2400L超市分体式冷冻展示柜——毕业论文

2400L超市冷冻展示柜目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1引言11.2 CO2作为制冷剂11.2.1 CO2制冷剂的前景11.2.2 CO2的应用现状21.3销售方面51.3. 1 方便商品销售51.3.2 提高保存商品的鲜度51.3.3 节能技术61.3.4 冷冻机节能技术81.3.5 陈列柜节能81.4 冷冻展示柜简介101.5展示柜的特点111.6 展示柜现状与发展112 负荷计算142.1 展示柜的热负荷计算142.1.1 展示柜柜体的泄漏量142.1.2展示柜因开关门产生的泄漏量172.1.3 展示柜中储物热量172.2 展示柜箱体外表面凝露校核183 制冷系统方案183.1 蒸发器的设计203.2 压缩机选型及热力计算223.2.1压缩机的类型223.2.2压缩机的热力计算243.3 冷凝器的设计计算273.3.1强制通风空气冷却式冷凝器的整体结构283.3.2冷凝器的设计计算303.4节流装置344 冷冻展示柜计算364.1总体设计364.2风机的选择计算375 控制系统设计38结束语40致 谢41参考文献43 2400L超市分体式冷冻展示柜摘要本设计简要的介绍了2400L立式封闭式食品冷冻展示柜的设计情况，其中制冷剂采用CO2。探讨了食品冷冻陈列柜的优点以及其发展前景。为了更好的设计，首先对制冷剂和制冷压缩机进行分析比较。制冷剂方面,简单介绍了其发展过程，物性参数及其对环境的影响，从应用前景方面考虑，最后确定以CO2作为制冷工质。压缩机方面,分析比较各类型式压缩机的发展概况和大致应用范围及其制冷量的大小，确定使用活塞式压缩机为本设计的压缩机。根据需求的制冷量对冷凝器和蒸发器进行全新设计，提高了产品的性能。在设计的基础上，由所需设计参数选择合适的风机、节流机构和辅助设备。通过制冷剂制冷循环的热力计算、冷凝器的设计计算、蒸发器的设计计算、毛细管的设计计算，选择压缩机、风机，最终进行校核。关键词：制冷剂 冷冻展示柜 压缩机 冷凝器 蒸发 I2400L supermarket refrigerated display cabinets SplitABSTRACTThe design brief introduction 2400L Enclosed vertical refrigerated display cabinet design food situation, which uses refrigerant CO2. Discusses the advantages of frozen food display cases and their development prospects. In order to better design, the first refrigerant and refrigeration compressors compared. Refrigerants, a brief introduction to the process of its development, physical parameters and their impact on the environment, from prospect to consider, finally OK to CO2 asrefrigerant.Compressors, comparative analysis of the development of various types of profiles and roughly type compressor cooling capacity range of applications and their size was determined using piston compressor compressor-based design. According to the needs of the cooling capacity of the condenser and evaporator new design, improved product performance. On the basis of the design, select the appropriate fan, throttle bodies and auxiliary equipment required by the design parameters. Refrigerant through the refrigeration cycle thermodynamic calculations, condenser design calculations evaporator design calculations, capillary design calculations, select the compressor, fan, and ultimately be checked.KEY WORDS: Refrigerant Refrigerated display cabinets Compressor Condenser EvaporationII1 绪论1.1引言自蒙特利尔议定书签定以来， 以CFCs 和HCFCs 作制冷剂的制冷空调界面临着严重的挑战为了寻找合适的替代物，全球范围内开展了广泛的研究。目前推出的包括R134a在内HFCs及其混合物。不能够满足长期替代的要求，大多有较高的温室效应指数( GWP) 等缺点。同时，人们担心这些化合物可能隐含着不可预知的潜在危险。因此，天然工质就引起了人们的因其具有良好的热力性能和环保特性。尤其其中的二氧化碳受到了极大关注。近年来，我国超市制冷设备发展很快。超市冷冻展示设备以其美观的设计贴近消费者，用量很大。冷冻展示柜除制冷系统耗电外，灯光照明、玻璃防露、门框防冻等的用电量也不小。有的甚至超过制冷系统部分的用电量，展示柜内循环风量是制冷系统、柜内食品保鲜、箱体热负荷之间耦合的关键因素。随着我国经济的发展人民的生活水平在持续的增加，人们的生活方式也发生了许多的变化，速冻食品普遍得到广大消费者的接受，零售业迅速得到了发展。目前，国内超市迅速发展的同时国外零售业巨头也纷纷进驻国内市场，沃尔玛，家乐福等在国内的业务规模迅速增长。随着经济的进一步发展，人们收入的提高，将会进一步促进超市产业的发展。据中国连锁商业企业历史发展统计【1】不难看出零售业在我国不断的发展，但生鲜食品由于基数较低还是有很大的成长空间。作为生鲜食品的销售载体，超市是冷冻冷藏陈列柜的主要销售对象，从中国零售业发展的趋势来看，总体上连锁零售业还有发展的空间。这样就需要更多的陈列柜，对于我们来说要研究出更节能更环保的产品来满足市场需求。1.2 CO2作为制冷剂1.2.1 CO2制冷剂的前景 二氧化碳作为一种自然制冷剂，由于其优良的环保性能和制冷性能，在近20年来得到了高度重视，其研究与开发取得迅速进展。本书介绍了二氧化碳制冷技术的历史和现状、二氧化碳的热物理性质、流动换热特性、二氧化碳与润滑油以及二氧化碳与密封橡胶材料等相互作用、各种二氧化碳制循环及其特点和性能、二氧化碳制冷系统用压缩机、膨胀机、换热器、节流阀、安全阀及其排放特性、二氧化碳制冷系统的各种应用及其特性2，以及二氧化碳制冷系统稳态性能仿真方法。制冷技术领域众所周知, 包括R134a 在内的HFCs 类制冷剂及其混合型制冷剂, 都有温室效应问题,不能够满足长期环保要求。因此，重新研究应用天然制冷剂越来越受到重视, 甚至被誉为是解决环境问题的最终方案。CO2制冷剂就是其中之一。CO2 作为制冷剂具有良好的热力性能和环保特性3，CO2制冷剂跨临界循环的放热过程可以和变温热源相匹配, 更接近劳仑兹循环, 从而可得到较高的用能效率, 这一点尤其受重视。与其它制冷剂相比, CO2具有下列优点:1) ODP= 0, 且GWP= 1, 约为R134a、R22 的千分之一;2) 运动粘度低, 压缩比较低, 单位容积制冷量大, 有很好的传热性能;3) 来源广泛, 价格低廉, 制冷系统维护简单;4) 无毒、无臭、无污染, 不燃、不爆, 对常用材料没有腐蚀性；CO2制冷在应用上的不足之处主要是其临界温度低( 31.1C ) , 压力比小, 排气压力高, 节流损失大, 材料耗费多, 安全性可靠性较差, 混入润滑油中后会导致润滑油粘性急剧下降。CO2制冷系统在应用上需要研究和解决的问题主要有系统装置的结构设计和优化、CO2高效压缩机的研究开发、低温下CO2换热性能的研究及耐高压高效换热器的开发、膨胀机内部两相流过程的研究及膨胀机结构设计优化以及完善的控制策略设计、超临界CO2流动传输特性的研究、气体冷却器和蒸发器的结构设计和优化、跨临界循环系统的压比控制和容量调节方法的研究、系统的高压及超压情况下的安全性和系统润滑油的选择等4。1.2.2 CO2的应用现状应用跨临界蒸汽压缩式循环的二氧化碳汽车空调系统，充分利用了二氧化碳饱和压力高、良好的热力性能及单位容积制冷量较大等优点。使系统具有性能较好、结构紧凑等优点，更具有良好的环保性能。至于系统的工作压力较高，因其循环流量很小，即使在部件破裂这一不太可能发生的情况下。二氧化碳空调机所释放出来的潜在能量还赶不上一个典型的二氧化碳灭火器，更何况有保护系统予以监控和保护，因而机械系统是完全可靠的。通过对系统循环参数及各部件之间优化设计，确保系统性能稳定可靠。随着研究的日趋成熟，商品化不久即可实现。CO2跨临界制冷循环最早是由前国际制冷协会主席G1Lorentzen 在20世纪80年代提出的, 并开展了相关的研究工作, 目前研究的CO2制冷系统很大部分都是采用的跨临界循环5。CO2跨临界制冷循环的流程与普通的蒸汽压缩式制冷循环略有不同, 其循环过程如图1 所示, 压缩机的吸气压力低于临界压力, 蒸发温度低于临界温度, 但压缩机的排气压力高于临界压力; 循环的吸热过程在亚临界条件下进行6, 换热过程主要是依靠潜热来完成, 冷却换热过程依靠显热来完成, 此时的高压换热器称为气体冷却器。 图1CO2跨临界制冷循环CO2跨临界循环具有的特点: CO2的吸、放热分别在亚临界和跨临界区进行, 高压侧的冷却过程中不发生相变, 换热全部通过显热交换完成; CO2循环在跨临界条件下运行, 其工作压力虽然较高,但压比却很低, 压缩机的效率相对较高; CO2跨临界制冷循环在不同工况下, 存在对应于最大COP值的最佳排气压力; CO2跨临界制冷循环用于热回收时7, 有较高的放热效率, 用于较高温度和较大温差需要的热回收时具有独特的优势。在现阶段, 该系统的缺点是其效率较低, 尤其是当环境温度较高时, 此外, 跨临界循环的排气压力高达12MPa 左右, 远高于常规系统, 使跨临界循环的应用受到了一定限制。但由于跨临界循环具有鲜明的特点和特殊的应用前景8, 目前已成为CO2制冷循环最为活跃的研究方向。在基本的CO2跨临界循环的基础上, 已发展出多种改进的CO2跨临界循环, 如双级压缩CO2跨临界制冷循环、带膨胀机的CO2跨临界制冷循环、带引射器的CO2跨临界制冷循环、带引射器和经济器的CO2 跨临界制冷循环等。所以改进和完善跨临界系统的循环方式、优化系统与设备是推广应用CO2的关键。陈列柜最早于1922年出现于美国，经过80多年的发展越来越受人们的青睐，客户关注陈列柜产品，一般集中在外观、节能、质量稳定等几个方面。各生产厂家由于在生产技术上并无显著差别，且在外观设计是有潮流引导的，各生产厂家的产品雷同较多，但在产品设计技术、产品的质量稳定性，不同品牌的差异9还是很大的。同时安装和售后服务上的差别，除了产品本身质量，与厂家的技术力量，及其代理店的技术力量有密切关系。展示柜的技术发展趋势主要有五个方面：方便商品销售，提高保存商品的鲜度，节能技术，快捷方便的维修保养及优质的服务。另外, 在欧洲已有几套用CO2作第二制冷剂( 用于低温) 的制冷系统在运行, 与其它第二制冷剂相比, 因其粘度小, 传热性能好, 可利用潜热, 其制冷能力相当大。 Groll 等对采用CO2作制冷剂, 丙酮作吸收剂的工质对在带溶液回路的蒸汽压缩式循环进行了研究。研究结果得出: 在可比空调应用工况下, 当Tk= 50, To= 0时, 其带溶液回路的蒸汽压缩式循环的制冷性能系数为2.75, 增加内部换热器后循环制冷性能系数可达3.0, 而用R22运行的蒸汽压缩式循环为3. 0。在可比的制冷应用中, 当Tk= 45, To= - 25时, 其带溶液回路的蒸汽压缩式循环的制冷性能系数为1.6, 增加内部换热器后循环制冷性能系数为1.7, 而R22 运行的蒸汽压缩式循环为1.7。可以认为CO2/丙酮工质对是非常有前途的。目前用二氧化碳制冷工质的应用研究在国外正得到越来越多的重视, 尤其是挪威和德国,他们处于领先地位, 其CO2汽车空调和热泵即将进入使用化阶段。 近几年美国正利用科技实力迎头赶上。相对而言, 国内存有较大的差距, 需要引起足够重视.二氧化碳作为天然制冷剂, 无论从经济、安全及环境保护的角度来说, 都是一种实用的优良制冷剂，尤其对保护环境有独特的现实意义。应用跨临界二氧化碳制冷循环样机的研究结果表明, 二氧化碳制冷空调系统的性能与R12和R134a 系统一样好, 甚至略胜一筹。因其无须回收与循环利用, 设备维护更为简单。不久的将来, 这些应用研究成果必将走向实用化、商品化。1.3销售方面 1.3. 1 方便商品销售目前随着国内超市店铺规模、销售方法、销售商品的变化，陈列柜结构形式也相应变化。1) 超市的特征就是采用自助销售方式，陈列柜的使用目的是保持商品的鲜度，同时，要方便顾客选购商品及充分体现出商品展示效果。因此，为有效利用店铺面积，方便商品销售的陈列柜作为主流被普遍使用。2) 为了更好地展示商品，陈列柜的结构设计很重要。如:岛式陈列柜的两面玻璃加宽，顾客可从两面清晰看清并选购商品;货架柜的黄金销售区域的考虑等这一些体现人性化的设计，显得格外重要10。3) 小型US店铺由于店铺面积较小，店铺内一般无法提供安装冷冻机的专用机房，因此，陈列柜形式通常采用压缩机组内藏的方式，陈列柜都靠窗布置，主要使用薄型内藏式货架柜及内藏式拉门柜。由于采用内藏式压缩机组，机组的工作效率较低，噪声和耗电量较大。针对噪声问题，压缩机及冷凝风机的低噪声化成为各公司的一大课题。同时由于内藏机组的热量排人店内，使店内购物环境恶化，从而使空调负荷增大，空调耗电上升。因此，国外便利店近期更多地采用分体式陈列柜。1.3.2 提高保存商品的鲜度展示柜是以保持所存放食品的温度为目的而设计的，展示柜本身不带冷冻功能。换句话说，只有将合适温度的商品放人柜内才能起到保鲜作用。1) 为提高商品质量，减少陈列柜内的温度波动，现多采用具有环境追随性电子温控器，它可以根据环境温度的变化，使陈列柜温度保持恒定，防止过冷却，这样既提高了温度控制精度又减少了能量损耗11。2) 化霜过程中，陈列柜及商品温度会有一定上升，为减少商品温度的上升幅度，人们考虑过采用各种除霜方式如:热气除霜、热液除霜等，以加快化霜速度。由于一鲜鱼、鲜肉在冰温冷却状态下陈列，若化霜时温度波动过大，会造成血水外流，影响陈列商品的外观及质量，造成商品有效营养成分的流失。因此，国外正在开发研究无冷却中断的陈列柜，此种陈列柜除了有一个主冷却器外，还有一个辅助冷却器，当主冷却器化霜时，辅助冷却器进行供冷，以保持陈列柜温度稳定。1.3.3 节能技术通常，超市中陈列柜的冷却系统用电量占整个超市用电的比例较大因此，陈列柜冷却系统的节能是项很重要的工作、夏季、冬季由于环境温度变化，陈列柜的负荷相差2060%以上。A.M.Forster and G.L.Quarinin12采用先进的建模技术以减少冷两的泄露，就需要能对应负荷变动进行高效运转的控制系统。同时，陈列柜本身所采用的部品(如低耗电防露部品等)及结构变化也可起到节能作用。商用陈列柜的能耗是现实的，它直接减少了商家的利润，因此降低能耗一直是陈列柜制造商努力的方向。商用陈列柜大多使用在大中型商场或超市等场合，它们一般均配有中央空调，根据GBJ19-87规定，冬季空调室内温度应采用18，相对湿度应采用4060%;夏季空调室内温度应采用2428，相对湿度应采用4065%，因而室内温度一年相差一般仅有6。而陈列柜所用压缩冷凝机组一般为风冷机组，其运行状况与室外环境温度有密切关系，GBJ19-87给出中央空调室外温、湿度参数的计算值。以西安地区为例，室外空气计算干球温度，夏季为35.2，冬季为-8;而夏季室外计算湿球温度26，冬季室外计算湿度67%13。实际这里温度并非一年内最热或最冷温度，事实上夏季最热可达4090。因此，可以看出，风冷冷凝机组在4045左右温差变化范围内工作，故，压缩机的制冷量变化也较大。对于给定的陈列柜而言，其冷冻负荷主要取决于室内温度变化和夜间加盖运行。前者主要与季节有关，后者24小时内变化。通常陈列柜制造厂家给出夏季空调环境下的陈列柜所需冷冻负荷，例如大连三洋冷链分别给出25,60%和27,70%时各种陈列柜的冷冻负荷14。很显然，当室内参数变化时，陈列柜的冷冻负荷也发生变化。随着室内温度下降和夜间运行时，冷冻负荷也下降。由于室内温度一年内波动69，对冷冻负荷约有2030%的影响。为方便选型，最好能给出冷冻负荷随室内温度变化的关系。风冷压缩冷凝机组选择，从理论上讲，考虑在当地夏季最高温度下，机组冷冻能力应比冷冻负荷大。不过，厂家通常给出的机组冷冻能力，并不一定刚好在当地夏季最高温度下，例如大三洋压缩机组，仅给出室外环境温度时机组的冷冻能力。因此，通常选配机组，则考虑在室外环境温度下15，机组冷冻能力比夏季空调环境下陈列柜所需冷冻负荷大2030%，此时，2030%的余量就是考虑偏离最高夏季室外温度和最高室内温度所需要的冷量。然而，当风冷机组选定后，随着室外温度变化，机组的冷冻能力也随之发生变化。一般讲，当环境温度下降，机组冷冻能力和冷凝热上升，由于冷凝器不变，故冷凝温度并不成正比下降，这要影响机组冷冻能力大小。因此，有必要建立机组冷冻能力与室外环境温度之间的变化关系。另外，在选配机组时，最好根据机组的冷冻能力与室外环境温度之间的关系来选择压缩机的型号和数量16。商用陈列柜的能耗包括:柜体、压缩冷凝机组及管道安装。柜体的能耗体现在:保温、风幕、风帘、风扇、蒸发器及温度控制。一般采用低能耗风扇马达，根据不同温度可将风幕设计为单层、双层及三层;夜间使用风帘和夜间温度控制器。实际通过加厚隔热层，优化设计风幕都可以节能。管道安装是将柜体蒸发器和压缩冷凝机组连接起来，包括压缩冷凝机组安装(防晒、通风)，管道设计及安装，特别是管道的保温防潮处理。例如:如果采用聚苯乙稀材料，冷冻陈列柜管道保温层厚度为75mm，冷藏陈列柜管道保温层厚度为35mm，外贴铝铂防潮层。显然，压缩冷凝机组的低能耗(单位耗电量希望提供最大的制冷量)依然是陈列柜能耗的关键所在。在冷冻负荷相同的情况下，压缩冷凝机组的能耗取决于其心脏部件压缩机和冷凝机的形式。前者节能由压缩机的结构所确定;后者的节能取决于其能否适应于陈列柜的变工况运行(主要是由于季节和一天24h内温度变化或陈列柜加盖、加罩所带来的冷冻能力与冷冻负荷相匹配的情况)。如前所述，小型制冷设备常用压缩机有半封闭活塞式、全封闭滚动转子式及全封闭涡旋式。这三种压缩机均属容积式压缩机，其区别在于其运动方式的不同。影响容积式压缩机效率的参数之一是输气系数。1.3.4 冷冻机节能技术冷冻机的容量是按夏季运行工况进行选定，到冬季，冷冻机的容量过大如采用一台压缩机形式的单台机组，则会造成蒸发温度下降，运转效率恶化多台并联机组能很好适应陈列柜负荷变动，根据负荷的变动，依次自动关闭压缩机，使冷冻机保持在合适压力运转17，防止运转效率下降。大型超市为节约施工周期及减少制冷剂充注量，陈列柜采用集中布置，所需冷冻机输出功率明显增大。采用并联机组可以满足大输出功率需要，同时冷冻机组功率又可多级调节，适应陈列柜负荷变化，实现精确控制及节能目的。采用并联机组可节能20%。同时，并联机组可采用微电脑控制，通过对机组低压的精确控制实现节能。目前，在一部分大型卖场中已开始使用机组热能回收系统。在冬天，利用机组散热来加热冷水，满足加工区域的用水要求。1.3.5 陈列柜节能随着社会文明的快速发展,能源的消耗也在不断增加，在近30年内人类消耗的能源，已经超过了这之前人类消耗能源的总和。本世纪前10年将是中国经济结构进行战略性调整的关键时期，人口多、人均能源资源不足和生态环境脆弱的基本国情，决定了我国在社会主义现代化建设中必须 加强节能工作。中国政府也提出了：“资源开发与节约并举，把节约放在首位”的国家建设方针，努力将中国建设成为一个“资源节约型”社会 资源节约综合利用是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是实施可持续发展战略的重要措施18。煤、石油和天然气，是人类最为宝贵的、不可再生的矿物资源，它们有两个最重要的特征，一是它们的存储量会随着社会的发展不可逆转的减少，直至消耗完毕；二是它们的使用，必然造成大量的污染，排放废热、温室气体、烟尘、酸性气体等，这些排放物已经给人类生活造成了巨大的损害，我们必须节约使用这些宝贵的资源。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，每年数万名煤矿工人宝贵的生命、数亿吨烟尘、煤渣和各类有害气体的排放，支撑着我们国家85的能源需求，节约能源，在这里不但是为了节约开支，还体现着保护环境和对生命的关爱。所以我们说：“节能是最大的环保”。首先，节能是保障国家经济安全的必然选择。我国正处于经济高速发展的工业化阶段，一方面能源资源相对不足，另一方面能耗高、浪费大、效率低下。我国要在21世纪中叶达到中等发达国家的水平，必须两条腿走路，一靠开发，二靠节约。 其次，节能是治理污染、改善环境的最有效的途径。我们不仅要解决现实污染问题，还要解决经济发展对能源需求的增长给环境带来的潜在的巨大压力。 第三，节能降耗是提高企业经济效益19，增强企业竞争力的重要措施。 随着加入世贸组织后我国国际贸易的迅速发展，节能对产品进出口乃至国际贸易的影响日益增加，能效标准、标识已成为国际贸易中的“绿色通行证”，我国作为机电产品出口大国，对市场的这种变化必须高度重视，及早研究和采取措施。十三届四中全会以来，在党中央、国务院关于“资源开发与节约并举，把节约放在首位”的方针指引下，我国节能工作取得了显著成绩。我国每万元国内生产总值能耗由1989年的5.52吨标准煤下降到2001年的2.65吨标准煤，共节约和少用能源9亿吨标准煤。这对改善环境，减排温室气体作出了巨大贡献，这一成绩已为国际社会所公认20。陈列柜的节能技术主要为双重风幕、电子镇流器、电子温控器及夜间罩的使用等。1) 由于我国超市店内空调环境还不完善，开放式超市出人口对货架式陈列柜的风幕影响，直接影响到陈列柜的性能。而具有双重风幕结构的陈列柜由于有二个独立的送风回路(内侧通过冷却器，外侧不经过冷却器)，使陈列柜具有以下的优点:(1) 用双重风幕，可提高内侧内幕风速，减小柜内空气与柜内商品的温差(2) 风幕强度得到加强，外气影响减小，除霜次数减少(3) 由于双重风幕结构的作用，使商品保持一定温度所需的冷冻能力减小，实现节能，并提高商品保存质量大量实验已经证实敞开式陈列柜50%以上的热量是由环境空气从风幕处带入的,立式敞开式陈列柜70%以上的热量是由环境空气从风幕处带入的,所以环境空气的温度和相对湿度对陈列柜负荷影响很大。2) 微电脑温控器微电脑温控器通过监测温度、湿度、照明等周边环境变化及季节、昼夜变化，自动修正设定值，防止过度冷却，以实现节能。3) 电子镇流器货架式陈列柜照明部分的能耗占整个柜体部分能耗的50%以上，采用电子镇流器，可使照明部分节能25%。4) 电子膨胀阀在冷冻、冷藏设备中使用电子膨胀阀可根据系统变化的需要，更精确的调节膨胀阀的开启度，提高工作效率，起到节能目的。由于初期投资较大，目前除了较大的冷库上有使用外，一般的冷冻、冷藏设备尚很少使用。1.4 冷冻展示柜简介冷冻展示柜采用的是热力膨胀阀节流的制冷系统。循环风量大有利于冷冻食品的冻结,但对柜子的稳定运行却不利。循环风量大,柜内温度与冷风机内空气的温度差小,热力膨胀阀的感温包感受的温度变化大,热力膨胀阀工作稳定性差。热力膨胀阀工作不稳定,蒸发器的蒸发温度变化大,柜内温度波动,进一步使热力膨胀阀工作恶化,影响柜内温度降和稳定。循环风量小,传热温差大,蒸发温度降低,制冷量小,功耗大,陈列柜降温慢,柜内温度不均匀,也不利于柜子的性能提高。因此,需要正确配比循环风量。国内将冷藏箱和冷冻箱称为冷柜或电冰柜，它与普通电冰箱的不同之处是只能专用于冷藏物或专用于冻结物贮存。通常，冷柜内温度为010或者-18-25，容积为803000L。冷冻箱称为低温冷柜，其结构有立式和卧式两种。卧式冷柜的箱门有顶开旋转门和顶开推拉透明门两种，内胆常用轧花铝合金板制成，电源开关、指示灯和温控部分位于箱外右下部。立式冷柜为前开门，冷柜内有四个或多个抽屉，通常每处抽屉上还带有食品分类保存的标志，电源开关、指示灯和温控部分位于向外顶板上，外形美观、使用方便。与冰箱类似，低温冷柜也有直冷式和间冷式两种，目前在国内以直冷式使用较多。我是制冷时冰柜的蒸发器贴在内胆外，处于内胆与隔热层之间，依靠内胆与食品接触以及箱内空气自由对流进行冷却；立直冷式冷柜的蒸发器为搁架式，蒸发器直接冷却抽屉以及抽屉中的食品；间冷式冷柜的蒸发器位于柜内上不的隔层内，用风机吹风冷却箱内空气，箱内空气再冷却食品。小型冷柜的冷凝器一般是内藏式，贴在外箱内侧，处于外箱壁与隔热层之间，依靠外箱壁表面空气自由对流冷却；较大的冷柜使用翅片管式冷凝器，用风机吹风强制对流冷却。1.5展示柜的特点在我国陈列柜领域，包括进口品牌，不同规模和品牌效应的生产厂家有近20家。在这些厂家中，进口品牌以外资大卖场为目标客户群，但近年来由于价格因素相对萎缩；国内合资企业市场影响日益强大，其中海立中野、大连三洋、洛阳哈斯曼、上海通用富士、海尔开利这五家企业的市场份额合计约占75%，这与这些企业的产品性能质量价格定位、服务网络和能力等有因果关系，优势企业较为明显，行业集中度较高。展示柜经过多年的发展越来越受人们的青睐，为了达到人们的需求和商业目的，对陈列柜有以下要求：能够维持适当的温度、湿度，能在商品贮藏期间保证其品质； 结构形状应能使顾客看清商品且容易拿取，并与商店环境和谐一致； 向柜内补充商品方便，不必花费售货员太多时间；柜内结构应方便清扫，食品陈列柜应用符合卫生标准的材料制作；噪声低，电气安全性能好，安装、操作简单，易维修；结构牢固，不易受外力作用而变形； 制造成本低，耗电量少。与其它制冷装置相比，陈列柜主要具有以下特点：具有展示商品的功能，一般冷藏装置没有；根据其不同的用途，其结构形式多种多样；陈列柜商场采用透明玻璃，要防止玻璃上凝霜和结霜； 陈列柜要对储藏商品保持适宜的温度，所以不同的陈列柜所提供的温度范围不同；陈列柜的有效容积，冷冻能力比一般冰箱大许多，蒸发器的面积也较大且要定期除霜。1.6 展示柜现状与发展近年来, 国内已成功地将数值计算与实验研究结合起来, 为陈列柜的优化设计提供了可靠的依据。刘东毓21等以敞开式陈列柜为研究对象, 模拟陈列柜内的二位稳态气流流动状况, 在考虑了自然对流对空气流场影响的基础上, 利用SIMPLE 算法对陈列柜内的混合对流进行了数值计算, 揭示了陈列柜内混合对流的流型和传热机理, 并进一步研究了出口风速、载货高度对陈列柜内空气流型的影响, 得出了陈列柜的冷风幕对陈列柜的性能有很大影响的结论, 但并未对冷风幕的流型作更深入的研究。晏刚等以卧式开式陈列柜为研究对象,研究风幕的射流速度对冷柜耗能的影响, 认为卧式陈列柜射流出口速度太大会增加冷量损失,太小会导致环境中的空气侵入与柜内空气混合,同样增加冷量损失。穆景阳等采用有限元法, 建立了卧式陈列柜风幕系统的CFD 模型, 并进行了数值计算与试验验证。曹晓林22等利用TiCl4 烟雾使柜内空气流动可视化对敞开式食品陈列柜风幕进行了可视化研究, 分析了冷风幕与周围空气的换热机理, 也是一种比较直观的研究。孟祥兆等建立了立式多搁架陈列柜风幕及柜内空气流动和换热的二维数学模型, 运用SIMPLER 算法进行了数值计算, 并试验验证了模型的正确性。管天等试验研究了立式开式陈列柜风幕送风速度对其温度分布的影响。结果表明, 降低其内风幕的送风速度或提高其外风幕的送风速度均可使风幕向柜内侧偏移, 减少冷风幕的外溢, 提高风幕封闭敞口的能力, 改善陈列柜的性能。展示柜的技术发展趋势主要有五个方面：方便商品销售，提高保存商品的鲜度，节能技术，快捷方便的维修保养及优质的服务；目前随着国内超市店铺规模、销售方法、销售商品的变化，陈列柜结构形式也发生了相应的变化。超市的特征就是采用自助销售方式，陈列柜的使用目的是保持商品的鲜度，同时，要方便顾客选购商品及充分体现出商品展示效果。因此，为有效利用店铺面积，方便商品销售的陈列柜作为主流被普遍使用；为了更好地展示商品，陈列柜的结构设计很重，。如:岛式陈列柜的两面玻璃加宽，顾客可从两面清晰看清并选购商品;货架柜的黄金销售区域的考虑等这一些体现人性化的设计，显得格外重要；小型店铺由于店铺面积较小，店铺内一般无法提供安装冷冻机的专用机房，因此，展示柜形式通常采用压缩机组内藏的方式，陈列柜都靠窗布置，主要使用薄型内藏式货架柜及内藏式拉门柜22。由于采用内藏式压缩机组，机组的工作效率较低，噪声和耗电量较大。针对噪声问题，压缩机及冷凝风机的低噪声化成为各公司的一大课题。同时由于内藏机组的热量排入店内，使店内购物环境恶化，从而使空调负荷增大，空调耗电上升。因此，国外便利店近期更多地采用分体式陈列柜。陈列柜是以保持所存放食品的温度为目的而设计的，陈列柜本身不带冷冻功能。换句话说，只有将合适温度的商品放入柜内才能起到保鲜作用。为提高商品质量，减少陈列柜内的温度波动，现多采用具有环境追随性电子温控器，它可以根据环境温度的变化，使陈列柜温度保持恒定，防止过冷却，这样既提高了温度控制精度又减少了能量损耗。化霜过程中，陈列柜及商品温度会有一定上升，为减少商品温度的上升幅度，人们考虑过采用各种除霜方式如:热气除霜、热液除霜等，以加快化霜速度。由于鲜鱼、鲜肉在冰温冷却状态下陈列，若化霜时温度波动过大，会造成血水外流，影响陈列商品的外观及质量，造成商品有效营养成分的流失。因此，国外正在开发研究无冷却中断的陈列柜，此种陈列柜除了有一个主冷却器外，还有一个辅助冷却器，当主冷却器化霜时，辅助冷却器进行供冷，以保持陈列柜温度稳定。 风冷压缩冷凝机组选择，从理论上讲，考虑在当地夏季最高温度下，机组冷冻能力应比冷冻负荷大。不过，厂家通常给出的机组冷冻能力，并不一定刚好在当地夏季最高温度下，例如大三洋压缩机组，仅给出室外环境温度时机组的冷冻能力。因此，通常选配机组，则考虑在室外环境温度下，机组冷冻能力比夏季空调环境下陈列柜所需冷冻负荷大2030%，此时，2030%的余量就是考虑偏离最高夏季室外温度和最高室内温度所需要的冷量。然而，当风冷机组选定后，随着室外温度变化，机组的冷冻能力也随之发生变化23。一般讲，当环境温度下降，机组冷冻能力和冷凝热上升，由于冷凝器不变，故冷凝温度并不成正比下降，这要影响机组冷冻能力大小。因此，有必要建立机组冷冻能力与室外环境温度之间的变化关系。另外，在选配机组时，最好根据机组的冷冻能力与室外环境温度之间的关系来选择压缩机的型号和数量。商用陈列柜的能耗包括:柜体、压缩冷凝机组及管道安装。柜体的能耗体现在:保温、风幕、风帘、风扇、蒸发器及温度控制。一般采用低能耗风扇马达，根据不同温度可将风幕设计为单层、双层及三层；夜间使用风帘和夜间温度控制器。实际通过加厚隔热层，优化设计风幕都可以节能。显然，压缩冷凝机组的低能耗依然是陈列柜能耗的关键所在。在冷冻负荷相同的情况下，压缩冷凝机组的能耗取决于其心脏部件压缩机和冷凝机的形式。前者节能由压缩机的结构所确定;后者的节能取决于其能否适应于陈列柜的变工况运行。如前所述，小型制冷设备常用压缩机有半封闭活塞式、全封闭滚动转子式及全封闭涡旋式。这三种压缩机均属容积式压缩机，其区别在于其运动方式的不同。影响容积式压缩机效率的参数之一是输气系数。2 负荷计算2.1 展示柜的热负荷计算冷冻柜热负荷是冷冻展示柜设计中的一个重要参数，他与冷冻柜的箱体结构、冷冻柜的内容积，柜体绝热层厚度和绝热材料的优劣等因素有关。冷冻展示柜的热负荷计算公式如下 (2-1)式中：展示柜柜体漏热量；展示柜因开关门产生的漏热量；展示柜中储物热量；其他热量2.1.1 展示柜柜体的泄漏量 (2-2)式中：展示柜隔热层漏热量；展示柜通过玻璃门封条产生的漏热量；展示柜柜体结构形成热桥产生的漏热量。1) 柜体隔热层漏热量= (2-3)式中:柜体外表面积，单位为。传热系数K（单位为）为 (2-4)式中: 柜外空气对柜体外表面的表面传热系数，单位为，取=11.3；内柜壁表面对柜内空气的表面传热系数，单位为，取=1.16；隔热层厚度，单位为m；底面取=65mm,侧面取=62mm；隔热材料的热导率，单位为，取=0.03。对于顶面采用保温玻璃，便于展示展示柜中的食品以及开关柜门，取=9mm，=0.65，玻璃内表面传热系数=8，玻璃外表面传热系数=23。则：顶面玻璃传热系数：3.258侧面玻璃传热系数：0.331底面玻璃传热系数：0.321表2-2 各表面传热量计 算 值顶面侧面底面面积 35.923传热系数 3.2580.3310.321传热温差 353546.2传热量 342.0968.5844.49则箱体隔热层漏热量为（342.09+68.58+44.49）=455.162) 陈列柜通过玻璃门封条产生的漏热量由经验公式可得:=68.2743） 陈列柜柜体结构形成热桥产生的漏热量本设计中未形成热桥，忽略则 =455.16+68.274+0=523.4342.1.2展示柜因开关门产生的泄漏量 (2-5)式中：进入陈列柜柜体空气达到规定温度时的比焓差，；空气比体积，；冷冻柜有效容积，；每小时开门次数，取每小时开门次数10次。则 2.1.3 展示柜中储物热量 (2-6)式中：水的质量，=2.412；水的比热容，取；水的凝固热，；冰的比热，；水的初始温度和冻结终了温度，。其他热量60。则陈列柜冷冻热负荷为：2.2 展示柜箱体外表面凝露校核展示柜绝热层最薄处在顶面，亦是温度最低处，该处最易结霜、凝露，故只对该面进行露点校核即可。外表面温度，取，环境温度，柜内温度，。查h-d湿空气焓湿图得，环境温度，相对湿度60%,其露点温度为，因此不会凝露。可见，陈列柜箱体四侧不会凝露。3 制冷系统方案本设计采用制冷剂CO2，环境温度相对湿度60%，柜内温度-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形式有关。本设计采用翅片式冷凝器，空气强制对流的冷却方式24。冷凝传热温差一般取1020，冷凝器的传热性能好，可适当选取小的数值，采用风速为23m/s的风冷却时,传热温差可取812。本设计取冷凝温度=40，冷凝传热温差15。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。蒸发温度等于蒸发器所处环境温度减去传热温差，一般传热温差取510。本设计取蒸发温度。表3-1 制冷系统的额定工况工况参数冷凝温度蒸发温度过热度过冷度设计值40-2070各点状态参数如表3-2：表3-2 循环过程各状态点参数状态点压力(bar) 温度（） 焓值（KJ/Kg）比体积（L/Kg）1 3.16 -13.00 382.48 73.612s 18.32 55.84 424.97 13.212 18.32 63.55 435.60 14.013 18.32 63.55 435.59 14.013 18.32 40.00 400.99 11.2334 18.32 40.00 332.06 9.654 18.32 40.00 263.14 1.164 18.32 40.00 263.14 1.165 3.16 -20.00 263.14 32.3156 3.16 -20.00 319.35 265.586 3.16 -20.00 375.57 70.696 3.16 -13.00 382.48 73.61循环各性能指标计算值如下：1) 单位制冷量（过热为有效过热）2) 单位体积制冷量3) 单位等熵压缩功4) 制冷系数5) 单位冷凝热量6) 制冷剂循环量式中Q为陈列柜的总热负荷值7) 冷凝器热负荷8) 压缩机实际吸入过热蒸汽量3.1 蒸发器的设计蒸发器是使液体制冷剂吸热汽化的一种热交换器。低温低压的液体制冷刑在电冰箱蒸发器内迅速蒸发转变为气体，同时吸收被冷却物体的热量，使冷藏食品的温度下降，从而达到食品保鲜的目的。用冰箱常用的蒸发器都属于空气冷却式，按空气循环对流方式可分为自然对梳式和强制对流式两种。其结构型式除管板式、铝一铝欢胀式、单脊翅片式及翅片盘管式外，还有串联板式蒸发器和多层搁架式蒸发器。串联板式蒸发器其材料和制法同铝一铝吹胀式蒸发器，它用于直冷式双门双温电冰箱。多层搁架式蒸发器的其特点是蒸发器兼作搁架，具有结构紧凑，传热性能好等优点，主要用于立式冷凉箱的制冷系统25。陈列柜的热负荷为721.364W，柜内的平均温度，蒸发器管内温度为，冷藏室蒸发器采用单脊翅片盘管式蒸发器，一般用厚度为0.25mm的铝板，使它弯曲成6.5mm的管形通道，其翅高h在2026mm之间选择，本设计翅高选为25mm，翅厚。(1) 单脊翅片式蒸发器管外表面传热系数，本设计陈列柜属于直冷式冰箱，冷藏室蒸发器选用单脊翅片式蒸发器，其空气侧表面传热系数应按自然对流换热计算，计算公式如下 （2-17）式中 -冷藏室内空气的平均温度，单位为-蒸发器管内制冷剂R22的蒸发温度-定型尺寸，取单脊翅片的翅高则管外表面传热系数(2) 管外纵向平直翅片的翅片效率 （2-18）式中 -翅片高度，单位-定义参数，当翅片的深度比厚度大的多的时候上述的计算式中，分别为管外表面传热系数27，翅厚，肋片的热导率(3) 翅片的表面效率 翅片的表面效率按下式计算 （2-19）其中为一次传热面，为二次传热面，为总的传热面积。设翅片的长度为，则可列出如下关系：表面效率为(4) 由于CO2在管内蒸发时的传热系数远大于空气自然对流表面传热系数，因此可以不计算管内表面传热系数。(5) 传热系数由于空气侧表面传热系数远小于管内制冷剂侧的表面传热系数28，因此传热系数的计算可简化为 (6) 传热面积及翅片长度 冷藏室蒸发器总的供热量 （2-20）其中黑度为0.9，辐射系数为，发射体热力学温度为，接受体热力学温度为，传热温度，则传热面积为除于冷藏室蒸发器中连接管和连接板的传热面积，翅片盘管的传热面积，因为，则翅片长度3.2