤族元素衍生物，它们的R后的数字多为“1”，如 R113、R1150...等。
（6）共沸混合物制冷剂：这类制冷剂是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的共沸混合物，不过它们的热力性质却不同于混合前的物质，利用共沸混合物可以改善制冷剂的特性，如R500、R502等。
2.1.3 制冷剂的选用原则
根据不同的制冷要求应选择不同的制冷剂，为此对有关制冷剂的性能必须有所了解。对理想制冷剂的要求：
(1)安全性：
应具备无毒、无味、不燃烧、不爆炸，对人体无害，并对人体器官没有刺激性。
(2)热力学特性
　　①蒸发潜热要大。这样可以提高制冷效率，即用少量的制冷剂便可吸收大量的热量。在制冷量一定时，可减少制冷剂的循环量，缩小制冷设备的几何尺寸。
　　②临界温度要高于环境温度。使制冷剂气体被压缩后能在常温下冷凝液化。
　　③凝固点要低。应低于系统内制冷剂任何状态之温度，以扩大制冷剂的使用温度范围。
　　④在足够的低温下，制冷剂的蒸发压力最好接近或稍高于大气压力，以减少或避免空气和湿气渗入系统内。
⑤在常温下冷凝压力不要过高，最好不大于1．26-1．5MPa，这样可降低对系统密封性的要求，减轻结构重量。冷凝温度不宜过低，常温空气或水就能使其液化。
　　⑥比容越小越好。这样可减少系统管路直径的尺寸，节约材料，同时也易于液化。
　　⑦制冷剂的导热系数和放热系数要高。这可提高热交换器的效率，减小热交换器的尺寸。
　　(3)其它要求；
　　①制冷剂的粘度和密度耍尽量小。这可减少制冷剂循环流动阻力，降低循环耗功量，提高制冷压缩机的使用寿命。
　　②在高温下不会分解，化学结构稳定。
　　③对金屑和其它工程材料没有腐蚀性，即使与水或油混合后，也没有明显的浸蚀作用。
　　④易于与润滑油混合，而不损害其制冷效果，并有助于制冷压缩机机件的润滑。
　　⑤有一定的吸水能力。当制冷系统内有少量水分时，不会在低温下析出而形成“冰堵”。
　　⑥价格便宜，易于购买。目前所使用的制冷剂多多少少都存在一定的缺点和不足。在使用中，可根据不同的用途和工作条件来选择比较合适的制冷剂。
2.1.4 制冷剂介绍与选择
目前使用的制冷剂已多达近百种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种：
①R134a（四氟乙烷，）是目前广泛使用的R12的替代制冷剂。它的许多特性都与R12很相似。标准蒸发温度为-26.2℃，凝固点为-101.0℃。其制冷循环特性与R12相近，但不如R12。R134a相对分子量大，流动阻力损失比R12的大，传热性比R12强。一切与R12可溶性油和油溶性行为有很大的区别。一切的极性分子,在非极性油溶解度,在很多合成油R134a专业发展主要石油多烯醇PAGs酯基础油和氨基油。PAGs作用R134a系统润滑油对金属有轻微腐蚀作用。PAGs的吸湿性强，吸湿后会加速金属腐蚀。R134a分子不含Cl，自身不具备润滑性。R134a对所有钢和铜铝金属相互反应现象没有被发现,只有轻微的反应影响锌。和塑料相比，合成橡胶受R134a的影响略大，特别是氟橡胶。因为R134a分子中不含Cl，不能用传统电子捡漏仪器捡漏，应用专门的捡漏仪器捡漏。
②R22(二氟一氯甲烷、CHClF2)也是卤代烷烃,学名二氟一氯甲烷,- 41℃左右蒸发温度、标准单位容积制冷量是大约454千卡/ m3。许多属性的R22和R12相似,但比R12。然而,单位体积远远大于R12，R22制冷能力接近氨。
③R410A在大气压力下是一个氯氟烷非共沸混合制冷剂,存储压缩缸的液化天然气。不破坏ODP是0,所以R410A大气臭氧环保制冷剂。
现在普遍使用的制冷剂也就R22和R134a等几种。R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60% 。按单位制冷量价格计算，R22机组的价格约为R134a机组的60%左右。R134a比R22的导热系数降低了10%,所以一切单元换热器传热面积需要更大。R134a吸水性强、R22的20倍,因此需要更多的干燥单元系统,以避免冰堵塞现象。R134a比 R22对橡胶类物质的膨涨润滑作用比较强，在实际运行中冷媒泄漏率比较高。
经上述比较R22更适合本设计移动式空调的使用。
2.2 压缩机
2.2.1 压缩机概述
压缩机按工作原理可分为容积型和速度型两类。容积型压缩机是通过改变工作容积来完成气体的压缩和输送过程的，它又可分为活塞式和回转式两种。活塞式（又称往复式）压缩机是活塞在气缸内作往复运动，故称为往复活塞式；目前速度型压缩机最常使用的是离心式压缩机。
小容量制冷压缩机大多采用全封闭式压缩机。全封闭式压缩机中电动机和压缩机连结成一个整体，装在一个不能拆开的密封机壳中，使用可靠性高，寿命长，运转平稳，噪音低，体积小，用于小制冷量系统中。由于此次设计的移动式空调的制冷量3.2kw，因此本设计选用全封闭式压缩机。
2.2.2 压缩机的比较

压缩机从往复式压缩机开始，发展不过100多年，目前用于小型制冷系统上的涡旋压缩机商品化应用，也只有30多年的时间，但新型的压缩机也在不断的出现。
现将几种压缩机的特点列举如下：
2.2.2.1 容积型制冷压缩机
（1）往复式压缩机
往复式压缩机适应范围和制冷量范围非常广，压力稳定；热效率高，在变工况运行时尤为突出；对材料要求低，加工容易，造价低；设计与制造技术成熟；但往复式压缩机也有其局限性，其结构复杂，零部件太多；转速不能太高，变频特性不如回转式压缩机；不能连续输气，工作时产生振动大。
（2）滚动转子压缩机
滚动转子压缩机运转平稳，震动小，摩擦损失小，制冷工质流动阻力小；吸气过热小，输气系数高；结构简单，零部件少重量轻，形状规则，适宜大批量生产。但是滚动转子压缩机还具有其自身的缺点，制造精度高要求高，装配精度要求高，否则会引起压缩机效率和可靠性降低；在热泵的工况下运行时，由于压比大，造成内部泄漏量大，影响其制热能力；对单缸机器，转矩峰值达，滑片仍是易损部件。

（3）涡旋式压缩机
涡旋式压缩机力矩变化小，振动小，噪声低，气体压差小，泄露量也小，容积效率可达90﹪～98﹪；结构简单，零部件少，采用柔性结构，抗杂质和液压能力强，可靠性高；可高速运转，变速性能好，可连续吸气气流脉动小。其运动结构部件或组件之间使用以达到一定的运动与静止部件密封间隙,气体通过间隙必然会引起泄漏,这限制了回转式压缩机是很难达到一个更大的压缩比。

图2-1 涡旋式压缩机外形

2.2.2.2 速度型制冷压缩机--离心式压缩机
离心式压缩机的气量比较大，结构简单紧凑，重量小，机组尺寸小，占地面积小；稳定运行,运行可靠,高水平的操作,减少摩擦,所以备件需要用量更少,更少的维护成本和人员。工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。离心式压缩机具还有自身的缺点，离心式压缩机目前还不适用于气量太小以及压比过高的环境，并且由于适宜采用分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量，一般都在25～30万大卡/时以上。离心式压缩机的稳定工作面积狭窄,音量调整方便,但经济是不好的。离心式压缩机效率通常低于活塞式压缩机。通常需要使用增长齿轮传动、高速度、轴端密封要求高,制造困难,增加结构的复杂性。
2.2.3 针对3.2kw移动式空调压缩机的选型
目前,制冷机组采用的压缩机主要有全封闭活全封闭涡旋式半封闭活塞式、半封闭螺杆式等。制冷压缩机按密封结构形式可分为开启式压缩机、半封闭式压缩机和全封闭式压缩机。
　　适用范围
（1）绝大部分全封闭活塞式压缩机制冷量不超过1.5KW，主要应用于家用电冰箱、冷冻柜和小型商用制冷设备。
（2）涡旋压缩机制冷量范围为5 ~ 70KW(不包括特殊类型),主要用在小型家用空调和商用空调系统。此类压缩机不用于零下5度的制冷工况。
（3）离心式制冷压缩机主要用于空调工况的冷水机组。只使用大型制冷。
（4）螺杆式压缩机单机制冷量范围为150kw-1500kw，可用于冷库、冷水机组中。
（5）半封闭活塞式制冷压缩机,广泛使用单一制冷量从3 kw到100 kw,同时可以更多的与鼻子,因此可以提供制冷量从3 kw - 1000 kw,使用条件,可用于制冷的工作条件,并且可以应用于空调条件。
（6）开启活塞式制冷压缩机目前国内只常用于冷库，极少数空调工况的冷水机组。
对于小型便携式空调,应该选择全封闭涡旋压缩机。实现压缩气体的目的,效率高、噪音低、运行平稳、液体抗冲击性强的特点,他们有其他压缩机无可比拟的优势。
综上所述:压缩机的性能而言,涡流式是最好的,第二个滚动转子式,往复式最差;综合考虑，本系统选择转子式制冷压缩机。
2.3 冷凝器
2.3.1 冷凝器概述
冷凝器是制冷系统中的四大部件之一。冷凝器是空调装置的主要换热设备之一。其功能是将压缩机排出的高温过热蒸汽冷却成液态制冷剂，所放出的热量被冷却介质吸收后排至周围环境中。过热蒸汽在冷凝器中放热而变成液体时，过程一般如下。
制冷剂在冷凝器的干饱和蒸汽过热蒸汽冷却,然后由干饱和蒸汽饱和液体凝结,释放大量潜热。如果饱和液体继续冷却，就会成为过冷液体。按冷却方式的不同，冷凝器可分为空气冷却式冷凝器、水冷却式冷凝器、蒸发式冷凝器三大类。
2.3.2 冷凝器的比较
2.3.2.1 空气冷却式冷凝器
冷凝器的空气冷却式冷凝器与空气作为冷却介质,制冷剂冷凝管,管外的空气流动的制冷剂蒸汽吸收管热释放。由于空气的传热系数较小，所以管外（空气侧）常常要设置肋片，以强化管外换热效果。
按空气流动的方式区别，此类冷凝器分为空气自由运动和空气强制运动两种形式。
(1) 空气自由流动的空气冷却式冷凝器,冷凝器使用管外空气流吸收热量后制冷剂排斥,密度变化引起的自由流动的空气,不断把制冷剂蒸汽冷凝热。它不需要安装风扇,没有噪音,用于小型制冷装置。目前应用非常普遍的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。
(2) 空气强制流动的空冷冷凝器，它是由一组或者几组带有肋片的蛇管组成。制冷剂蒸气从上部集管进入蛇管，其管外肋片用以强化空气侧换热，用以补偿空气表面传热系数过低的缺点[15]。
强制空气流动的空气冷却式冷凝器主要用于冰箱、冰箱、窗户类型空调、汽车和铁路汽车空调、冷藏、运输制冷设备如空气作为冷却介质,适用于干旱或水质较差的地区。
2.3.2.2 水冷式冷凝器
水冷式冷凝器是用水作为冷却介质来对压缩机的排汽进行冷却从而使其得到冷凝，目前常用的水冷式冷凝器有立式壳管式、卧式壳管式、套管式三种。
（1）立式壳管式冷凝器在中大型的制冷系统中应用较普遍。立式管壳式冷凝器的优点是:占地面积小,它可以安装户外,低水质要求,方便清洁,传热效果好,冷却能力大。其缺点为：冷却水用量大，耗水量多，流速较高，且比较笨重。
（2）卧式壳管式冷凝器在氨和氟利昂中等或大容量制冷装置中使用普遍。卧式壳管式冷凝器的优点是:传热系数高、结构紧凑、低维的高度,有利于单位;用于冷却水循环,用水量相对更少的垂直列管式冷凝器;操作非常方便,运行可靠。缺点是:用水量很大,冷却水流动阻力大,水泵能耗。
综上所述，可以选择空气冷却式冷凝器。
2.4 蒸发器
2.4.1 蒸发器概述
蒸发器的主要传热制冷系统组件,它的功能是节流后的制冷剂在蒸发器低压蒸发热量,实现制冷。在大多数地区的制冷剂在蒸发器的蒸汽条件下,湿蒸汽的内容到一段蒸发器蒸发只占约10%,其余的都是液体状态。与蒸汽流量的蒸发器和吸收热量,液体逐渐蒸发成蒸汽,蒸汽也在增加,当流在蒸发器出口附近,一般已成为干蒸汽,蒸发器的结束,继续吸热,成为过热蒸汽。根据供液方式的不同，有满液式、干式、循环式、和喷淋式等。
2.4.2 蒸发器的比较
2.4.2.1 干式蒸发器
这种蒸发器,管中的制冷剂循环反复加热蒸发,直到完全蒸发,所谓循环蒸发器。更多的应用于大型循环蒸发器,制冷设备,如液压泵为表面流体系统和重力冷库系统或低温环境试验装置,等等。
干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的蒸发器。管冷却介质的外面很冷剂(水)或空气管中的制冷剂热蒸发、填充量约为20% ~ 30%的体积传热管。加大制冷剂的质量流量，可加大制冷剂液体在管内的湿润面积。同时，其进出口处的压差随流动阻力增大而增加，以至使制冷系数降低。
干式蒸发器根据被冷却介质的不同分为冷却液体介质型和冷却空气介质型两类。
干式蒸发器克服了满液式蒸发器的部分缺点，其优点为：
1) 制冷剂充注量小；
2) 载冷剂在管外流动，不易冻结，冻结后不易损坏传热管；
3) 容易回油，制冷剂与润滑油不分离，无需从下部回油；
4) 不存在制冷剂自由液面，可用于车船；
5) 几乎没有静液柱影响。
干式蒸发器的缺点为：
1) 制冷剂在换热面上的浸润面积小，使得平均蒸发换热系数较小，在同样制冷量的条件下，干式蒸发器的换热面积比满液式的大；
2) 由于制冷剂在管内蒸发，且需转向，制冷剂蒸发沿程阻力系数和局部阻力系数均较大。
3) 重量大，制造成本高；
4) 制冷剂易由封头与管板之间的密封垫处泄漏
在干式蒸发器中，液态制冷剂经节流装置进入蒸发器内，随着在管内流动，不断吸收管外载冷剂的热量，逐渐汽化，故蒸发器内制冷剂处于气液共存状态，这种蒸发器虽克服了满液式蒸发器的缺点，但是有较多的传热面也气态制冷剂接触，故传热效果不如满液式蒸发器[19]。
2.4.2.2 循环式蒸发器
循环蒸发器的优势体现在蒸发器管道内表面可以完全润湿,表面传热系数高,其缺点和体积更大,更多的制冷剂充注量。
综上所述,由于制冷剂R22的设计,所以可以选择干氟利昂蒸发器。

3 设计计算
3.1 系统的热力计算
系统方案的初定：该移动式空调器中采用的制冷剂为R22，制冷量为3.2kw，暂取过冷度为5℃，无效过热度为8℃。冷凝器类型为空气冷却式冷凝器；蒸发器类型为干式翅片型蒸发器。压缩机为滚动转子式压缩机。
3.1.1 热泵系统的热力计算
名义工况下制冷量3.2KW，制冷剂为R22。
（1） 制冷循环热力计算
1） 循环参数及压焓图
所设计空调器实际工况下制冷循环参数及室内、外空气参数如下：
当地大气压= 101.32kPa ，
蒸发温度℃，冷凝温度℃，
过冷温度℃，
进风干球温度27℃，湿球温度19.5℃.
循环的p-h图如图3-1所示

图3-1 循环的p-h图
2） 各点参数值
查R22热力性质表和图，如表3-1所示：
表3-1 各关节点的参数
参数
状态点

0
7.00
0.375

409.81

1
0.00
0.375
0.05457
402.50
1.7231
2s
65.37
1.253

442.56
1.7683
2
59.55
1.253

455.91

3
43.00
1.253

260.90

4
48.00
1.253

268.45

3) 热力计算[20]
单位质量制冷量
（3-1）
单位理论功
（3-2）
单位容积制冷量
（3-3）
制冷剂质量流量
（3-4）
压缩机理论功率
(3-5)
压缩机指示功率（取指示功率）
（3-6）
压缩机轴功率 （取机械效率）
（3-7）
制冷系数
（3-8）
（3-9）
卡诺循环的制冷系数
（3-10）
热力完善度
（3-11）
冷凝器热负荷
（3-12）
（3-13）
回热器热负荷
（3-14）

4 冷凝器的设计计算
4.1 冷凝器结构规划及有关参数
传热管选用,的纯铜管，，，肋片选用平直翅片（铝片），片厚。管排方式采用正三角形排列，管间距，排间距，肋片节距，沿气流方向的管排数n=4，片宽L=0.044m。
管外肋片单位面积