168L双门直冷冰箱设计——毕业论文

168L双门直冷冰箱设计郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 168L双门直冷冰箱设计学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 年 月 日 摘要I英文摘要II1 绪论11.1 引言11.2 冰箱简介11.3 电冰箱的种类21.4 冰箱主要生产企业31.5 冰箱的现状和发展趋势62 冰箱总体设计及热负荷计算82.1 保温层设计82.1.1 保温层设计方法82.1.2 保温层设计102.2 冰箱热负荷计算122.2.1 电冰箱的热负荷计算132.2.2 168L冰箱热负荷计算143 冰箱制冷系统设计153.1 冰箱制冷系统热力参数确定和压缩机确定、耗电量计算153.1.1 冰箱制冷系统热力参数确定153.1.2 压缩机的选择173.1.3 冰箱耗电量预算203.2 直冷冰箱蒸发器的设计203.2.1 蒸发器设计的基本原则和方法203.2.2 管板式和吹胀式蒸发器的设计方法223.2.3 蒸发器设计实例243.3 冰箱冷凝器设计253.3.1 冰箱用的冷凝器253.3.2 丝管式冷凝器的设计273.3.3 内藏式冷凝器的设计计算323.3.4 冷凝器设计333.4 制冷剂选择343.5 毛细管长度的计算363.6 干燥过滤器的选择374 控制系统设计384.1 温度控制器的选择384.1.1 蒸汽压力式温度控384.1.2 蒸汽压力式温度控制器394.2 电冰箱控制电路434.2.1 直冷式电冰箱控制电路434.2.2 间冷式双门双温电冰箱的控制电路44结论47致谢48参考文献49摘要为了满足市场对冰箱的需求，本设计简要介绍了168L双门直冷冰箱的设计情况，冰箱制冷剂选择R600a。这次设计探讨了冰箱的用途和发展前景，为更好地设计，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，然后确定温控器的选型，最后是确定节流元件。关键词 冰箱/制冷剂/蒸发器/冷凝器/制冷循环The Design Of 168L Two-door Direct Cooling RefrigeratorABSTRACT In order to meet the markets demand for refrigerators, the design brief introduce 168L two-door design of the refrigeration refrigerator, the refrigerator refrigerant choice R600a. The design of the refrigerator uses and development prospects for better design, first determine the size of the box according to the requirements, and then determine the heat load based on box size can be determined according to the basic energy refrigerators and other heating elements heat load and in order to determine the compressor while the evaporator and condenser can be determined two main heat transfer equipment, determine the thermostat selection, and finally determine the throttling element and the amount of refrigerant charge. Eventually be checked.KEY WORDS Fridge , Refrigerant , Evaporator , Condenser , Refrigeration cycle501 绪论1.1 引言 冰箱是食品冷藏或者冷冻的最后一个环节，它直接和顾客打交道。其主要目的是使冰箱内保持合适的温度以维持所需的冷藏冷冻温度，从而保证食品品质。随着人民生活水平的提高,消费者对保鲜、冷冻、冷藏食品在数量、品种和质量上的要求越来越高。由于食品种类不同，对冰箱容量要求的不同，冰箱的形状、构造也多种多样，冰箱是城镇家庭生活必需品。随着我国经济水平的发展和人民的生活水平在持续的提高，人们的生活方式发生了许多的变化，冷藏冷冻食品普遍得到广大消费者的接受。随着经济的进一步发展，人们收入的提高，将会进一步促进冰箱产业的发展。目前市场上的冰箱大多为直冷式，风冷式冰箱由于其良好的除霜效果也在收到越来越多的关注，双开门、三门甚至更多门的冰箱也因消费者需求多样化蓬勃发展，因此设计出更多性能优良，节能环保，适合各类人群消费的冰箱，是我们设计者的重要的任务。1.2 冰箱简介 世界上首台家用的制冷设备在1910年左右出现，1913年拉森制造了一台人工操作的家用冰箱，1918年美国卡尔维纳特公司首次成功地试制出商业和家用自动电冰箱，到1920年为止约售出200台，1926年美国奇异公司经过11年的试验，制造出世界第一台密封式制冷系统的冰箱，1927年第一台家用吸收式冰箱问世。自第一台冰箱出现至今已有半个多世纪，当前全世界每年电冰箱的总产量在4000万台以上，其中产量居前几位的国家是美国、俄罗斯、意大利、日本等国。我国冰箱起步较迟，第一台冰箱是1954年由沈阳医疗器械厂生产的200升单门冰箱。1956年开始，卫生部门的一些医疗器械厂开始具备了电冰箱的生产能力，并投入了小批量生产。80年代初电冰箱产量连年翻番，1983年产量约18万台，1984年产量超过40万台，目前国家确定四十几家电冰箱定点厂，全国引进50多条电冰箱生产装配线，年产能力达1500万台以上，规格已有50升到200升以上大型冰箱的多种系列，品种有单门、双门、多门、型式有直冷式，也有间冷式。在90年代，电冰箱技术已向高效率、智能化和多门多温功能的方向发展。目前，对电冰箱产品结构调整影响最大。最突出、最迫切的问题，是CFCS制冷工质的限制和禁用。国际社会对CFCS的控制并逐步禁止已成定局，电冰箱将因此而面临产品改型的任务，这正是电冰箱工业必须正视的现实。各国正努力寻找合适的近远期替代工质，并力图加快对各种新型制冷系统的研究及商品化进程。在多能源冰箱的开发方面，国外吸收式、吸附式冰箱发展迅速。近几年来日本三洋公司在吸收式冰箱方面突破了一些技术难关，发展到耗电量可与压缩式冰箱相近的水平。目前全世界吸收式和吸附式冰箱的年产量约为150万台，以瑞典和瑞士的产量最多，质量也最好。太阳能冰箱、半导体冰箱也是近年来较引人注目的新产品。为了更科学地贮存和保鲜食品，国外电冰箱还增加了快速冷冻和快速解冻的功能。快速冷冻是使冷冻室底面温度达-40左右的低温，让食品迅速通过-1-5冰结晶生成区，以防营养成分的破坏，保持食品原有的鲜度；快速解冻是在冰箱内增设解冻室，通过解冻风扇，把冰箱冷藏室的空气吹入到解冻室，使解冻室内的食品快速解冻，以适应短期保鲜贮存的需要。电冰箱是家庭中主要耗电的家用电器，为此目前有关厂家及研究单位正在开发节电型的电冰箱。采用滚动转子式压缩机，不仅减小压缩机的体积，减轻重量，而且降低能耗。目前日本100W以上的滚动转子式压缩机已投入使用，用电量比同类冰箱节电五分之一到四分之一；应用微机控制电冰箱可以节电15%25%；改进隔热层，将电冰箱隔热层厚度增至吋，可节电14%；应用新型绝热材料，日本东芝公司应用聚铬硅氧的新材料，使电冰箱每月节电2度，应用上述新技术以达到节能之目的。1.3 电冰箱的种类一、电冰箱制冷的原理和种类共有下列9种制冷的原理(1) 压缩式电冰箱:由电动机提供机械能,通过压缩机对制冷系统作功.制冷系统利用低沸点的致冷剂(或称冷媒),蒸发时,吸收汽化热的原理制成的。优点:寿命长,使用方便,目前世界上9195%的电冰箱属于这一类。(2)吸收式电冰箱:该种电冰箱利用热源,如煤气,煤油,电等作为动力。利用氨-水-氢混合溶液在连续吸收-扩散过程中达到致冷的目的.其缺点是效率低,降温慢.现已逐渐被淘汰。(3)半导体电冰箱:利用PN型半导体通以直流电,在结点上产生珀尔帖效应(Peltier effect)的原理来实现致冷的电冰箱。现许多电子电路和微型仪器常采用此方法散热。(4)化学冰箱:利用某些化学物质溶解于水时,强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。(5)电磁振动式冰箱:用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理,结构与压缩式电冰箱基本相同。(6)太阳能电冰箱:利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。(7)绝热去磁制冷电冰箱。(8)辐射制冷电冰箱。(9)固体致冷电冰箱。二、压缩式冰箱的组成压缩机冷凝器-热交换管干燥筛检程式毛细管-气体膨胀阀蒸发器。制冷系统由五种基本单元所组成压缩机的功用:用以补充能量,把蒸发器中低温低压的冷媒(Freon,氟利昂)经蒸汽压缩机被压缩成为高温高压的过热蒸汽,而后送入冷凝器中。冷凝器的功用:是把高温高压的蒸汽冷凝成为高压常温的液体,并放出大量的热量。乾燥筛检器的功用:吸收氟利昂中的水分,防止冰堵,并过滤制冷系统中的杂质,防止脏堵。毛细管的功用:有两个功能,其一是节流,控制制冷系统的氟利昂回圈量;其二是降压,保证冷凝器中的压力满足冷凝压力,而蒸发器中的压力满足蒸发压力。蒸发器:是制冷系统制取冷量的地方,是液态氟利昂蒸发汽化为气体,吸收大量汽化热的场所.所有制冷机必需具备的五大基本单元压缩机、热交换管、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、冷媒。许多制冷机常使用纯氨(阿莫尼亚)做为冷媒，纯氨冷媒的蒸发温度在一大气压下为致冷机运作的基本机制。冰箱内部热交换管冰箱内的热交换管:1、管中为低压低温冷媒2、管中的低温冷媒和冰箱内部的热空气交换热量,以降低冰箱内空气的温度。3、为等压热交换过程冷媒流动的方向。压缩机:1、准等温压缩过程2、将回流回来的低压冷媒加压成高压冷媒,甚或液化成液态冷媒。毛细管式的膨胀阀:1、在此进行绝热膨胀的热力变化物理过程2、将高压冷媒或液化冷媒经此阀,突然膨胀为低温低压冷媒,甚或使之气化为气态低温冷媒。使用寿命由于电冰箱是高档耐用品,故使用寿命是一项重要指标。所以在设计时,从结构,选材,制造工艺等项,都对寿命做了周密的考虑。根据发展形势,经济条件和生活水平出发,目前电冰箱的设计,应不低于15年。国外电冰箱,由于新款式,新品种不断更新换代,在设计上,往往采用较短的使用期限。1.4 冰箱主要生产企业冰箱作为现代家庭必需的产品，技术上的变迁大体经过了三个阶段：第一次是上世纪全球范围内的禁氟运动，使冰箱制造技术上升了一个台阶；第二次技术革命是能效标准技术的实施，使冰箱的节能技术大大加速；在关注环保和节能以后，健康冰箱又成为了新的技术竞争点，其中一个指标就是保鲜。据了解，现在几乎所有一二级品牌都在努力突破这个技术，这次革命同样会给冰箱行业的发展带来一次新的飞跃。 目前国内市场主流的国产冰箱品牌有青岛海尔、海信，荣事达、美的、华菱、容声、合肥的美菱、河南新乡的新飞等等，国外品牌比较知名的有西门子、伊莱克斯、三星、LG、松下等品牌，海尔市场占有率名列前茅，西门子、伊莱克斯、新飞、容声、美菱、松下等也在市场上占有相当份额。下面简要介绍几种市场主流冰箱。(1)美的“芯节能”冰箱美的最近发布了集成五大核心科技的“芯节能”技术，包括真空多元发泡技术、国际知名超高效压缩机、超低待机功率、制冷系统优化、制冷结构优化。其中，国内首创、国际领先的真空多元发泡技术，创造性地实现了3种发泡剂并存的发泡体系和业内首个两级预混系统，生成更加致密的多元体系泡孔，有效降低热传导性，使冰箱能耗整体降低5%。在“芯节能”技术支持下，美的冰箱推出四大系列19款的高效节能新品阵容，全部为200升以上大容量高端冰箱，机型涵盖机械三门、电脑三门、多门、对开门等主流消费趋势和特色差异化功能，其中一款三门机械冰箱BCD-218TGSSM，日耗电量仅0.25千瓦时，以超低的节能性能实现了“四天一度电”。(2)海信博纳冰箱博纳（Bauna）系列冰箱是海信推出的全新大容量冰箱系列产品，定位高端精英人士，主打“活水保鲜”和“智能无霜”。博纳的外观由德国顶级工业设计团队精心打造，设计灵感来自享誉世界建筑领域的“包豪斯”风格，采用全金属外框、质感磨砂涂层，结合棱角分明的外部线条，宛如一个个浓缩的微型建筑杰作。博纳特别采用了“活水保鲜”系统，利用超微孔装置将过滤后的纯净水打散喷射到食物表面，使其充分吸收。配合智能温度系统制造温差，促使微气流产生频率震动，持续为果蔬做“SPA按摩”，从而减少果蔬细胞壁的破裂，还原生长初态，彻底解决了传统风冷冰箱容易风干食物、失去水分的问题。 (3)西门子零度多门冰箱大空间和零度保鲜正成为最受市场关注的热点，西门子创新性地采用欧洲解决方案满足了中国消费者的需求，经过长达4年的研发，推出了零度多门冰箱。该冰箱全系列共4款，分为不锈钢门和无框玻璃门两类，无框玻璃门款有影湖白、炫动灰和星光黑3种颜色。凭借完美的外观设计，零度多门冰箱问鼎了素有设计界“奥斯卡”之称的红点设计大奖。此外，它采用的无霜制冷系统，免除了消费者除霜烦恼；其冷藏、零度室采用直冷技术，湿度高达70%至80%，水分不流失，水果、蔬菜保鲜效果更长久，而冷冻室采用风冷技术，无需化霜；其18公斤的超强冷冻能力，使食物能以最快的速冻通过冰晶生成带，保证营养不流失。 零度多门冰箱设有11个智能传感器，具有智能提醒功能，控温更精确。并采用了高效变频压缩机，达到了EEC一级节能。 (4)新飞莱铂锐Libra冰箱新飞莱铂锐Libra全新系列产品共12款产品，在结构上涵盖对开、多门、三门、两门全区域，在运行方式上有变频、电脑、机械3种方式。莱铂锐配备的AES生态抗菌系统利用AES生态系统生成阳光般的抗菌气体，可氧化分解各种有机化合物和部分无机化合物，具有极强的抗菌、除臭功能，负离子也可吸附细菌，使其结构改变和能量转移抑制细菌再生，实现真正意义上的360度保质、保鲜、除臭。(5)海尔帝博对开冰箱海尔帝博对开门冰箱不仅以626L的容积为各种果蔬提供最适宜的存储空间，而且通过保湿技术保证食物极致新鲜营养。帝博对开门冰箱采用的智能均温技术能保证冰箱内部温度均匀，有效涵养蔬果水分，避免造成风干，冰箱可以根据食物的多少自动调节制冷量，最大限度地保证食物的新鲜度。另外，帝博采用了行业领先的3D立体环绕风技术，从而实现冰箱制冷快速、均匀，彻底杜绝了冰箱结霜，为消费者提供了一种智能无霜的使用体验。 (6)美菱雅典娜风冷系列冰箱美菱雅典娜风冷系列BCD-356WET冰箱表面采用专业的覆膜工艺，既防油污，更易于清洁。内部冷藏室采用国家专利的“中央门扣”技术，扩大空间。内部特有的3档可调锁水孔，能根据食物的不同保湿需求调节湿度，令食物持久保鲜。此外，电脑智能精确控温、全风冷无霜设计的应用，使雅典娜风冷系列冰箱内冷气循环流动，制冷速度更快、更均匀，最大限度保持食物营养不流失。1.5 冰箱的现状和发展趋势 趋势一：低碳节能最流行 纵观我国冰箱市场，尤其是进入2010年以来，低碳环保的倾向也越来越明显。在所有家电产品中冰箱的能效普及最到位，目前市场上冰箱产品能效等级普遍达到1级，2级能效以下的产品已经很难看到，而3级以下的产品基本已被淘汰。据资料显示，节能冰箱一般有以下几个主要特点：一、采用高效压缩机。压缩机是冰箱的心脏，也是冰箱的主要耗能部件，采用高效压缩机是冰箱节能最为简单有效的措施。大部分节能冰箱的耗电量往往仅有同容积段变频产品的一半左右。变频技术作为一项低碳、环保的高新技术，在节能、减噪、环保等多方面优势明显，已然成为冰箱行业发展的必然趋势。二、应用节能新工质。冰箱的工作介质不同，则获得相同制冷量所需的功耗也有所不同，它直接关系到冰箱的制冷效果。如既环保又节能的R600A制冷剂，相对以前提高了很大的制冷效果。三是达到较高的能效比。能效比是在额定工况和规定条件下，冰箱进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。冰箱能效比越高，在制冷量相等时节省的电能就越多。 趋势二：容积越来越大，三门冰箱挤占高端传统双门冰箱市场份额，对开门和多开门受欢迎 2011年上半年中国冰箱市场中以201250升产品为主流，关注比例达到415，而这一数据在2010年还只有378，在2010年180250升冰箱产品为市场主流。冰箱容量与中国大部分家庭的居住条件、使用习惯相对应，随着生活条件的提升，生活精细度提高，工作忙碌度增加，冰箱中存放的东西越来越多，存放空间区分越来越细，势必产生大容量冰箱的需求。 通过对2011年最受关注的明星产品上榜产品的比较分析看以看出，除了一款169L和两款500L的，其余受关注的冰箱容积均在200250L段，可见此容积的冰箱更受消费者欢迎。表明多数用户冰箱使用需求基本维持在此容积范围内。同样验证了我们的结论，目前市面上的大容量双开门和主流三开门冰箱的容量多在这一区间中。另外300升以上超大容量冰箱的关注比例竟达到了2194，足见目前中国冰箱市场高端市场发展之快。 经过2010年的迅猛发展，冰箱行业的高端消费时代已经来临。冰箱市场的销售额在快速增长。其中，三门、对开门冰箱销售比重提升明显，尤其是三门冰箱挤占高端传统双门冰箱市场份额趋势愈发清晰。最受关注明星产品上榜产品中双开门和三开门冰箱占据四个席位，其余两个席位被对开门冰箱抢去，足见三开门冰箱已追赶上双开门，成为未来发展趋势，已开始引起大众消费者的注意。三门冰箱弥补了普通的双门冰箱的一个保鲜空白区，中间的温室一般可以用来保存37天的食物，调节区间更广、更多新鲜选择。高端市场需求的增加，直接刺激了销量增长。冰箱市场经过数十年的发展和沉淀，消费者已经很难满足于储存食物、冷冻饮料这样简单的功能。以此为标志，冰箱市场已经进入了高端消费时代。 三开门冰箱以其更加优秀的保鲜特性，在众多国产品牌加入到推广行列之后开始普及。三开门冰箱的关注比例自2010年下半年开始迅速上升，至2011年1月就突破了40。2011年上半年，其关注比例虽然有小幅下降，但整体势力仍然优于传统双开门产品。另外，虽然对开门和多开门冰箱的售价昂贵，但其仍拥有固定的消费群，关注比例走势较为稳定。目前也有越来越多的本土品牌通过设立自己的高端子品牌或退出高端产品系列的方式来加入高端市场。 趋势三：3000元内产品占主流，高端产品越来越受重视 2011年上半年中国冰箱市场中3000元内产品的关注比例达到535，仍占市场主流，但其中2000元以下和20013000元产品的关注度均较去年有所下降。而3000元以上冰箱的关注比例整体提升了近10，四个细分价格段的关注比例均有小幅提升。 纵观最受关注明星产品的上榜产品参考报价，20013000元价位段产品居多，有五款。2000元以下价位段产品有两款，30014000元价位段有两款，40016000元高端价位有一款。由此可见，20013000元冰箱较为受宠，3000元是大众消费者选购冰箱的一道价格门槛。 从2011年第三季度三个月的关注趋势来看，3000元内产品的关注比例停止上升，甚至出现下滑走势，4000元以上的中高端产品的关注比例均有所提升。高端产品越来越受消费者重视。 中国城市冰箱快速普及是在20世纪90年代，而现在正进入中国城市冰箱市场更新换代的高峰期。加上国家“以旧换新”政策的实施进一步推动了中国冰箱市场的需求增长。新的消费主力为高端产品提供市场。更注重产品时尚、高端以及对新技术、新功能更容易接受的“80后”消费主力步入结婚高峰期，进一步拉动了大容量、多开门等高端冰箱市场的普及。 高端冰箱在卖场中越加的走俏起来，随着消费者收入提高，生活水平在不断提高，很多消费者为了追求生活品质而选择高端产品，不仅可以很好的提升家居的整体气质更能带给消费者一种全新的消费理念。2 冰箱总体设计及热负荷计算2.1 保温层设计2.1.1 保温层设计方法 冰箱保温层厚度是设计的重点，因为关乎到产品的成本与性能，保温层的设计需要考虑的因素包括：不同的市场和不同国家地区对能耗的要求；产品的不同风格和设计特点；市场对发泡料的限制因素；产品成本的综合对比并选择；产品的市场要求:全球性、局域性、特殊的客户；对产品未来发展的考虑。冰箱保温层厚度确定是设计的重点，在设计中总会出现与不同部门发生冲突，要求的厚度越薄越好，厚度薄成本就低，而且容积大，但由于技术的能力是有限制的，在能耗达到一定量的水平时，厚度不是可以薄到设计想要的程度，因此在厚度的设计方面存在选择是否合理。电冰箱的箱体由箱外壳、内胆、绝热层、顶灯饰框、铭牌、门外壳、门胆、门把手等组成。箱外壳和门外壳通常用0.61.0mm冷轧薄钢板制成，外壳表面磷化处理后涂漆或喷塑。内胆和门胆采用ABS塑料板或PS板加热后真空成型。绝热层采用硬质聚氨脂整体发泡作绝热层，它是在异氰酸酯与多元醇放热反应的基础上，通过自身的聚合反应，产生出固态聚氨酯。在聚合混合物中注入发泡剂，产生气泡便得到泡沫塑料。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。箱顶装饰框一般采用塑料或金属边框装饰，也有用整体塑料装饰框。门框周围装有磁性门封条，关门后使箱门与箱体吸合。电冰箱箱体设计的优劣，直接影响其使用性能、外观、耐久性、制造成本和市场销售。在进行设计时，要求造型别致、美观大方。除色调要与家庭家具协调外，还必须考虑占地面积小、内容积大，宽度、深度与高度的比例合理，有稳定感等。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：50年代以前主要是厚壁箱体(厚度为6065mm)；60年代是薄壁箱体(厚度3035mm)；70年代是薄壁双温双门；80年代以后世界上趋于采用中等壁厚箱体(厚度为4045mm)，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1：1.3，双侧门柜式箱体的宽深比为1：0.65左右。总体高度以放置稳定和箱内储放食品方便为原则。表2-1给出了电冰箱内容积与外形尺寸范围。表2-1 电冰箱内容积和外形尺寸范围外 形 尺 寸/mm内容积宽深高5010045048047053048010001001504805305306509001200150200530左右650左右120015002003005306106407201500170030040070085060072016001700400600750100065072017001800 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2-2所示为某冰箱的绝热层厚度。表2-2 冰箱的绝热层厚度冷冻室顶层厚度冷冻室侧面厚度冷冻室背面厚度冷冻室门体厚度冷冻室底面厚度0.1m0.072m0.072m0.053m0.05m冷藏室顶层厚度冷藏室侧面厚度冷藏室背面厚度冷藏室门体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时，需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tw低于露点温度，则会在箱表面上发生凝露现象，因此箱体表面温度tw必须高于露点温度td，最低限度tw0.2+td。在达到稳定传热状态后的表面温度tw可以由下式计算： (2-1)式中：tw箱体外表面温度，单位为；tl箱外空气温度，单位为；t2箱内空气温度，单位为；a1箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W/(m2.K)；k传热系数，单位力W/(m2.K).按照国家标准GB8059.1规定，电冰箱在进行凝露校核试验时，规定亚温带型(SN)、温带型(N)和亚热带型(ST)、热带型(T)冰箱的露点温度分别为190.5和270.5。在箱体表面温度高于露点温度的前提下，计算箱体的漏热量Q1，并用下式校验绝热层的厚度 (2-2) 式中： twl箱外壁温度，单位为； Tw2箱内壁温度，单位为； 热导率，单位为W/(m2.K)，各种绝热层热导率可见； A-传热面积，单位为m2。 校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。2.1.2 保温层设计 对本次冰箱设计要求： （1）使用环境条件：冰箱周围环境温度ta=32,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-18。 （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使用冷藏箱而较少使用冷冻箱，因此本次设计将冷冻箱设置在下层。 （4）冰箱制冷方式为直冷，节流元件确定为毛细管。 设计： 1、箱体保温层采用硬质聚氨酯泡沫。 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2-1所示（图中尺寸单位：cm）。图2-1 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2-1，因此，首先要确定相关参数：环境温度t1为32，箱内空气温度t2为-18。另外，对于相关传热系数的规定：当室内风速为O.10.15ms时，1可取3.511.6W/(m2.K)；箱内空气为自然对流(直冷式)时，2可取0.61.2W/(m2.K)；这里选取室内2=0.8 W/(m2.K)，隔热层绝热系数0.02 W/(mK)，室外对流换热系数1取11W/(m2.K)，则=0.26 W/(m2K)则外表面温度高于国家标准GB8059.1的规定的凝露温度，符合设计要求。（2）冷藏室凝露校核 冷藏室最薄的地方也是门侧，因此，计算方法同冷冻室相同，可计算出外表面温度为 =31.4同样高于国家标准规定的凝露温度，符合设计要求。一般情况下，只要箱体尺寸参考了市场上产品的尺寸，一般不会存在凝露问题，但最好还是进行一下凝露校核。2.2 冰箱热负荷计算 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根源所在，进行冰箱热负荷计算的好处：知道产品未来的性能状态；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及改进后的状态；可以找到产品设计中的缺点及找到改进的方向；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。2.2.1 电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、冰箱内容积，箱体绝热层厚度和绝热材料优劣等因素有关。热负荷包括：箱体漏热量Q1、开门漏热量Q2、贮物热量Q3和其它热量Q4。即Q=Q1+Q2+Q3+Q4 （2-3）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 (2-4)(1)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) (2-5)式中A-箱体外表面，单位为m2。传热系数K(单位为W(m2K)为 (2-6) 式中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)。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Qa值。另外，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tk，也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Qb由于Qb值很难用计算法计算，一般根据经验数据，取Qb为Qa的15值。 （3）箱体结构部件的漏热量Qc 箱体内外壳体之间支撑方法不同，Qc值也不同，因此同样也不易通过公式计算。一般可取Qc值为Qa值的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Qc值可以不用计算。 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、冷却风扇电机等散发的热量，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1.11.15Q的热负荷进行设计。2.2.2 168L冰箱热负荷计算分步骤进行冷冻、冷藏室热负荷计算。1、冷冻室热负荷QF计算 （1）箱体漏热量Q1F冰箱保温层为聚氨酯材料制成，不需要考虑冷桥漏热，因此冷冻室箱体漏热量只包括箱体隔热层漏热量Qa和通过箱门与门封条漏热量Qb两部分。 1）箱体隔热层漏热量Qa箱体隔热层漏热量按式2-4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/(m2.K),箱内壁表面对箱内空气的表面传热系数2可取0.8W/(m2.K)，隔热层材料的热导率取0.02W/(mK)。各传热表面的传热量计算见表2-3。表2-3冷冻室负荷计算顶面侧面背面门体底面面积A/m20.26510.62760.28420.28420.2651传热系数0.2600.2020.2020.2600.202传热温差/23.000050.000050.000050.000050.0000传热量Q/W1.58746.35072.87603.69962.6826将上表中各表面的传热量相加即得箱体隔热层漏热量Qa=17.2W。2）通过箱门与门封条漏热量QbQb=0.15Qa=0.1517.2=2.6W冷冻室箱体漏热量为Q1F=Qa+Qb=17.2+2.6=19.8W考虑到其他漏热，加上15%的余量，因此，冷冻室的热负荷QF=19.81.15=22.7W。 2、冷藏室热负荷QR计算 冷藏室热负荷同冷冻室。 （1）冷藏室箱体漏热量Q1R1）箱体隔热层漏热量Qa冷藏室各传热表面的传热计算如表2-4所示。表2-4冷藏室负荷计算顶面侧面背面门体底面面积A/m20.26510.72490.32830.32830.2651传热系数0.2600.2510.2510.2510.260传热温差/27.000027.000027.000027.0000-23.0000传热量Q/W1.86354.90452.22112.2211-1.5874将上表中各表面的传热量相加即得冷藏室箱体隔热层漏热量Qa=9.6W。2）通过箱门与门封条漏热量QbQb=0.15Qa=0.159.6=1.4W冷藏室箱体漏热量为Q1R=Qa+Qb=9.6+1.4=11W考虑到其他漏热，加上15%的余量，所以，冷藏室的热负荷QR=111.15=12.7W。电冰箱的总热负荷为：Q=QF+QR=22.7+12.7=35.4W。3 冰箱制冷系统设计3.1 冰箱制冷系统热力参数确定和压缩机确定、耗电量计算3.1.1 冰箱制冷系统热力参数确定 1、制冷循环的常规热力参数 我国国家标准局发布的“电冰箱用全封闭压缩机”国家标准GB9098-88中有关确定压缩机制冷量的试验条件如表3-1所示。表3-1 我国国标GB9098-88中规定的工况蒸发温度吸气温度冷凝温度过冷温度环境温度-23.30.232.2354.40.332.20.132.21 一般冰箱制冷循环热力参数的设计规定也与表所列相同。（1）冷凝温度tk 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。电冰箱大多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，可适当取小一些的数值，例如采用风速为23ms的风冷却时，传热温差K值可取812。（2）蒸发温度t0 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。（3）回气温度tG 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。电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，制冷剂进入压缩机后，由于电机加热吸入气缸前过热蒸气温度达60左右。（4）过冷温度ts 过冷温度取决于液体制冷剂在回气管中进行热交换的程度。冷凝后的制冷剂在冷凝器末端已达到环境温度值，再与回气管进行热交换得到冷却。一般过冷温度等于环境温度减去过冷度，过冷度可取15-32。 综合上述，可以确定出冰箱制冷系统的设计工况，本次设计冰箱（制冷剂为R600a）制冷系统工况如表3-2所示。表3-2 制冷系统的额定工况（单位为）工况参数冷凝温度tk蒸发温度t0回气温度tc过冷温度ts设计数值54.4-2532（60）17参数来源tk=32+22.4环境温度加上冷凝传热温差t0=-18-7冰箱要求温度减去传热温差蒸汽进入压缩机壳体前状态，括号内为实际吸入气缸前的过热蒸汽ts=32-15环境温度减去过冷度将这些参数在压-焓图上进行标示，如图3-1所示。图3-1 电冰箱制冷系统压-焓图 此压-焓图中所示状态点是理想状态的工况点，与实际运行可能不是很吻合，但具有一定的参考价值。制冷工况的确定将为以下蒸发器、冷凝器计算提供帮助。3.1.2 压缩机的选择1、压缩机选型原则电冰箱压缩机均采用全封闭式压缩机。对于冰箱制造厂，一般无制造冰箱压缩机的能力，只能在进行电冰箱设计时，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。全性能曲线如图3-2所示。图中t0为蒸发温度，tk为冷凝温度。作图时，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。图3-2 压缩机的全性能曲线2、压缩机选型继续BCD-168冰箱的设计，为该冰箱选择合适的压缩机。在前面已经计算得出BCD-168冰箱的热负荷为35.4W，这种制冷量的压缩机选择性很大，可以选择COP在1.7以上的高效压缩机，但价格相对较高，也可以选择COP和价格相对较低的压缩机。本次选择黄石东贝R600a冰箱压缩机，该厂出产的压缩机参数表如表3-3所示。压缩机的选择首先要确定压缩机的开机时间比，并根据开机时间比折算出制冷量，最后依照制冷量和COP选择合适的压缩机。表3-3制冷剂系列型号电机类型电源（V/HZ)ASHRAE(-23)冷却类型制冷量（W)COP(W/W)DD40CYRSIR220/50501.06SD53CYRSIR220/50751.20SD43CYRSCR220/50651.28SDG53CYRSCR220/50751.35SDU40CYRSCR220/50551.43SDU53CYRSCR220/50751.50SDU58CYRSCR220/50901.50SSS53CYRSIR220/50751.30SS65CYRSIR220/50981.35SS75CYRSIR220/501201.35SS66AYRSIR1381.40SSK53CYRSCR220/50751.51SSK65CYRSCR220/50981.55SSU60CYRSCR220/501001.60SSU75CYRSCR220/501251.65SSZ55CYRSCR220/50831.70SSZ60CYRSCR220/501001.72SSZ75CYRSCR220/501251.72SL60AYRSIR1151.40SL68CYRSIR220/501251.41SL76CYRSIR220/501421.41SL88CYRSIR220/501551.40SLK76CYRSCR220/501421.58SLK88CYRSCR220/501601.58SLU43CYRSCR220/50661.55SLU66CYRSCR220/501051.62SLU68CYRSCR220/501301.65SLU76CYRSCR220/501421.65SLU88CYRSCR220/501601.66S（1）开机时间比确定 开机时间比指的是压缩机的开机时间占总的冰箱制冷时间的比率，也可称运行系数，一般压缩机在32环境下合适的开机时间比是3035%9，在38环境温度下开机时间比一般在4550%。（2）压缩机选取 本次设计在32环境温度下选择开机时间比为35%，则压缩机要在35%的开机时间内要完成35.4W的制冷量，所以可计算出压缩机的额定制冷量Q: Q=35.4/0.35=101W 所以应该按照101W的制冷量选择压缩机。根据表，在101W制冷量范围的有S65CY、SU60CY、SZ60CY几种型号，其COP分别为1.35、1.6、1.72，本文选择COP为1.6的SU60CY压缩机，其制冷量100W，则压缩机选型完成。3.1.3 冰箱耗电量预算 选定压缩机以后，即可以根据压缩机的耗