220L空气源热泵热水器设计（含CAD图纸和说明书）
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本科毕业设计（论文）题 目 220L空气源热泵热水器设计学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师(职称) 完成时间 III220L空气源热泵热水器设计摘 要 近年来,随着国家经济的发展,卫生热水的需求量越来越大，尤其是酒店,宾馆等公共建筑。为响应国家节能的要求,空气源热泵热水器在卫生热水制备上应用得越来越广泛。本文主要介绍了空气源热泵热水器的工作原理、特点及其应用前景和面临的问题，并设计一款220L空气源热泵热水器。本装置是以空调热水系统为主进行设计，通过对题目的分析，选出合适的方案。然后进行热负荷的计算，进行压缩机和辅助机构的选型；以及与压缩机相适配的冷凝器、蒸发器等进行设计计算，选取合理的风机，通过对装置的各部件设计后，对装置的整体布局进行设计，使装置整体结构布局合理，紧凑。系统各主要部件及控制设计如下：(1)冷凝器采用套管式冷凝器，为减小其结构尺寸，内管采用紫铜管轧制的低翅片管。(2)蒸发器采用的是强制风冷式翅片管式换热器，管子为紫铜管，翅片为铝翅片。(3)系统压缩机采用的是谷轮全封闭涡旋式压缩机。关键词 热泵/热水器/空气源220L Air Heat Pump Water HeaterABSTRACT In recent years, as the countrys economic development, it demands more and more sanitary hot water especially in hotels, guest houses and other public buildings.In response to the national energy requirements, Air source heat pump water heater in the sanitary hot water preparation is applied more and more widely. This paper describes the air-source heat pump water heater works, characteristics and applications,besides it designs a 220L air source heat pump water heater .This device is designed primarily for air conditioning water system by analysising the topic and selecting the appropriate option. Then it concludes the calculation of the thermal load, the compressor and the auxiliary selection mechanism; And it selects the reasonable air blower with the compressor matched condenser, evaporator design and calculation,.through the design of the components of the device, the overall layout of the device is designed so that the entire apparatus reasonable structure, The major components and control system design are as follows:(1) It selects tube-in-tube condenser.And the inner tube adopts low rolling copper finned tubes to reduce the size of the structure,(2) The evaporator is used in forced air-cooled finned tube heat exchanger.It used copper tube and aluminum fin(3) The system uses a compressor Copeland hermetic scroll compressor. KEY WORDS Refrigerant, Heat pump water heater ,Air source II220L空气源热泵热水器设计目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论81.1 空气源热泵的概述81.1.1 空气源热泵简介81.1.2 热水器的发展历史91.1.3空气源热泵热水器的特点和优势101.1.4 空气源热泵热水器的发展前景111.1.5 存在的问题131.2 热泵热水器系统运行原理142 设计任务163 选择与论证163.1 制冷剂163.1.1 制冷剂的分类173.1.2 制冷剂的选择原则183.1.3 制冷剂的确定193.2 压缩机213.2.1 压缩机概述213.2.2 压缩机的比较213.3 冷凝器243.3.1 冷凝器概述243.3.2 冷凝器的比较253.4 蒸发器273.4.1 蒸发器概述273.4.2 蒸发器的比较274 设计计算284.1 设计工况的选择284.2 水箱的设计284.2.1 水箱相关参数的计算294.2.2 隔热材料的选择304.3 循环热力计算304.4 压缩机的选型334.5 蒸发器的设计计算334.6 冷凝器的设计计算414.7 风机的选择435 节流机构445.1节流机构简介445.2 热力膨胀阀的选择466 其他辅助设备的计算与选型476.1 电磁阀的选择476.2 油分离器的选择476.3 气液分离器的选择486.4 视液镜的选择496.5 压差控制器的选取506.6 干燥过滤器的选型506.7 贮液器的选择527设计部件选型汇总54结束语55致 谢55参考文献56V1 绪论1.1 空气源热泵的概述1.1.1 空气源热泵简介热泵技术是一项新型的新能源技术 1，近几十年颇受全世界科研机构的青睐和关注。常人眼中的“泵”就是提高各种位置高度的机械设备，比如水泵是将水从低的地理位置抽到高的地理位置。而“热泵”则是一种可以从周围环境中比如水，土壤，空气等将品味低的热能，经过电力做工，将高品位的能提供给人们加以合理的利用。热泵是一种可以将热能从低温热源转移到高温热源的装置。生活中我们所接触的低温热源就是我们可以接触到的我们周围的空气，河流，海水，甚至可以是从工业生产设备中提取出来的工质，这些工质共有的特性是与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理可以说和压缩式制冷剂基本是一致的：在常见的小型空调器中，无论在夏季用空调降温还是冬季用来取暖，都可以采用用一套设备来充分发挥他的效能。比如在冬季取暖时候，在空调中通过用换向阀将冷凝器和蒸发器来调换工作，在夏季用空调降温时候，按照制冷工况运行时，油压缩机排出的制冷剂为高压蒸汽，经过换向阀或者四通阀进入冷凝器，高温高压的制冷剂蒸汽通过换热被冷凝成为液体，经过节流阀进入蒸发器，然后在蒸发器中吸收热量，将室内的空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经过换向阀被压缩机吸入，这样循环，最终实现制冷循环。同理，在冬季需要取暖时候，提前将换向阀调制到热泵的工作位置，然后压缩机排出的高压高温制冷剂蒸汽就通过换向阀流入室内的蒸发器中，制冷剂蒸汽冷凝放热，通过换热将室内空气加热，达到室内取暖的目的，冷凝后的液态制冷剂则从反方向流经节流机构进入冷凝器，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽流过四通阀被压缩机吸入完成整个制热循环，这样就可以将外界环境中的热量有泵吸入温度高的室内，故称为“热泵”。下图为热泵工作原理图IV220L空气源热泵热水器设计图1-1 热泵工作原理在生活中凭借经验我们可以知道2，热水随着时间的推移可以向空气中慢慢放热，这是常说的散热，冷却成冷水，这表明热量可以从高温物体传到低温物体，也就是从热水传到空气，那么可不可以逆向思维呢，将此过程反过来进行呢，可不可以将能量从低温物体转移到高温物体中呢？由热力学第二定律可知：热量不可能自发的从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。换句话说就是，热量不可能自发地从温度高的物体传向低温物体，这是不可逆性，而热泵则是一种消耗一定的机械能，将空气中的品位低热能送入高温物体以供所需的热量的设备，这就是“空气源热泵”。1.1.2 热水器的发展历史第一代热水器大功率燃气，其出水温度受环境条件的影响，水压也受气候条件的影响，总体来说不稳定也不易调节水温。另外，燃烧高耗能并伴随有大量的废气排放出来，使用寿命短。第二代热水器是大功率的电热水器。其主要病端也是高耗能，容易漏电伤及无辜，出水量不足也就是其明显的一个弱点。除此外还有水温过高，内胆生垢严重也会造成寿命短。第三代热水器是太阳能热水器，理论上最为节能3，但是联系到实际生活，比如现实环境中经常下雨，阴天或者北方冬季需要额外增加电辅助，就给电热水器造成很大的安全隐患。最后，需要指出的是一般太阳能使用的真空管极易破毁给维修带来麻烦，同样会造成使用年限低。III第四代空气源热泵。结合前三者的优点，芬尼人针对空气源热泵价格高但功能单一的情况经过不懈努力终于于2005年研制出了空气源热泵。其工作原理是通过制冷剂或者冷媒将空气中的热量大量吸收，然后释放到冷水中，循环将水加热，同时可以把低温空气释放到厨房或者其他需要制冷的地方用来制冷，此时的低温空气已经失去大量能量。空气在失去大量能量的同时还有大量的水蒸气遇冷冷凝，因而释放的冷气湿度大大降低了，这种效果可以和除湿相比美，因此，该产品融合了中央空调制冷、厨房或者卫生间制冷、小地方除湿等功能于一体，很大程度上提高了该产品的性价比和使用性能，为现代更多富裕家庭享受高质量生活提供了条件。1.1.3空气源热泵热水器的特点和优势1）空气源热泵热水器具有以下特点：1、 可以提供超大水量：因为其水量根据实际情况来定，水量足够调用，可满足各种客户的不同时段不同的需求量。2、 节约经济：可以从空气中获取大量的热能，能效比高达300%400%4 。还可以根据每个人的不同使用规律设定热水器的运行时间等，节省高额的费用。3、使用范围广：不会受到天气影响，在环境温度为-1042下依然能够正常工作不受气候的影响。大可广泛应用到家庭、学校、宾馆、医院等等也可以用于住宅小区，桑拿等集中供热。4、持久恒温：使用起来很简单，整个热水器全部用自动化只能控制系统，客户只需要第一次使用时候开一下电源，然后在以后的使用中就可以实现完完全全的自动化运行，达到用户的制定水温时自动停机，低于用户的使用过程中完全实现自动化运行，低于客户的目标水温时系统就可以自动开机运行，实现一天24小时随时都有热水用不用再浪费时间等待了。5、安全环保：在结构上水和电完全分离，而且无任何有毒气体排放或者燃烧，不容易受天气灾害的影响，使用起来很方便安全5。6、防冻功能：很多都有智能化霜功能，确保热水器可以在很低的天气温度下运行，他可以按照室外的空气温度、机组运行时间、蒸发器翅片温度、冷凝器出口温度等等多个参数综合起来判断自动进入化箱和退出化箱。7、安装方便：总体体积小巧，可以安装在任何地方，安装在室内不会占用室内空间，当然还可以安装在室外的屋顶，地面等，也就是说可以露天放置，可以实现远程监控，占用很少的面积，安装起来也很简单，不需要另外设置机房。8、使用寿命长，维修费用很低，设备运行稳定，可以使用长达15年以上，2）空气源热泵热水器具有一下优势：空气源热泵热水器和常规太阳能相比明显具有四个优势：1、投资少：如果达到相同的供水效果，投入空气热泵热水器的资金要比投入到常规太阳能产品的少很多，这是一很大优势，并且可以在用电很少时候使用经济电能制热水储备。2、使用方便：常规太阳能产品容易受到天气影响，比如阴天，下雨，下雪，夜晚等情况下都不能正常工作，而空气源热泵热水器则不管雨天还是阴天还是下雪天，夜晚或者阳光明媚都能照常工作，全天提供热水。3、运行成本低：常规太阳能当太阳直射时候完全无需成本运行，可是在阴雨天里，或者下雪，下雪，夜晚只能依靠一些简单的辅助系统工作，统计数据显示，正常使用时候，常规太阳能辅助系统一年的耗电量比空气源热泵热水器全年的耗电量要高出1.5倍64、不受地域限制：空气源热泵热水器使用时候根本不必考虑地点限制，可以随意摆在任意位置，况且其占地空间很小，但是常规太阳能要达到一样的供热效果就需要占用很大的空间，还必须露天摆放，以便获取好的光照，同时在使用寿命方面，空气源热泵热水器可以有更长的使用年限，维护费用少了很多，设备性能稳定等等。1.1.4 空气源热泵热水器的发展前景 空气源热泵热水器技术曾在2011年度获得市场和政府明显力捧的一项绿色天然科技，在这一年里，产业链布局完成初步进展后，各种大的热水器大厂商开始面向市场进行强势的主动出击，各自大力推广各自旗下的空气源热泵热水器技术和产品，市场从多年不温不火中迅速成为各大厂商争相竞争的激烈场面，还有就是，政策往常对空气能产品的扶持力度很低，但是从2011年起多地方政府都将空气源热泵热水器纳入到技能产品推广的目录中去，这就被认为是一个官方的积极信号，宏观调控政策的示好进一步加快了空气源热泵热水器的的市场进攻。空气源热泵热水器，从本质上说就是从周围环境中吸取热量，然后通过电力做工，将这些热量全部传递到被加热的水中。我们可以简单的计算一笔帐目：将将2吨水从平均温度15加热至55为例，电价标准统取值0.72元/千瓦时(度)，电热水器所需费用是35.5元，然而空气源热泵热水器只需9.54元，也就是说，空气源热泵热水器所耗费的电量只是电热水器的2/5。实际上，空气源热泵热水器在商用领域早已经成气候。比如说很多学校、酒店、等对热水都有需求，他们对空气源热泵热水器有很高的认可度。另外空气源热泵热水器在市场中一项很重要的产品就是商用机，而在家里，常用的还是电加热水器和燃气热水器，他们占据很重要的一个位置，空气演热泵热水器和其他的热水器比较起来，仍然在市场上占据边缘位置，空气源热泵热水器和其他热水器在市场价格、公众认知度，和其他一些产品对环境温度的要求和适应军事此行业以后发展的门槛啊，但是通过很多研究数据和推算趋势，都表明，空气源热泵热水器这一个行业将来很可能迎来新高。据相关数据表示：2010年空气源热泵热水器达到40亿人民币的销售额，销售量高达70万台，但在2002年，空气源热泵热水器一年销售量总共还不到1000万元。2009年空气源热泵热水器比往年超过20亿元，这是一年的销售额。总体来说，行业发展速度很快，从公司来看，该年还不如以往的热泵热水器行业规模大，据2009年数据显示，规模从很少达到了460家左右，随着大中企业的进入市场，一定会将空气能技术带入到品牌化和规模化的新阶段中去。由于热泵具有很好的节能效果，很多法律颁布了热泵事业将来的发展方向，这些政策促进了该行业的发展，减少了二氧化碳的排放量和停用含有氟利昂的工质，这些环境保护措施的实施，有利于环境友好型发展。根据最新的民用建筑节能设计标准，很多建筑都采用低能耗的成本，降低了热泵采暖方式的运行费用，解决了热泵系统采暖方式的运行费用，同时增加了热泵与其他集中供暖设备的竞争能力，解决了大中城市对能源需求量大的矛盾。但是污染问题，必须考虑到。必须改善能源结构，以低能耗的热泵来缓解能源问题，这就是热泵技术的应用特点，为其创造力条件。我国节能政策的时候和保护环境政策的发布，很大的建筑领域，工业余留资源等因素将会很大程度上促进空气源热泵热水器在市场上的发展。对于房地产行业来说，房地产开发无疑是一项谋福的好行业，随着农村城镇化建设进一步扩大和增强，加速了区域改造的进程，新建里的宅很多全部都安装了热水器，很多在八十年代中期的热水器也面临着试用期已到需要更新的高峰期，在今后的几十年里，中国将产生很多家庭迁移的居民，意味着平均每年都有很多家庭需要热水器，热水器日益在市场化中占据着一席之地，新型节能环保热水器在建筑行业的应用给他们带来了新的利润增长点，新型的热水器兼有环保节能功效的热水器将在建筑行业的推广应用中带来新的利益点，对业主来说，可以全天候使用热水，而且比较节省电能和运行开支，这是电热水器所不能比的。在空气源热泵热水器行业中，芬尼克兹节能设备有限总公司为该行业的带头人，这部分企业，在经过十几年时间的女里后，从目前市场对热泵的认可程度来看，无论是经销商还是客户，他们对空热源热泵热水器认可度大大提高，一些报刊，媒体也报道了空气源热泵热水器的优势，从各大媒体放映的程度来看，空气源热泵热水器确实是可以节能 ，注重环保的热水产品，在为客户创造价值的同时，用户对热泵热水器的评价也随之越来月好。当前空气源热泵热暑期的市场最主要的问题仍然还是产品知名度问题，经过调查，很多人都不知道空气源热泵热水器的优势，从国际上来看，空气源热泵热水器已经提前，一个很成熟的技术水准了，但是在国内，空气源热泵热水器依然处于起步阶段，仍有很多的路要走，因此，需要各大厂商本着对该行业的理解和负责，为这个绿色产业的更进一步做出努力，给与更多空气源热泵热水器以更多的发展空间，同时给予支持和原阳，我们也应该呼吁政府和相关部门能够支持和发扬空气源热泵热水器绿色的精神，让空气源热泵热水器产业在合适健康的道路上长此发展下去。1.1.5 存在的问题一般来说，当市场中新引进一批新产品时候，总会存在某种缺陷，对于空气源热泵热水器也同样存在以下缺憾：首先，外观问题。空气源热泵热水器体积大，不太适合国人的使用习惯，不适应国情，空气源热泵热水器一般可以分为一体式和分体式两种，由于城市家庭卫生做的好普遍娇小，因此不管是那类行，很多消费者看到其外形就止步不前。 其次，结霜问题。区域特征太明显了，因为他对室外环境温度依赖过大，其正常工作环境温度范围受到限制，故基本适用于华东、华南等长江以南气度，广东，浙江，附件，云南，江西，湖南等省份空气源热泵热水器发展比较好，。而且在还没有能真正解决结霜问题造成的产品运行困难问题之前，广大的北方就基本无人敢去发展7。再次，压缩机很容易损坏，比如烧坏。目前市场上的热泵热水器大多采用了循环式的加热系统，该系统逐渐暴漏出很多的技术弊端，比如在高温高压下运行时候，容易式压缩机机器老化，碳化，磨损，腐蚀，加之系统润滑效果不好，导致压缩机容易被烧坏。最后，蒸发器和冷凝器等容易因为结垢而断裂。热泵热水器的出水温度达到60摄氏度左右，水垢很容易在这个温度范围内结垢，如果不能定期对蒸发器和冷凝器清洗的话，对于板式换热器来说，就会胀破，对于套管式换热器而言，其内管会破裂，从而导致整个热泵热水机组失去功能。1.2 热泵热水器系统运行原理 空气源热泵热水器从温度偏低的空气中吸收热量，然后传热到高温的储水箱中，将热水存在水箱中放在以后用，从原理上来说，它与制冷剂原理相同，都是根据逆卡诺循环原理工作的。这就是和而不同，但是两者的工作温度范围明显不同，要求的效果也不尽相同，制冷装置是将温度低的物体中的热量传递到环境中去，结果就是给环境造成低温，加以利用，热泵热水器则是从空气中吸收热量，然后经过循环将热量传递给生活所需的热火，热泵热水器主要有四大部件组成，分别是压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、温度控制装置8，电路控制装置等组成。空气源热泵热水器机组系统原理图如下，图1-2 空气源热泵工作原理空气能是一种低品位的能源，它广泛存在、平等给予并且可自由利用。利用热泵循环热高他的能源品位，这样说来空气能也是一种很具有开发利用价值和应用潜力的新能源。它也有很大的应用潜力环保潜力，具有很靠谱的实际利用价值，相比其他热水器更符合人们的习惯。空气源热泵热水器加热时间相对比较短，水和电会完全分离，不用担心触电的危险性，而且没有废气排出，因而没有中毒的危险，同时可以做到太阳能热水器阴天或者雪天不能工作的限制，电热水器出现漏电，燃气热水器出现煤气泄漏的缺点。其工作流程是这样的：压缩机将回流的冷媒进行压缩，此时的冷媒是处于低压状态的，然后压缩成高温高压的气体排除，高温高压的冷媒气体可以流经铜管，便于传热，热量便会由铜管传递到水箱内，冷却后的冷媒最终会被压力的一直作用变成液态，经过热力膨胀阀后进入到了蒸发器，由于蒸发器的压力由于冷媒液体体变成气体体而突然降低，因此也太大额冷漠在此迅速蒸发放出大量的热量，与此同时，在外界风机的作用下，大量的空气会被风机吹过蒸发器表面进行强制对流，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成温度很低的气体被排进厨房，然后冷媒由于吸收了一定能量回流到压缩机，进入到下一个循环。经过以上的工作原理，可以看出，空气源热泵热水器的工作原理和空调原理极为相似，应用了传热学中学过的逆卡诺循环原理9，并且通过吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机的压缩接着变成高温的热能，接着传递给水箱中，把水加热起来，供生活所需，整个过程是一种能量不断转移的过程，也就是从空气中转移到水中，不是能量的转换过程，没有通过电加热元件来加热热水，也没有燃烧可燃气体来加热热水。总之无论是那种空调或者是热水器都遵循能量守恒的基本原理，能量在交换的过程中，制冷是把室内的热量不断交换到室外，比如常用的风冷机就是把热量交换到大气中，现在大部分的空调都是在这样的基础上进行改造，也就是在此导致工作温度局部气温上升，而这里的空气源热泵释放的能量送到水箱里进行热量的交换。制热就反过来，冷媒的循环：气态变成液态，在变成液态，气态经过压缩机做工后变成液态，此过程要产生热量，热量排出后液态的冷媒变冷了留到室内交换管道与室内的空气交换变成冷气，变成了气态的冷媒。2 设计任务1）设计技术参数：初始进水温度15；额定出水温度55；出水温度60；产水率(L/H)220；电压(V)220V/50HZ 380V/50HZ2）设计内容包括:设计计算：储热水箱尺寸计算、厚度计算、循环热力计算、主机选型计算、冷凝器设计计算、蒸发器设计计算、辅助设备选择计算、节流机构选择计算。零部件选择：温度控制仪选择、压力控制器选择、其他零部件选择。设计图样：总装图、主要零部件图、系统流程图、电控原理图。3 选择与论证3.1 制冷剂制冷剂就是我们常说的制冷工质，是制冷系统循环中的工作介质，制冷剂在制冷机中经过系统循环流通后，自身热力性能或状态会发生变化，这种变化可以使其与外界发生能量的交换，从而实现制冷的目的。简单的说就是，制冷剂是一种制冷系统常用的工作介质，他可以在制冷系统中传递能量。平时学习中我们常常称其为工质。制冷剂有很多，其中乙醚就是最早被使用的制冷剂。据资料显示能用做制冷剂的物质大概有七八市种，最常用的就是氨、氟利昂类。上世纪30年代氟利昂制冷剂刚刚出现，在一定程度上促进了制冷技术的发展。由于它无毒、无味、不可燃烧、无爆炸、腐蚀性小。物理和化学方面稳定性好，是一种很好的制冷剂，也得到了很广泛的应用。最早的制冷剂多是乙醚，二氧化碳等，但是限于自身物理性质的差异和缺点，大多都被淘汰，只有二氧化碳还可应用于干冰制冷系统。目前多选用的制冷剂有水、氟利昂、氨等等。从1930年 ,Perkins发明了蒸气压缩式制冷循环10，制冷技术在人类发展期中起着举足轻重的作用，制冷技术突飞猛进。制冷技术的革新和替换始终在进行，目前根据新时期的发展要求,制冷剂又将面临新的挑战。表3-1 制冷剂发展历程第1代第2代第3代第4代年代1830-19301931-19901991-20102010-原则能用即可安全与耐久性臭氧层保护防止全球变暖，低ODP，低GWP，高效制冷剂醚类，CO2，空气，甲酸甲酯CFCs, HCFCs NH3 ,H2O( HCFCs ) , HFCs , NH3 ,H2O ,HCs ,CO2( HCFCs ) , NH3 , H2O , HCs , CO2 ,空气为发展制冷工业,人类发明了各种各样的制冷剂。但是,目前已经发现或者潜藏着对环境的危害作用这时候，纯天然制冷剂就是人们在苦苦寻找的。3.1.1 制冷剂的分类制冷剂的分类方法有很多种，常用的方法有以下几种： 根据其组成，有单一制冷剂和混合型制冷剂。单一制冷剂是指用作制冷剂的物质在化学上是单一的、纯净的物质，不包括溶液或其他混合物。包括无机化合物、卤代烃、碳氢化合物和乙醚及其氟代物等。而混合型制冷剂又可分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂两类。按照化学成分，主要分为三类：无机物类、氟利昂、碳氢化合物。由于氟利昂这一类型制冷剂的出现推动了中国制冷技术的发展。但是氟利昂有自身的缺点。它是一种温室效应气体，而且高层大气层中的臭氧层都可以被他破坏，因为在太阳直射下，臭氧会被紫外线照射然后被分解，释放出cl离子，然后与臭氧层中的其他臭氧起连锁反应，破坏大气层结构，使臭氧层遭到破坏，危机人类的生命安全和生态的平衡。按照标准沸点来分，常常可以分为高温制冷剂、中文制冷剂和低温制冷剂三类。标准沸点在按标准沸点分，可分为高温制冷剂，中温制冷剂和低温制冷剂三类。标准沸点在0以上的称为高温制冷剂，冷凝压力Pk23Kg/cm2（绝对），T0 0 如11（CFCl3），其T023.7，适用于空调系统的离心式制冷压缩机中，通常30时，Pk3.06Kg/cm2 。；标准沸点在-46以上的称为中温制冷剂，冷凝压力Pk 20Kg/cm2（绝对），-60 T0 0。如717、12、22等， 一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中；而标准沸点在-46以下的称为低温制冷剂，冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），T070，如13（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或70以下的低温装置中。3.1.2 制冷剂的选择原则 选择制冷剂的时候主要考虑下面的几个方面： 一、热力学性质方面 在合适的工况下，比如在工作温度范围内，要有合适的压力和压力比，也就是要蒸发压力高于大气压力11，而且使整个制冷系统的低压部分不能出现的情况，当外界空气渗入系统，很大程度上对制冷剂的性质会产生影响甚至恶化了设备材料的腐蚀，甚至可以引起其他一些不良后果常见的比如燃烧或者爆炸等，冷暖压力也不要过高，防止设备过分笨重，冷凝压力和蒸发压力之比应尽量小，这样就可以使压缩机终了温度不至太高，同时往复式压缩机的输气系数过大。单位制冷量q0和单位容积制冷量qv比较大循环效率高，比功w和单位容积压缩功wv小，等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化（润滑油粘性下降、结焦）或制冷剂在高温下分解。 二、迁移性质方面（1）粘度、密度尽可能的小，这样可以减少制冷剂在系统中循环流动的力以及制冷剂的充注量。（2）热导率大12，这样的话就可以提高热交换设备的传热系数，从而减少传热面积，使系统结构紧凑 三、物理化学性质方面1. 无毒、不燃烧、不爆炸、使用比较安全。2. 无论是化学稳定性还是物理热稳定性等都很好，制冷剂要经得起蒸发器和冷凝时候的循环变化，使用中不发生变质，不会与润滑油起化学反应，一点儿也不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。3.对大气环境无破坏作用，也就是说不要破坏大气层的臭氧层，不会产生温室效应。 四、其他 其原料源头充足，制造工艺简单，价格便宜。除了以上共同要求外，不同型式的制冷系统和制冷压缩机对制冷剂还有一些特殊要求，比如说：（1） 离心式压缩机一般要求制冷剂的相对分子质量要大，这样可以提高压缩比，减少级数。（2） 制冷量在200W以下的制冷机要求制冷剂的单位制冷量要小11，以免压缩机的尺寸过小，造成加工困难；当制冷量大于1000W的制冷机一般要求制冷剂的单位容积制冷量要大，以减少压缩机的尺寸和制冷剂容积流量。（3） 小型制冷系统要求制冷剂与润滑能相互溶解，以便利用回气夹带回油，简化系统。（4） 全封闭和半封闭式制冷压缩机要求所用制冷剂电绝缘性能好。完全满足上述各种要求的制冷剂并不存在，各种制冷剂都是某些方面较优，而在另一些方面不足。应根据工程实际需要，在满足特定要求的前提下，权衡取舍，找出最佳方案。3.1.3 制冷剂的确定 （1）氨具有优良的热力性能、ODP=0和GWP1，但有毒,在化学工业和食品工业中以及中央空调(欧洲)都重新得到了应用；二氧化碳ODP=0和GWP=1,采用跨临界循环的热泵提供热水, ,RAC和PAC等,但易燃易爆,这非常不利。水ODP=0和GWP P 0 + W，这将使隔膜向下移动，制冷剂的流量会增加，直到该液体的供应和蒸发的余额相等。相反，如果液体供应过多或热负荷减少时，蒸发器过热的背面减小引起的气体。热力膨胀阀的工作原理是利用和回风变热有关普力调节阀的开度的开度，从而控制制冷剂的流量，自动调节。此外，该关系可以看出，调节弹簧张力W上的不同的，可以取得的阀开度的过热度不同。相应的弹簧张力W调整的制冷剂过热度称为静态装配过热度（也称为封闭过热） 。蒸发器的总的希望的过热度保持在35 的范围内19。外部平衡式热力膨胀阀：热力膨胀阀在结构热力膨胀阀略有不同，差别和阀门出口不连通到下感应薄膜的空间扩张，平衡管蒸发器，通过一个小直径的出口。内，平衡热膨胀阀之外的工作原理完全相同，但条件不同的应用中，如果在蒸发器中的制冷剂的压力损失较大，使用恒温膨胀阀的，会引起蒸发器供液不足的情况，退出气态制冷剂过热度增大。在蒸发器的传热面积将减少冷量的比率，减小，所以在实际应用中，蒸发器的压力损失小，一般使用温度膨胀阀，并且压力损失变大时（当膨胀阀出口到的蒸发器的制冷剂的压降的蒸发温度的出口下降超过2 3时的外侧），平衡热膨胀阀。要注意热膨胀阀的安装问题：首先检查膨胀阀是否完好，特别注意检查有无渗漏温度感应机制;膨胀阀应安装直立型，不允许反转;安装在出水管蒸发器感温包，紧紧包裹在级别，而累积流体管段，加保温材料包裹，或将温度设定内吸痰管;当水平回水管直径小于25mm ，温度可在回水管部门;当电平返回管管径大于25mm ，温度可在回水管是45 ，以防止管在油产物的因素，例如正确的温度下包装的底部;外部平衡膨胀阀平衡管通常放置。5.2 热力膨胀阀的选择节流装置的主要作用是控制热泵工质的流量使得与压缩机的输气量相匹配，同时使从冷凝器出来的饱和液或过冷液经过绝热节流后成为干度比较低的湿蒸汽、控制蒸发器出口处热泵工质的过热度。理想的节流部件应该满足以下几个要求21：(1)调节性好，主要指调节幅度大，温度控制的精度高，反应速度快。(2)稳定性好。被控温度的波动小，机组不产生振荡。(3)适应性好。对不同的工质和蒸发器均有较好的适应性。(4)对压缩机的保护性好。(5)可回收高压液体所蕴含的能量。(6)价格低，可靠性好。热泵系统采用的节流装置主要有：毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀。考虑到成本问题，电子膨胀阀因为结构复杂、成本较高而没有考虑。对于空气源热泵，由于环境工况的变化大，需要较高的调节能力，而毛细管却很难达到理想的调节效果。综合应用性、经济性等方面的考虑，本设计选用的节流装置为热力膨胀阀。膨胀阀安装在冷凝器之后，其作用是保证蒸发器与冷凝器间的压差，使热泵工质在低压下蒸发。其外还有调节热泵工质流量的作用，从而在一定的范围内调节了系统的制冷量。根据设计的制冷量10.27KW，于是我们可以选取了爱默生的HFESC 6 +MCA 5FT 3/4*5/8 SAE S/T型号的热力膨胀阀。其制冷量为6Ton(21Kw)10.27Kw，进出口的连接尺寸为3/4*5/8（18.4mm*15.3mm），满足要求。而且是使用焊接(SAE)的连接方式6 其他辅助设备的计算与选型6.1 电磁阀的选择 选用FDF6A型电磁阀，适用于环境温度-30- +60,相对湿度小于95%；适用介质R22、R134A、R407C、R410A等，制冷工质允许温度-30- +140，具有以下优点：1、常闭式、硬密封、全封闭、直动型流体通断控制阀。2、结构紧凑，工作寿命长，功耗低，噪音小，性能稳定可靠。3、采用先导式结构，流量大。4、产品符合ROSH要求。以下为电磁阀的基本参数：阀口径：5.8mm； 阀消耗功率：57W；最大工作压力：4.2MPa；开阀压力差：04.2Mpa；内泄漏量：P2.1MPa氮气时500mL/min；流量：P39.2KPa水压差5.7L/min；气密性：阀在4.6MPa的气体(干燥氮气)压力作用下，应无渗漏现象；最低动作电压：气压差3.4MPa，85%的额定电压； 使用寿命：10万次； 噪音：距电磁阀30cm处，45dB以下；6.2 油分离器的选择压缩机的排气带有较多的润滑油，如果不把它从热泵工质气体中分离出来，润滑油将会被带到各个换热器中，影响换热效果。润滑油分离器就是用来分离压缩机排气中夹带的润滑油。较常用的润滑油分离器有洗涤式、过滤式、离心式和填料式等几种。根据设计的制冷量10.27KW，于是我们可以选取了爱默生的A-W 55855型号的油分离器。其容量为15.9KW18.7KW，接头尺寸为7/8英寸（21.4mm），采用螺纹（ODF）的连接方式。表6-1 爱默生油分离器参数型号规格容量 Kw接头尺寸 英寸尺寸A英寸尺寸B英寸A-W 558246.21/2 ODF4.010.75A-W 5585515.95/8 ODF13.2A-W 55877237/8 ODF15.0A-W 5588930.11 1/8 ODF16.25A-W 55901140.71 3/8 ODF19.56.3 气液分离器的选择气液分离器的功能是将蒸发器、进压缩机气流中的液滴分离出来，防止压缩机发生液击，主要用与工质充注量较大、压缩机进气可能带液且压缩机对湿压缩较敏感的情况。根据设计的制冷量10.27KW。于是我们可以选取了爱默生的A-AS5137型号的气液分离器。其容量为12.7Kw（4ton ）18.7Kw，接头尺寸为1英寸（24.5mm）。表6-2 A-A系列气液分离器型号接口尺寸英寸inch存放液体容量lb(kg)名义制冷量（Ton）（蒸发温度）-18-74A-AS5126A-AS5127A-AS5137A-AS5139A-AS5179A-AS51711A-AS614113/47/87/81-1/81-1/81-3/81-3/89(4.08)9(4.08)9.5(4.31)9.5(4.31)12(5.44)12(5.44)13(5.90)1.01.81.83.13.14.64.61.62.82.85.05.07.37.32.34.04.07.27.210.710.76.4 视液镜的选择 根据接口口径尺寸为28mm以及ODF（焊接接口），于是我们选取了EMERSON的AMI-1SS9型号视液镜；AMI系列液体水份指示器系设计以提供一种准确的方法来确定系统的热泵工质的品质和含水量。烧结的视液镜可以广角目视系统的热泵工质，因此很容易看到系统内的气泡或闪发气体。在目镜内中心位置的指示器元件对水份高度灵敏，并随着系统内水份含量的变化逐渐改变颜色。表6-3 视液镜型号型号连接尺寸长度结构AMI-1SS2AMI-1SS3AMI-1SS4AMI-1SS5AMI-1SS7AMI-1SS91/43/81/25/87/81 1/82.252.252.632.633.133.38铜管焊接6.5 压差控制器的选取压差控制器是一种安全开关，保护压缩机免受润滑油油压过低而损坏。如果油压过低，经过一段时间后，控制器将停止压缩机工作。根据条件选取上海奉申制冷控制器有限公司的生产的型号为FSD35TH-6压差控制器。其压差调节范围0.100.60Mpa；开关差0.10Mpa；工厂设定0.10Mpa；延时时间60s最大工作压力3.30Mpa。6.6 干燥过滤器的选型干燥过滤器（如图5-4）作用：用于系统中制冷剂液管路过滤杂质、吸收水分和酸成分,保护压缩机。图6-1 干燥过滤器实物图图6-2干燥过滤器剖视图杭州斯波兰冷暖设备有限公司生产的SEK系列颗粒状液管用干燥过滤器点：1.可以自动压缩装置填充足够的已破损的分子。2.可以溶解水份和酸3.垫子运动不会引起振动4.过滤处理后进行干燥5.耐腐蚀喷塑6.接头形式常见的有ODF或SAE7.最大工作压力：4.70Mpa680PSIGSEK系列颗粒状液管用干燥过滤器型号参数表5-2如下所示：表6-4 SEK系列颗粒状液管用干燥过滤器型号参数型号连接接头（IN）流体制冷量(冷吨)A(I N)B(IN)C(IN)焊螺R134aR12R22/R410aR407cR404a/R-507R502SEK-0321/41.61 2.09 2.21 2.12 1.45 1.45 4.38 1.63SEK-032S1/42.21 2.72 2.88 2.88 1.98 1.98 3.83 3.13 SEK-0333/82.51 3.01 3.32 3.22 2.22 2.12 4.67 SEK-033S3/82.51 3.01 3.32 3.22 2.22 2.12 4.06 3.18 SEK-0521/41.72 2.12 2.32 2.22 1.52 1.52 4.81 2.5SEK-052S1/42.72 3.32 3.62 3.52 2.42 2.31 4.44 3.69 SEK-0533/82.91 3.53 3.85 3.69 2.54 2.54 5.13 SEK-053S3/83.62 4.41 4.78 4.68 3.23 3.13 4.50 3.36 SEK-0821/41.89 2.31 2.28 2.45 1.69 1.58 5.63 2.5SEK-082S1/42.55 3.12 3.46 3.34 2.23 2.23 5.25 4.50 SEK0833/83.33 4.01 4.35 4.36 2.94 2.84 5.94 SEK-083S3/83.76 4.56 4.88 4.78 3.29 3.19 5.31 4.44 SEK-0841/25.56 6.75 7.32 7.13 4.96 4.76 6.19 SEK-084S1/25.88 7.12 7.74 7.55 5.12 5.07 5.38 4.38 该系统所设计的热泵空调系统制冷量为10.27kW，制冷剂为R134a，因此选用型号为SEK-083的杭州斯波兰冷暖设备有限公司生产的SEK系列颗粒状液管用干燥过滤名义制冷量为 故满足使用条件。6.7 贮液器的选择 贮液器俗称贮液筒，用于贮存制冷剂液体。按其功能分高压贮液器和低压贮液器两种。1.高压贮液器 高压储液器用来储存高压液体，设置在冷凝器之后，保证制冷系统在冷负荷变化时制冷剂供液量调节的需要，也有利于减少定期检修时向系统补充制冷剂的次数。其结构一般为卧式圆筒形，如图5-5所示。其与冷凝器之间除连接有液体管道外，还设有气体平衡管来保证两者压力平衡，保证冷凝器中的液体顺利流入贮液器。图6-3 高压贮液器高压贮液器的设计应按系统小时循环量的1/31/2计算，最大充满度不超过筒体直径的80%。对于小型氟利昂机组，因气密性较好，容量可小一些或直接将贮液器设到冷凝器下部。小型制冷设备不单独设置高压贮液器。本设计中高压贮液器选用中外合资嵊州市盈益机械有限公司生产的产品CR-102，具体图片（5-6）与参数如下，选取CR-104型号贮液器22。图6-4 贮液器表6-5 CR贮液器系列参数：ITEM尺寸 (英寸)出入口尺寸冷媒容量NUMBERDIA AB入口出口R-134aR-22R-404a/R-507CR-1013.357.873/81/42.52.42.5CR-102510.243/83/86.15.86CR-103511.423/83/876.76.8CR-104613.781/21/21099.8CR-105716.155/85/81413.213.5CR-1066.523.63/43/417.6416.6317.01CR-1076.527.567/87/820.5819.4252.低压贮液器这种设置在低压侧的贮液器，一般用于大型氨制冷装置中，如氨泵循环的冷藏库。结构与高压贮液器基本相同，仅仅是工作压力较低。其用途除氨泵供液系统中贮存进入蒸发器之前的低压液体之外，还有专供蒸发器融霜或检修时用于排液；或用于贮存低压回气经气液分离器分离出来的氨液。用于后两种情况的低压贮液器还可以在存液量增多时，通过引入高压氨蒸气，提高其压力将氨液压入系统的供液管中，节流后供入蒸发器制冷。7设计部件选型汇总经过以上机组部件的设计和选型，可得出以下部件选型汇总表，如下表所示。 表7-1 设计部件选型汇总表序号零件名称规格型号数量生产厂家注备1热泵压缩机ZR42K3-PFJR1台谷轮2热力膨胀阀HFESC 6 +MCA 5FT 3/4*5/8 SAE S/T1个EMERSON3电磁阀FDF6AAS511个EMERSON4干燥过滤器SEK-083021个波兰5储液器CR-1021个盈益有限公司6气液分离器A-AS51371个EMERSON7油分离器A-W 558771个EMERSON8视液镜A-AS51371块EMERSON9球阀DN
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