药品冷藏箱设计毕业论文.doc

药品冷藏箱设计毕业论文目 录1绪论11.1医用冷藏箱的发展史11.2医用冷藏箱未来发展趋势11.2.1低碳环保11.2.2智能化电脑温度控制21.2.3采用先进新型材料21.2.4智能报警保护21.2.5个性化产品定制21.2.6远程网络监控21.3蓄能技术介绍32.设计方案42.1冷藏箱的总体结构42.2冷藏箱系统设计42.2.1精准的温控系统42.2.2安全的控制系统52.2.3个性化设计52.2.4制冷方式52.3蓄冷系统的设计62.3.1蓄冷模式62.4蓄冷技术的研究62.4.1 直接接触式蓄冰技术62.4.2气体水合物蓄冷技术72.4.3过冷水蓄冷技术72.4.4新型蓄冷介质的研究82.4.5蓄冷槽蓄冷量可作为应急冷源82.5箱体保温层的研究和改进82.6压缩机的选用93.设计内容93.1药品冷藏箱的结构设计93.1.1总体布置93.2药品冷藏箱箱热负荷计算113.3箱体绝热层厚度和外表面凝露校核143.3.1箱体外表面凝露校核143.4隔热层厚度校核143.5 制冷设备容量的计算153.6制冷系统热力计算153.7压缩机的选型及热力计算193.7.1设计工况下的输气系数193.7.2理论输气量203.7.3压缩机制冷量203.7.4压缩机的功率203.8 蓄冷槽的设计213.8.1蓄冷材料的选择213.8.2盘管选用导热塑料盘管223.8.3该产品的特点223.8.4导热塑料蓄冰盘管结冰融冰过程223.8.5导热蓄冰盘管的设计计算223.9换热器的设计243.9.1冷藏室换热器243.9.2校核管壁厚度的安全性243.9.3计算几何系数253.9.4确定传热系数253.9.5换热器的传热面积确定273.9.6换热器的长度设计283.9.7风量以及风机的选择283.9.8换热器的结构图283.10冷凝器设计283.10.1翘片管簇结构参数选择及计算293.10.2进行传热计算303.10.3风机的选择计算323.11细管的计算333.12辅助元件选型343.12.1泵的选型343.12.2阀门选型343.13 冷藏箱的风道设计343.13.1循环风量换热能力计算343.13.2风道阻力计算343.13.3风道结构图353.14冷藏箱点线控制系统设计353.14.1感温点的选取353.14.2电气控制设计原理383.14.3冷藏箱制冷系统图40总 结41参 考 文 献42Abstract43附 录44致 谢45461绪论1.1医用冷藏箱的发展史医用冷藏箱广泛用于医疗卫生、环境检测、生物研究、药品研究、卫生防疫、食品检验及生物腐蚀研究等领域的生物样本、医疗制品、疫苗、血液标本、细菌、微生物的保存保养。我国医用冷藏箱标准：规定了医用冷藏箱的性能及组成，医用冷藏箱由箱体、内胆、箱门、机组、控制系统、搁架、拉手、脚轮等组成，是医疗行业用于冷藏药品的专业冷藏设备，是存放血液、试剂、疫苗等贵重物品的专用设备，该类设备若运行不良将可能引起保存药品变质或医疗事故发生。继2006年海尔生物医疗主持起草的低温保存箱标准获批为国家标准后，由海尔生物医疗负责起草的血液冷藏箱、药品冷藏箱等相继获批为医药行业国家标准，于2008年3月1日颁布实施。医用冷藏箱是医用领域中不可缺少的重要用品之一，同时医用冷藏箱种类较多，产品需求呈大量性、多样性和连续性特征。主要特点：高精度电脑温度控制系统，箱体内配数个精密温度传感器和1个化霜温度传感器，可根据箱体温度的变化自动打开温度补偿加热器，032环境温度状况下，仍能保持箱体内温度精确稳定。智能控制风扇制冷气循环系统，确保箱内部温度均匀性。自动温度控制：三位高亮度数码显示，在210范围内任意设定，温度控制精度1，温度显示精度0.1。完善的声光报警系统，具有高温报警，低温报警，传感器故障报警，开门报警，断电报警等多种声光报警功能，物品存放更安全。1.2医用冷藏箱未来发展趋势1.2.1低碳环保未来医用冷藏箱将采用国际先进的微型压缩机制冷技术、合理的蒸发冷凝系统设计，确保超强制冷效果；节能技术方面，达到设定温度后，会更省电易控、无噪音、无污染，尽可能减少煤炭石油等高碳能耗和温室气体排放，实现绿色低碳技术。1.2.2智能化电脑温度控制未来医用冷藏箱将配置记录仪、部分文明人作设定及打印箱实际温度数据能实现智能化控制，便于用户永久记录；配备RS-485串行输出端口；连接PC机后，通过应用软件Intelligent Controller可实现对设备各时间段运行参数查询、输出、储存、监控和曲线观察等；采用数字式触摸按钮控制温度、适时显示温度变化、全程记录与显示保温箱内温度情况、实现自由调节。1.2.3采用先进新型材料未来医用冷藏箱将采用更先进新型材料如：环保绿色高密度无氟绝热层、VIP真空保温材料等，以提高血液、血液制品、生物疫苗储存或运输冷藏或保温效果。1.2.4智能报警保护能实现自动温度报警提示，确保疫苗安全；昼夜环境温度交替记录、停断电保温等符合世卫组织标准，该技术已获世界卫生组织认可。1.2.5个性化产品定制可按客户需要尺寸、款式定做医用冷藏箱以满足不同客户差异性要求，温度高低可根据客户要求设定。平时作存储设备在医院或血液中心放置、紧急时可装车移动，不需更换存储设备。1.2.6远程网络监控配置远程网络监控、智能型声光报警配备、上下限检测报警系统、门锁自动报警装置、停断电警告装置、后备电源工作状态警示装置、机组检测报警系统。由于现代技术的制约，医用冷藏箱的安全性仍然是人们重点关注的问题，当断电和制冷系统故障时，药品的保存的难题，如何在断电期间和修理制冷系统故障时如何保存冷藏箱内温度稳定。备用电源虽然一直是医用冷藏箱的不二选择，但是备用电源不可持续性给冷藏箱带着不确定因素，当系统故障时备用电源就不起作用，没向蓄冷槽一样能持续供冷。而蓄能技术的应用能保障冷藏箱内温度稳定，并且能超长时间的供冷。蓄能技术的应用将大大的改善冷藏箱的安全性。1.3蓄能技术介绍冰蓄冷空调技术的原理及应用冰蓄冷空调技术是一项平衡电网峰谷负荷、合理利用能源的有效技术之一。冰蓄冷空调代表了全球中央空调发展的趋势和方向，目前普遍采用的主要是盘管式冰蓄冷和冰球式冰蓄冷。在电力负荷率较低的夜间，充分利用电网低谷时间的低价电采用电动制冷机制冷，使蓄冷介质结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来，在高峰电价时段，也就是用电高峰期、电力负荷较高的白天，使蓄冷介质融冰，将所蓄冷量释放出来供给空调末端，减少制冷机组白天运行时间和启动次数，减轻空调设备高峰负荷，以满足建筑物空调或生产工艺的需要，达到节省电费的目的。冰蓄冷的制冰方式主要分为静态和动态2种，静态制冰时冰本身处于相对静止状态，夜间蓄冷过程中为了得到0的冰，制冷机的蒸发温度往往需要降低至-8，无论是盘管外结冰或容器内结冰，冰层厚度的逐渐增加使热阻增大，导致制冷机的COP值降低。动态收获制冰法通过制冰和脱冰2个阶段克服了这个缺点，冰相对于制冰介质是处于运动状态，即利用热量使一定厚度的冰脱落从而减小冰层厚度，减少剥离能耗，提高结冰和融冰效率。动态制冷滑落式蓄冷系统基本以制冰机作为制冷设备，以保温的槽体、罐体作为蓄冷设备，系统主要由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、四通阀、泵、热交换器、阀门等组成。该系统融冰释冷速率快，尤其适合于高峰用冷的场合，而且可以用于温差大的冷冻水供给的低温空调系统，但控制相对复杂，投资费用较高。目前制冰、蓄冰、取冰、融冰技术都很成熟，制冰机有鳞片状、雪花状片冰机、板冰机、管冰机、颗粒冰机等几十种机型，其24 h产冰量从50 kg到上百吨不等，可满足日益增长的商业及工业用冰的各种需求，其中片冰机、板冰机在冰蓄冷工程中应用较为广泛。在冷链系统中，冰温保鲜、湿冷保鲜与蓄冷技术的结合，通过减少装机容量、提高换热效率、延长保冷时间，果蔬等农副产品不仅达到贮藏指标，而且运营成本大幅降低，节能效果也十分显著。双工况冷冻机组、再冷式动态蓄冷、高温冰球式蓄冷空调系统随着实际应用正在日趋完善，稳定性和可靠性逐步提高，管理趋于简化，国产蓄冷空调产品也正朝着低成本、低能耗、高效率、全自动化方向发展。根据各省市地区电力政策不同，当峰谷电价差在31以上，一天使用1014 h并且夜间不运行或很少运行的写字楼、商场等，就可采用冰蓄冷空调系统与低温送风系统。北京地区电网采用了峰谷电价政策，高峰电价与低谷电价已达到4.31。因此，采用冰蓄冷系统，可以大大降低空调系统运行费用。冰蓄冷技术在空调上的应用在我国新建智能化楼宇中央空调系统已经成熟，此项技术不仅能在暖通空调领域发挥作用，而且在其他的制冷领域有一定应用的可行性。例如，将蓄冷技术应用到小型制冷装置设备上，小型制冷装置配以适当的蓄冷电池冷系统，能过达到提高机组出力、减少运行费用的目的。运用蓄冷技术，还能节约能源，减少污染物排放。特别是其具有应急功能，停电或制冷系统故障时，利用自备电力启动水泵融冰供冷，维持冷藏箱系统运行可靠性，保证冷藏箱的安全性。2.设计方案2.1冷藏箱的总体结构设计一台医用蓄冷药品冷藏箱，有效容积150升主要用于医疗、卫生、防疫、食品化工、军工、科研等部门使用。药品冷藏箱采用蓄冷方式，所以除了一般药品冷藏箱设计要注意的问题之外，也要注意蓄冷装置和控制系统的设计。2.2冷藏箱系统设计2.2.1精准的温控系统药品冷藏箱采用先进的高精度电脑温控系统，精准保存箱体内部温度精确稳定；三位高亮度数码显示，在范围内可微调温度设定值，温度显示精度1、分辨率0.1、调整增量0.1；特有的高分辨率温度校准功能，设定点可以调整校对，校对范围，校对0.1增量。智能工作风扇强制制冷循环系统，确保箱体内温度均匀性。2.2.2安全的控制系统报警温度范围自由设定；五种系统故障报警(高温报警、低温报警、传感器故障报警、开门提示报警、断电报警)；双重报警方式(声音嗡鸣报警、灯光闪烁报警)；开机自检延时启动，停机间隔保护功能，确保运行可靠；具有记录箱内达到最高及最低温度情况功能，无需记录纸；特殊设计的传感器故障、数字絮乱两种安全自动运行程序。运行参数显示功能，实时监控，确保设备安全稳定。内置锂离子蓄电池，断电后可持续显示箱内温度和声光报警2.2.3个性化设计优质钢丝浸塑可调节搁架，便于存取操作，易于清洗，大屏幕数字显示便于观察。安全门锁设计，反正任意开启。箱体采用优质结构钢板经过先进防腐磷化喷涂工艺，表面色泽柔和。双层透明保温玻璃门，内充惰性气体。箱体节能照明灯使箱体内部一目了然。二层高透明有机玻璃小门，有效避免开关门瞬间冷气大量外泄2.2.4制冷方式冷藏箱主要制冷方式可分为直冷式、间冷式。直冷式：直冷式冷藏箱也称有霜冷藏箱，是采用采用空气自然对流的降温方式，可以直接吸收室内空气的热量而使其冷却降温，结构简单，耗电少，但是冷藏室降温慢，箱内温度不均匀，箱内部分水分会在蒸发器周围冻结成霜。间冷式：间冷式冷藏箱又称为风冷无霜冷藏箱，是采用强制空气对流降温方式的冷藏箱，在结构上将蒸发器集中放置在一个专门的制冷区域，依靠风扇吹送冷在冷藏箱内循环来降低箱内温度。综观以上制冷方式，各有各的优缺点，但是从冷藏箱的安全性来考虑第二种方式比较理想，同时容易除霜。所以药品冷藏箱为立式单门的间冷式冷藏箱。2.3蓄冷系统的设计2.3.1蓄冷模式蓄冷能起到削峰填谷、平衡电力负荷作用，但是应用到药品冷藏箱中，主要是提高药品冷藏箱的安全性，保障药品冷藏箱内负荷需求。a. 全部蓄冷全部蓄冷是利用电力的非高峰时间运转压缩机蓄存足够的冷量，供应全部的负荷需求，在电力的高峰压缩机时停止运转，冷负荷完全由蓄冷系统供给，系统中只要运转必要的泵和风扇即可。采用全部蓄冷模式对减少高峰时期的用电量效果十分显著。若将全部蓄冷的主机运行时间限定在电力部门规定的低峰期，如0：00次日8：00的8个小时内，这期间的电价最优惠，则能节省更多的费用。b. 部分蓄冷部分蓄冷是利用电力的非高峰时间运转压缩机蓄冷，电力高峰时将蓄存的冷量放出，同时压缩机仍然工作，两者共同分担冷藏箱负荷。部分蓄冷模式由于压缩机的运行时间延长使得主机及蓄冷容量显著降低，与传统制冷系统和全部蓄冷模式相比，具有小、所需附属设备（泵等）减少、减小、投资费用低、经济效益好等特点。部分蓄冷模式由负荷均衡和负载限制两种方式。2.4蓄冷技术的研究经过多年的研究和发展，近年来除了一般的蓄冰技术，人们也开发了多种新型的蓄冰技术。2.4.1 直接接触式蓄冰技术直接接触式冰蓄冷是通过将蒸发器和蓄冷罐合并，于是直接将制冷剂喷射入蓄冷罐与水进行接触，在制冷剂汽化过程中将水制成冰。采用该技术后，与目前常用的蓄冰技术相比，具有一系列的优越性：由于制冷剂与水直接接触，两种工质间的传热过程不存在传热间壁的热阻以及冰层增长产生的附加热阻，因而可大大提高传热效率。可以降低制冷剂与水之间的传热温差，减少不可逆传热温差损失，提高制冷机组的效率。由于省去了两种工质间的传热、设备，大大的节省了材料，系统构造简单，因而降低了制冷成本。2.4.2气体水合物蓄冷技术 作为适宜的蓄冷技术，最为重要的是其蓄冷材料的相变温度应与所需的工况相适应，且相变潜热大，传热性能好。气体水合物蓄冷系统具有上述特点。它综合了水（蒸发温度高）和冰（蓄冷密度大）蓄冷的优点。气体水合物在20世纪80年代由美国橡树岭国家实验室开始研究并用R11、R12、R21等做工质，其相变潜热一般为310-420，相变温度一般为5-14。强化传热传质，增大传热速率，缩短蓄放冷时间是气体水合物蓄冷需要解决的主要问题。2.4.3过冷水蓄冷技术 过冷水蓄冷技术主要是利用水的过冷现象进行动态制冰。过冷水动态制冰系统通常包括三部分：过冷却器、过冷解除装置及蓄冰槽。水从蓄冰槽中抽出，温度为0或高于0，经过过冷却器与冷媒换热后成为温度低于0的过冷水；过冷水经过过冷解除装置后，过冷状态被破坏，成为冰水混合物进入蓄冰槽，在蓄冰槽中冰水分离，分离出来的冰储存杂蓄冰槽中，分离出来的水继续在系统中循环。日本对过冷水动态制冰蓄冷系统的研究已有十多年的时间，进行了大量的研究工作，也有工程应用实例，但目前该项技术并未完全成熟，还不能够与静态制冰技术相争，其主要缺陷在于过冷器内结冰过于频繁，频繁的溶冰动作使得系统的可靠性和用能效率下降。另外，水的过冷度较低也限制了制冰效率的提高。认识和掌握水的过冷却现象是过冷水蓄冷技术需要解决的关键问题。2.4.4新型蓄冷介质的研究 蓄冷技术的普遍利用要求人们去研究开发固液相变潜热大，经久耐用的新型蓄冷材料。目前应用的蓄冷介质主要包括水、冰和共晶盐等。但新型便于放置的、无腐蚀性的有机蓄冷介质也在不断发现。同时，低温相变蓄冷材料也得到了很好的发展，得到不少的突破。 鉴于电冰箱要求的冷量较少，温度较低，因此在蓄冷系统的设计时，采用气体水合物蓄冷技术结合直接接触式冰蓄冷技术的方式蓄冷，蓄冷材料采用低温相变材料。2.4.5蓄冷槽蓄冷量可作为应急冷源该种冰箱的用户很多时候会在冰箱内储存一些较为贵重的食物材料，如果大楼内没有备用电源，一旦遭遇停电，就会使材料损坏，造成重大的经济损失。而本设计中的蓄冷电冰箱，由于具有蓄冷槽，停电时，可以利用蓄冷系统中的备用电源启动供液泵，不间断的向冰箱供冷，在停电期间最大限度的保存贮存物的质量。2.5箱体保温层的研究和改进 对于家用冰箱箱体的漏热和压缩机运行能耗对整机的能耗高低，起着决定性作用。因此研究者在不断改进压缩机性能提高压缩机效率的同时，对提高冰箱箱体的隔热性能也做了不懈的努力，设计人员一般通过增加壁厚来提高冰箱保温性能和节能指标。在环境温度相同的情况下，绝热效果越好，冷量挥发越慢，反之冷量挥发越快。要保持一定的冷量，压缩机的工作频率就要加大，能源消耗也就越多。因而，绝热层绝热效果的好坏直接影响冷量的挥发速度，从而决定能耗大小。因此，目前绝大部分冰箱均选用环戊烷作发泡剂并适当加大发泡空间，绝热效果有较大的提高，再利用微孔发泡技术合理增加保温层厚度。根据冰箱各部位置的箱内外温差不同来确定保温层厚度使冰箱内各间室温度均匀，并采用了强力门封条控制冷气外泄，节能效果进一步加强。然而，通过增加壁厚来提高冰箱保温性能和节能指标也并不是完全没有缺陷的，其存在的缺点是：冰箱壁厚度的增加会提高发泡层的K指标降低发泡层的密度。因此，德国拜尔公司( Bayer)的首席科学家说：“我们建议制造商们在试图以低成本达到新能耗标准的同时，一定要非常留意厚度对聚氨醋保温材料各项性能指标的影响。”这些保温隔热材料的应用，都是为了提高保温、隔热性能、减少热损失，防止内、外环境间的热交换，降低传热温差，以达到节能的目的。且减少这种热损失，主要途径还有：改进泡沫材料性能例如采用真空隔热板材。增加隔热层厚度。采用箱门一体发泡技术，提高门体隔热材料性能，节能省电，而且还加强了机械强度。此外还应注意门封的隔热性能。2.6压缩机的选用目前在冰箱、冷柜等制冷行业的新型节能制冷的发展趋势主要是：变频压缩机、双转子压缩机、直线型高速活塞式压缩机等。2000年以来，节能压缩机又有两项重大技术进步，其一是数码涡旋技术，其二是螺旋压缩机。当前采用变频控制实现节能压缩机得到广泛运用。虽然需要解决其低速运转时的振动、润滑油供给，高速运转时的轴承负荷、和磨损问题，控制系统也较为复杂，但其运行节能优势十分明显。此外，随着压缩机可靠性和使用寿命的不断提高和压缩机紧凑轻量化要求，使用直线电动机驱动的高速活塞式压缩机将是未来的发展趋势。这种新一代压缩机不存在回转运动以及将电动机的回转运动转化为活塞往复运动的转换机构，结构紧凑、效率高、寿命长，而且具有优良的控制性能，采用简单的控制环路就可以通过调节容积输气量来直接实现能量调节，是一种高效节能的新型压缩机，未来应用前景广阔。3.设计内容3.1药品冷藏箱的结构设计3.1.1总体布置以国家标准GB8059.1-2-87为依据。现根据所要设计的冷柜所处的环境得出以下设计条件：1， 试用环境条件：冷柜周围环境温度=32,相对湿度755。2， 箱内温度：冷藏室平均温度=5。3， 箱内有效容积：总容积为150L。4， 制冷系统为单级蒸气压缩式制冷系统，冷却方式为间冷式， 冷藏室利用制冷系统和蓄冷系统同时供冷，冷凝器采用强制通风空气冷却冷凝器；同时采用毛细管作为节流元件。5， 箱体结构：外形尺寸为628mm620mm1000mm（宽深高）绝热层用聚氨脂发泡，其厚度根据理论计算和冰箱厂的实践经验选取，其值如表1所示。后根据设计要求验证。 箱面 顶面侧面背面门体底面冷藏室4848483648由于本设计工质R134a，故在在总体布置时还要考虑以下两方面问题。（1） 润滑油 制冷工质R12中的氯原子有利于润滑，尤其在高的接触压力下，氯原子起着良好的润滑作用，而替代工质R134a无氯原子，它与矿物质油难以互溶，前几年曾选用聚烯烃甘醇（PAC）油与R134a配用，虽然解决了互溶性问题，但由于聚烯烃甘醇润滑性不好，致使摩檫力增加，造成压缩机的COP下降。最近对新合成的聚脂油进行了试验，其结果表明，聚脂油不但润滑油比聚烯烃甘醇好，而且具有合适的粘度，低吸湿性等优点，为本设计选用合成聚脂油作为系统的润滑油。（2） 干燥过滤器 采用R134a，要取得好的效果，干燥过滤器需要重新选择。其干燥过滤器内的分子筛品种要根据R134a的直径大小来选配。因为聚脂类润滑油更加容易吸水，故干燥过滤器内分子筛的重量比原来的增加20%左右。在试制过程中选用XH7型干燥过滤器替代原XH5型干燥过滤器，使用效果良好，故本设计也选用XH7型干燥过滤器。3.2药品冷藏箱箱热负荷计算该药品冷藏箱总热负荷主要包括：箱体漏热量、开门漏热量、贮物热量和其他热量。3.2.1箱体漏热量箱体漏热量包括：通过箱体隔热层的漏热量，通过箱门和门封条的漏热量，通过箱体结构形成热桥的漏热量。因为通过箱体结构形成的热桥的漏热量不用计算，所以冷冻室箱体漏热量只包括箱体隔热层热量和通过箱门与门封条漏热量两部分。即1） 箱体隔热层漏热量箱体隔热层漏热量按式计算（式中：，为箱体外壁面积），由于箱体外壳钢板很薄，而其而其导热率值很大，所以热阻很小，可忽略不计；内壳多用ABS塑料板真空成形，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。计算时箱外空气对箱体外表面的表面传热系数取11.3 ,箱内壁表面对箱内空气的表面传热系数 取1.16 ,隔热层材料的热导率取0.03 ，玻璃门导热率取2.74。冷藏室箱体各表面的传热量箱面 计算值顶面侧面背面门体底面面积0.3640.7280.3640.3640.364传热系数0.3920.3920.3922.7400.392传热温差2727272727传热量3.8527.7043.85226.9823.852箱体隔热层漏热量为以上各箱面传热量的总和：2）通过箱门与门封条漏热量 由于值很难用计算法计算，一半根据经验数据给出，通常取为的15值。故冷冻室箱体漏热量为：3） 冷藏室开门漏热量由于国标的耗电量试验项中并没有提明开门次数，故采用在日本标准耗电量试验项中规定的冷藏室每小时开门二次计算，且假定每次开门箱内空气全部被置换成箱外空气，开门漏热量按公式： （式中从分子开始依次表示为：冷藏箱内容积，开门次数，进入箱内空气达到规定温度时的比焓差，空气的比体积），由前面可以知道冷藏箱内容积为150L0.15，空气的比体积取0.9，进入箱内空气达到规定温度时降温降湿比焓差值如下式：冷藏室的开门漏热量为4），贮物热量 贮物热量在国标内也物明确规定，一般都按冷柜标准中的“制冷能力”项提出的“以冷柜内容积0.5的25水，在2h内结成冰”的规定进行计算。实冰的具体温度在标准中也未明确规定，根据经验按25 取值。贮物热量 可按下式计算：（式中：为水的质量，为水的比热焓取4.19，为水的凝固热取333， 为冰的比热容取2，、为水的初始温度和冻结终了温度），水的初始温度取25，实冰的温度取2，水的质量1500.0050.75。则：因为其他热量可忽略不计，则冷藏室热负荷为：故冷藏箱总负荷为：3.3箱体绝热层厚度和外表面凝露校核3.3.1箱体外表面凝露校核箱体外表面凝露较核，冷柜箱体都采用硬质聚氨脂整体发泡作绝热层，其绝热性能好，适于流水线批量生产，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，无须对箱体作防潮处理，年久也不会吸湿而使热导率争大。故在设计箱体的绝热层时，可预先参国内外冷柜的相关资料设定其厚度，如上选取，并计算箱体表面温度。如果箱体外表面温度低于露点温度，则会在箱体外表面上发生凝露现象，因此箱体表面温度必须高于露点温度，最低限度应大于其露点温度0.2。在达到稳定传热状态后的表面温度取可以由下式计算：（式中为箱外空气温度，为箱内空气温度，为传热系数，为箱外空气对箱外表面的表面传热系数。）冷藏室顶部、两侧面和底面的绝热层厚度最薄，因此只要对他们进行露点校核即可。计算时取为0.431，环境温度为32，箱内温度为5，取传热系数为11.63。在环境温度32，相对湿度75下查空气的h-d图，其露点温度为28.2，由此可见，冷藏室绝热层厚度最薄处的顶部两侧面和底面温度大于露点温度，不会凝露。3.4隔热层厚度校核 按照国家标准GB8059.1的规定，电冰箱在进行凝露试验时，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，并用下式校验绝热层的厚度式中：twl箱外壁温度，单位为；tw2箱内壁温度，单位为；热导率，单位为，各种绝热层热导率可见；传热面积，单位为。 33mm且小于原设计隔热最薄面厚度，为了保证隔热效果，在原计算结果上扩大，故此，原设计箱体厚度满足要求。3.5 制冷设备容量的计算 因为系统中蓄冰槽是放在冷藏间外的,所以冷藏间和蓄冰槽之间存在一 定的温差,蓄冰槽有少量的冷量损失,所以计算时必须乘以一个修正系数,选用c=1.1。冷藏箱一天的总制冷量为2424123.78=2970.7。所以蓄冷设备总蓄冷量为=1.1=2970.71.1=3267.8，压缩机在蓄冰工况下制冷量为3.6制冷系统热力计算对于温带型药品冷藏箱，环境温度取32。1）确定制冷系统的额定工况。如下表3： 制冷系统的额定工况（表3） 单位为蒸发温度吸气温度冷凝温度过冷温度环境温度03254.41732一般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。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23 的风冷却时，传热温差值可取812。（2）蒸发温度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。冷藏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。冷藏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80左右。（4）过冷温度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。2）根据设计冷藏箱确定的工况和选用的制冷剂R134a做制冷系统压焓图（入下图3），并查R134a压焓图，热力性质表及有关计算公式，取相关数据（记录设计工况下的有关压力，各点比焓值和过热蒸气比体积），例入下表4。作图时，假定工质的过冷过程已经进入毛细管前完成（此假定对以后计算并无影响）。图3-1现将设计工况下的有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积等参数查得及计算如下表4： 热物性参数例表4 （工质R134a）参数名称符号单位参数来源设计值冷凝压力=54.4查热力性质图1.4696蒸发压力=0查热力性质图0.293出蒸发器时饱和蒸气比焓=0查热力性质图397.98进压缩机前过热蒸气比焓32查热力性质图430.0进入压缩机前过热蒸气比体积/kg32查热力性质图0.213进入气缸前过热蒸气比焓kJ/kg80查热力性质图475.0进入气缸前过热蒸气比体积/kg80查热力性质图0.250排出过热蒸气温度144.65冷凝温度下饱和蒸气比焓kJ/kg=54.4查热力性质图424.1排出过热蒸气比焓值kJ/kg585.5制冷剂过冷至32时比焓kJ/kg=54.4查热力性质图244.37毛细管节流前液体比焓（17）kJ/kg=54.4查热力性质图223.06蒸发器入口制冷剂比焓kJ/kg223.06定熵压缩蒸气比焓值（32）kJ/kg=54.4查热力性质图499.0定熵压缩蒸气比焓值（80）kJ/kg=54.4查热力性质图552.8循环各性能指标计算值如下：（1） 单位制冷量 397.98223.06174.92 kJ/kg（2） 单位体积制冷量 174.92/0.213821.22kJ/（3） 单位等熵压缩功 499.043069.0 kJ/kg（4） 制冷系数 174.92 /69.02.5（5） 单位冷凝热量 528244.37283.63 kJ/kg（6） 制冷剂循环量 kg/h 式中为压缩机工况下的热负荷值。（7） 冷凝器热负荷 662.5W（8） 压缩机实际吸入过热蒸气量 8.410.2131.791/h3.7压缩机的选型及热力计算 本设计压缩机的选型采用热力计算方法：首先求出设计工况下的输气系数，并计算出压缩机的理论输气量、压缩机的制冷量、压缩机的输入功率，再查有关冷柜压缩机规格参数表，最后选用压缩机。选用压缩机的制冷量等于或大于设计值，其理论输气量和输入功率也同时满足设计要求。3.7.1设计工况下的输气系数设计工况参数如上表4所示，其输气系数等于容积系数、压力系数的、温度系数和泄漏系数的乘积。1）容积系数 其中相对余隙容积C取0.025，膨胀系数m取1，冷凝压力取1469.6kPa,蒸发压力取293kPa，排气压力损失为0.1，则容积系数为：10.02510.892）压力系数 其中进气阀的压力损失=0.05,其余取值同上容积系数，则压力系数： 10.9433)温度系数 系数取1.15，取0.25，回气热力学温度取353K，冷凝热力学温度取327.4K，蒸发温度取0，压缩机吸入前过热度（273）353（0+273）80K。 0.894）泄漏系数 泄漏系数取0.99输气系数为 0.890.9430.890.990.743.7.2理论输气量 实际输气量为1.791/h，则：/h3.7.3压缩机制冷量 821.222.4200.741470.64kJ/h0.408kW3.7.4压缩机的功率1）理论绝热功率 = KW 161W2）指示功率 式中 为指示效率，计算如下： 0.833 式中为采用摄氏温度为单位的蒸发温度，系数为经验值，则指示功率为：193.3W3）摩擦功率 摩擦功率按下式计算： 式中 为平均摩擦功率，取0.65Mpa, 为2.420/h，则摩擦功率为： kW42.8W4）压缩机轴功率 +193.3+42.8236.1W5）电功率和电机效率 且取0.82，则 =236.1/0.82287.9 W根据以上求取的压缩机理论输气量、压缩机制冷量、电功率等参数，参照R134a制冷工质设计的压缩机有关规格参数，现选择东贝LBP系列的S53BZ压缩机，蒸发温度为0时制冷量为468 W，输入功率149 W，COP值为1.18。 3.8 蓄冷槽的设计3.8.1蓄冷材料的选择 为了尽量缩小蓄冷槽的体积,故蓄冷时采用熔点较低的材料乙二醇水溶液该混合物的特性如下表：成分盐的重量百分比熔点过冷度密度 Kg/l液体比热KJ/k溶解热 HKJ/kg16.0-70.5-11.0204.02723.8.2盘管选用导热塑料盘管管外径为=15.5mm，冰层厚度约为15mm。盘管放置在钢制蓄冰槽内。所采用的导热塑料盘管是由杭州华电华源环境工程有限公司研制而成的，已经在中国市场上获得高度广泛的应用，并且已经通过专家鉴定，技术处于国际领先水平。3.8.3该产品的特点采用具有发明专利产品导热塑料（专利号：ZL02112481.7），既保证导热性能又彻底杜绝腐蚀隐患。重量轻、施工方便、承重要求低。采用不完全冻结方式，可提供稳定的低温载冷剂，适用于大温差送风系统。传热面积大，结冰融冰速率稳定。蓄冰盘管优化组合，采用同程连接，流量分配均匀。外结冰，无内应力，使用寿命长。结冰厚度相对较薄，制冷主机运行效率高。载冷剂管内循环，用量小，大大减少初投资。槽体布置紧凑，节约空间。3.8.4导热塑料蓄冰盘管结冰融冰过程导热塑料盘管采用完全蓄冰方式。由于盘管外水对冰的浮力，使得融冰过程中，冰与盘管始终保持接触，保证了稳定的融冰速率及载冷剂出口温度。在融冰的期，冰槽中始终是冰水混合物状态，载冷剂出口继续保持稳定度正因为导热塑料盘管蓄冰装置的特点，本设计将按照导热塑料蓄冰盘管特性确定蓄冰装置各参数，然后再向华电华源公司订制产品。3.8.5导热蓄冰盘管的设计计算由 得 =0.01001m设计管外径=15.5mm，冰层厚度为15 mm，如下图所示：单位：mm取每段管长为1m ,则需管段数；设置横排放置4根管,竖排放置4根管,44=16根， 同时，要在蓄冰槽里并列安装多一套相同管作为放冷时换热器，每根管跟相临的蓄冷管的距离是15mm,则横排放置管有4根,竖排放置的管有也有4根。此时导热塑料盘管的实际蓄冷量由图可知导热塑料盘管的参数如下表所示：蓄冷量Q蓄长度L宽度W高度H（KWh)（m)（m)（m)7.3660.60.35028所以蓄冷槽是一个0.750.50.35的不锈钢槽3.9换热器的设计本设计换热器采用翅片式换热器，换热器使用的是翅片形式：平片、波纹、百叶窗、桥片。按此顺序相同条件下换热能力逐渐增强，但风阻也逐渐增大。当然对于实际使用换热器，其换热能力与翅片的亲水性、表面的清洁度、胀管的工艺有着密切的关系。3.9.1冷藏室换热器选用10mm1mm的半硬T2紫铜管，翅片选用的铝套片，翅片间隔。管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向管间距，沿流动方向管排，迎面风速 8。换热器材料参数管子翅片（）排数材料外径壁厚管距排列方式材料片厚片距紫铜管10mm1mm正三角形铝0.2mm2.2mm23.9.2校核管壁厚度的安全性半硬紫铜的=50Mpa。在化霜时蒸发器的铜管要承受高温高压，所以校核时应用压缩机排气压力作为其承受压力。则有：1.1=1.19di/2=39.6Mpa3.9.3计算几何系数翅片为扁平套管，考虑套片后的外管直径为：=10.4mm沿气流的流动方向的管间距为：= 0.86625= 21.65mm每米管长翅片的外表面积：每米管长翅片间的管子表面积：每米管长的总表面积：=0.4445m2每米管长的外表面积：=0.03267m2由以上可得肋化率=13.6063.9.4确定传热系数冷藏室内换热器的空气循环量 空气循环设计工况，进口干球温度,进风湿球温度；出风干球温度，出风湿球温度。根据空气焓熵图查出：，；，。机器露点L的参数为：，空气在蒸发器中的平均比焓由，在焓湿图中找出与热湿比线的交点m，查出m点的各参数：，。析湿系数，空气循环量的确定：取空气的密度(2)室内换热器空气侧的相当放热系数空气在平均温度时的运动粘度，导热系数肋片高当量直径 最窄面风速 雷诺数 空气侧的放热系数按结露形式析出水蒸气，则空气侧相当放热系数(3)参考翅片管式蒸发器设计，取肋片管效率(4)R134a在管内沸腾时的放热系数取R134a在管入口流速，出口处干度x=1.0，。(5)换热器的传热系数管内污垢热阻，R134a的流动阻力因很小而忽略，铜管的导热系数很大且管壁极薄，其热阻也忽略不计。3.9.5换热器的传热面积确定换热器的传热量=4100 ，选用的是翅片管式换热器，迎面风速2.53.0。近似认为换热器的吸热主要为蒸发相变过程，则则换热器进口侧工质与空气传热温差为tmax =5.5-0=5.5 ，换热器出口侧工质与空气的传热温差为tmin =4-0=4 则换热器中工质与空气的对数传热温差为：换热器的传热面积（以空气侧面积为基准）为：=3.223.9.6换热器的长度设计已知设计换热器有10%的裕度，则换热器的管长 =8 ,取=8按两排设计，每排总长为4米，每一小节按长0.40设计，沿气流的流动方向的管间距为21.65， 4/0.4=10综合两小节连接处的长度，每排应设置的小节数=10.3.9.7风量以及风机的选择换热器所需风量一般按每KW冷量去，故换热器风量为查查小型制冷装置设计指导，选择 型贯流式通风机，该风机的风量，全压，转速。3.9.8换热器的结构图换热器结构布置图如附录图8所示。3.10冷凝器设计冷凝器采用强制通风空气冷却式冷凝器，空冷式冷凝器的翘片管一般由紫铜管套铝片构成，也有铝管铝片机构。常用紫铜管规格有。冷凝温度=54.4，进口空气干球温度=32，出口空气干球温度=35。对数平均温差冷凝器的总热负荷值在热力计算中已求得为= W3.10.1翘片管簇结构参数选择及计算这里选用的紫铜管为传热管，选用翘片是厚度=0.15mm的波纹形整张铝制套片。取翅片节距=2mm，迎风面上管中心距=40mm，管簇排列采用正三角形叉排。每米管长各有关传热面积分别为 取当地大气压=98.07kPa，由空气热物理性质表，在空气平均温度=35 条件下，、，在进风温度条件下，。冷凝器所需空气体积流量=选取迎面风速，则迎风面积取冷凝器迎风面积宽度即有效单管长，则冷凝器的迎风面高度迎风面上管排数3.10.2进行传热计算确定所需传热面积、翅片管总长及空气流通方向上的排管数n采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气侧传热系数由式乘以1.1再乘以1.2计算预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n=2,则翅片宽度微元最窄截面的当量直径最窄截面风速因为查表，用插入法求得=0.286、=0.523, =1.24, ，则空气侧表面传热系数查表R134a在=54.4物性集合系数，氟利昂在管内凝结的表面传热系数翅片相当高的计算 = =0.01m取铝片导热率，计算翅片参数，即计算翅片效率表面效率忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响，则，将计算所得有关各值代入式解得=50，则R134a在管内的凝结表面传热系数=1710取管壁与翅片间接触热阻、空气侧尘埃垢层热阻、紫铜管热导率，计算冷凝器的总传热系数= = 20.2冷凝器的所需传热面积=1.97 所需有效翅片管总长=4.31空气流通方向上的管排数=1.8排取整数=2排，与计算空气侧面积表面传热系数是预计的空气流通方向上的管排数相符。3.10.3风机的选择计算由于冷凝器的迎风面宽度、高度，即安装一台风机。动压 =3.5Pa静压 =20Pa风机的风量为270、输入功率为30 、风压为39Pa，选用200FZL-02型风机一台，扇叶直径200mm、转速1400 。3.11细管的计算冷柜制冷剂采用R134a，其毛细管长度可先按R12计算，然后再加上修正。现选用下式计算：L 式中：为压力差（），单位为；为雷诺数；L为毛细管长度，单位m；w为制冷剂流速，单位为m/s；为制冷剂密度，单位为Kg/；d为毛细管内径，单位为m。 制冷剂R12的压力差1348.06308.611039.35K；查制冷剂R12饱和状态下的热力性质表，发现温度对液体比体积的影响不大，本设计所取温度为冷凝温度和蒸发温度的平均值，即t27.2，查得液体比体积0.772410/Kg；蒸汽比体积v0.0365/Kg，查相关数据（经验值）取干度x0.1，则平均比体积v0.772410（10.1）+0.03650.14.3310/Kg，其密度230.94 Kg/，27.7下液体粘度0.122。已知制冷工质循环量8.41kg/h；选用内径1mm的毛细管，则制冷剂的流速可