食品冷藏陈列柜毕业设计

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郑州轻工业学院

本科毕业设计（论文）

题目1440L卧式封闭式中温

食品冷藏陈列柜设计

学生姓名郭策

专业班级热能与动力工程06-2班

院（系）机电工程学院

指导教师(职称)张文慧（助教）

完成时间2010年5月30日

目录

中文摘要 (Ⅰ)

英文摘要 (Ⅱ)

1 绪论

1.1 引言 (1)

1.2 冷藏陈列柜简介 (1)

1.3 商用冷冻冷藏陈列柜主要生产企业 (2)

1.4 陈列柜的特点 (2)

1.5 冷藏陈列柜技术现状及发展 (3)

1.5.1方便商品销售 (3)

1.5.2 提高保存商品的鲜度 (4)

1.5.3 节能技术 (4)

1.5.4 冷冻机节能技术 (6)

1.5.5 陈列柜节能 (6)

1.5.6 店铺冷冻冷藏系统的节能 (8)

1.5.7 快捷方便的维修保养 (8)

1.5.8 服务 (9)

1.6 制冷剂的选择 (9)

2 陈列柜的设计

2.1 陈列柜的总体设计 (11)

2.2 陈列柜热负荷 (13)

2.3 箱体外表面凝露校核 (15)

2.4 制冷系统的热力计算 (15)

2.5 压缩机分类、选型及热力计算 (17)

2.5.1 压缩机的分类和常见品牌 (17)

2.5.2 各种压缩机的应用范围和制冷量大小 (19)

2.5.3 热力计算 (21)

2.6 冷凝器的设计 (24)

2.6.1 强制通风空气冷却式冷凝器的结构设计及计算 (25)

2.6.2 冷凝器的传热计算机主体结构尺寸的确定 (29)

2.7 蒸发器的设计 (33)

2.8.毛细管长度的计算 (36)

2.9 制冷剂充注量 (37)

2.10 干燥过滤器的选择 (38)

2.11 气液分离器选择 (39)

2.12 压力控制器选择 (39)

2.13 冷藏陈列柜的控制电路 (39)

结束语 (41)

致谢 (42)

参考文献 (43)

1440L卧式封闭式中温食品冷藏陈列柜设计

摘要

为了满足市场对陈列柜的需求，本设计简要的介绍了1440L卧式封闭式中温食品冷藏陈列柜的设计情况，其中制冷剂采用R22。探讨了食品冷藏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，从综合方面考虑，最后确定以R22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。

关键词陈列柜冷凝器蒸发器制冷循环

1440L HORIZONTAL CLOSED IN THE TEMPERATURE OF FOOD REFRIGERATED DISPLAY CASE

DESIGN

ABSTRACT

In order to meet the needs of the market display case, the design briefly introduces 1440L of closed-end situation of food refrigerated display case, which use refrigerant

R22, discusses the advantages of food refrigerated display case and its development prospects. For the better design, first refrigerant and refrigeration compressors were analyzed and compared. Refrigerant, I briefly introduce its development, physical parameters and their impact on the environment, from the comprehensive considerations; finally I am sure to regard the R22 as a refrigerant. Compressor, I analyze and compare the development of various types of compressors, general application and the size of cooling capacity, determine the use of piston compressors compressor-based design according to cooling capacity on demand, I make a new design for condenser and evaporator, which improved product performance .Based on the design, by the design parameters required to choose the right fan, throttle bodies and auxiliary equipment. Refrigerant refrigeration cycle by thermodynamic calculation, design and calculation of condenser and evaporator design calculations, design and calculation of the capillary, select the compressor, fan, eventually checked.

KEY WORDS Showcase Condenser Evaporator Refrigeration Cycle

1 绪论

1.1引言

食品陈列柜是食品冷藏链的最后一个环节，它直接和顾客打交道。其主要目的是使陈列柜内保持合适的温度以维持所陈列商品所需的冷藏温度，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，销售方式的不同，因此陈列柜的形状、构造也多种多样，产品主要适用于各类超市、大型商场等场合。

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 冷藏陈列柜简介

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0~10℃或者-18~-25℃，容积为80~3000L。

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。冷藏箱称为高温冷柜，其结构通常为立式。这种冷柜没有冷冻功能，柜内温度为0~10℃，专供家庭、宾馆客房、酒吧饭店等储藏陈列饮料、水果。高温冷柜的箱体结构可以与冰箱基本相同，箱门为中空透明玻璃结构，内设照明灯。

1.3 用冷冻冷藏陈列柜主要生产企业

在中国陈列柜（或者延伸到较小容积的冷冻冷藏柜-如蛋糕柜、冰淇淋冷柜等）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（品牌）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分和合计约占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。1.4 列柜的特点

陈列柜最早于1922[3]年出现于美国，经过80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：

(1) 维持适当的温度、湿度，能在商品贮藏期间保证其品质；

(2) 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；

(3) 想柜内补充商品方便，不必花费售货员太多时间；

(4) 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；

(5) 噪声低，电气安全性能好，安装、操作简单，易维修；

(6) 结构牢固，不易受外力作用而变形；

(7) 制造成本低，耗电量少。

因此，与其它制冷装置相比，陈列柜主要具有以下特点：

(1) 陈列柜具有展示商品的功能，一般冷藏装置没有；

(2) 根据其不同的用途，陈列柜的结构形式多种多样；

(3) 陈列柜商场采用透明玻璃，要防止玻璃上凝霜和结霜；

(4) 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；

(5) 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。

1.5 藏陈列柜技术现状及发展

陈列柜最早于1922[4]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。

陈列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。

1.5 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。

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。

1.5.2提高保存商品的鲜度

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。

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。

1.5.3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20~60%以上。A.M.Forster and G.L.Quarinin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18220C，相对湿度应采用40~60%;夏季空调室内温度应采用24~28℃，相对湿度应采用40~65%，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%。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40~90℃。因此，可以看出，风冷冷凝机组在40~45℃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。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6~9℃，对冷冻负荷约有20~30%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，机组冷冻能力比夏季空调环境下陈列柜所需冷冻负荷大20~30%，此时，20~30%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。

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。

1.5.4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，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。

1.5.5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。

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，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。

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。

1.5.6店铺冷冻冷藏系统的节能

最近几年，随着电子技术及通信技术的发展，丹麦的Danfoss、意大利的dixell,eliwell、美国的NOV AR等公司相继开发出用于大型超市的集陈列柜温度控制、化霜控制、运行压力控制、系统自动监控报警、故障记录、远程通信监控等机能于一体的系统控制器来提高系统运行及管理效率。同时，这些系统的高端产品还能将整个卖场的食品冷冻冷藏系统、空调系统、照明系统等用电设备完整的管理起来，以达到最佳的控制效果，并且还可设立中央管理系统对连锁卖场进行集中管理。

1.5.7快捷方便的维修保养

系统故障排除的迅速与快捷由此引起陈列柜结构和技术的改进。结构部件的模块化使之便于现场安装和调换。系统管路布置合理性的考虑等都是设计人员所必须考虑的。陈列柜日常维护和保养对系统来讲是重要的，产品的外表面装饰零部件及内部结构部件如何使之既便于一般超市人员进行日常维护又具有一定的安全可靠性。

1.5.8服务

因为超市采购设备，尤其是陈列柜，是作为一项工程项目，国内主流生产厂家基本对大型店铺，特别是大卖场提供“整体解决方案”，从拿到店铺平面图纸开始，设计陈列柜选型、店铺布置、配管走线图，到承诺提供的服务等。往往对店铺的布置、运营提出参考性意见。规模较大的陈列柜生产厂家还组织国外的超市经营专家来华授课，提高超市的经营效益。组织客户的经理层、店长出国考察先进的超市经营经验等。陈列柜的营销竞争，已经从单纯的产品竞争领域扩展到服务领域、甚至是解决方案领域。

1.6 制冷剂的选择

制冷剂是制冷机中的工作介质，称为制冷剂或制冷工质，它在制冷系统内部循环流动，制冷剂在循环流动中，通过自己的热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制取冷量的目的。制冷剂的选择应该具备安全、可靠、易得、价廉。具体如下：

(1) 临界温度较高，在常温或制冷温度下能够液化。

(2) 在蒸发器和冷凝器内制冷剂的压力要适中。即要求在蒸发器内制冷剂的压力最好和大气压力相近并稍高于大气压力。而在冷凝器中制冷剂的压力不应过高，这样能减少制冷设备承受的压力，同时可降低对冷凝器密封性的要求，从而减少金属消耗量和降低制冷剂渗透的可能性。

(3) 单位容积制冷量要大。对于一台压缩机在一定的工况下，如果所用的制冷剂的单位容积制冷量大，则其制冷量也就大；而要求产生同样的制冷量时，若制冷剂的单位容积制冷量大，其制冷剂的循环量就小，所以其压缩机和系统的尺寸就可以大大减小。

(4) 凝固温度要低。以避免制冷剂在蒸发温度下凝固。

(5) 粘度和密度要小，以保证制冷剂在系统中的流动阻力损失小。

(6) 导热系数要高，可以提高各个换热器制冷剂侧的换热系数。

(7) 与润滑油的溶解性要与所要求的相适应。

(8) 等熵指数要小，可使压缩过程耗功减小，压缩终了时气体的温度不致过高。

(9) 液体比热容小，可使节流过程损失减小。

(10) 不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不起化学作用，高温下不分解，对人体无毒害。

(11) 价格便宜，便于获得。

由于空气源热泵热水器的制冷系统的运行条件与热泵型房间空调器基本相同，采用房间空调器常用的制冷剂R22、R407C、R410a等制冷剂是比较合理的方案。按照我国现行的标准GB4706.322004的要求，家用和类似用途空气源热泵热水器的制冷系统所采用的制冷剂仅限于A1类，要求制冷剂无毒而且不可燃。不过，国际上对制冷剂家用和类似用途的热泵系统；而澳大利亚与新西兰的国家标准ASNZS 2712:200《太阳Centre能和热泵热水器——设计和结构》规定，除了有毒且易爆的B3类制冷剂之外，所有制冷剂，包括可燃或易爆的A2、A3类，以及有毒但不可燃的B1类，有毒且可燃的B2均可使用。目前市场上有人将热泵热水器的出水温度作为产品性能先进与否的标志，一些消费者误以为出水温度越高，产品技术水平就越高。其实，对于按R22制冷剂设计的热泵型空调压缩机而言，对冷凝温度限制在65℃以下，也是按R22的物理特性确定的，若采用其它的型号的制冷剂，在相同的吸气温度、过热度和冷凝温度条件下，由于制冷剂物理性能的差异，例如，绝热指数的差异，可能导致排气温度与

R22有显著的差异，在压缩比不超过该压缩机限定值的情况下，影响压缩机寿命的主要因素并非冷凝温度，而是排气温度，所以，选用绝热指数较小的制冷剂，以取得较低的排气温度，在一定范围内就可以提高热泵热水器的出水温度上限值。市场上一些采用R417A制冷剂的系统，其输出热水的最高温度大致比采用R22的系统高5～10℃左右；此外，还有一些针对R22系统改进的制冷剂，仅通过更换制冷剂就可以取得把热水输出温度的上限有更大幅度提高的效果。

作为生产企业必须考虑一个现实的问题，就是更换制冷剂所导致的材料成本、生产成本的增加，是否有合理的回报。而且，当这些采用相对特殊的制冷剂的热泵系统交付顾客后，相应的安装、维修机构是否有适当的资源能够胜任售后服务需要。因此，是否突破R22系统的热水输出温度限制，与其说是技术问题，不如说是技术方案的经济性问题。质量管理体系标准GBT19001（ISO9001）的第一项原则就是，以顾客为关注焦点，那么从顾客的角度考虑，需要如此高温度的热水吗，愿意付出更高的代价取得更高温度的热水吗，顾客在选择产品时，生产企业是否将这些情况如实地告诉顾客，是否让顾客了解到，如果选择了这些产品，将要为实际上并不需要的性能付出较高的购置费用和电费时，还可能由于系统的特殊性而导致在日后的售后服务过程中遇到种种不便。

此外，还要根据系统中各个部分的要求来选择制冷剂。又由于CFCs类会破坏臭氧层，引起温室效应。所以用HCFC类。具体用R22作为制冷剂。

2陈列柜的设计

2.1陈列柜的总体设计

陈列柜的总体布置是陈列柜设计的重要环节，必须全面地考虑这个问题。

1.使用环境条件：陈列柜的周围环境温度25℃，相对湿度60%。

2.柜内温度：1-5℃。

3.柜内有效容积：1440L。

4.制冷系统为单级蒸汽压缩式制冷系统如图2-1，冷却方式采用直冷式，冷藏室蒸发器采用单脊翅片式，冷凝器采用强制通风空气冷却式冷凝器，采用毛细管作为节流元件。

图2-1卧式直冷式冷柜制冷系统原理图

5.箱体结构：外形尺寸为（长×宽×高）如图2-2，绝热层用聚氨酯发泡，其主要根据理论计算和实践经验选取。其值如表2-1所示各面绝热层厚度

表2-1 绝热层厚度

图2-2箱体结构

由于本设计选用R22制冷剂，故在总体布置时还必须考虑以下三个方面：

(1) 油分离器

R22与矿物润滑油有限互溶，质量含油量15%时，转变温度约为10℃，在制冷系统的高压侧，R22与润滑油完全互溶，在低压侧，R22与润滑油有分层现象，下层为R22上层为润滑油，应仔细考虑回油问题。通常系统中设置有油分离器，且蒸发器为干式蒸发器，制冷剂在蒸发器管内和回气管内的流速应大于最小回流速度。

(2) 干燥过滤器

R22溶水性很小，0℃时水在R22中的质量溶解度仅为0.06%，系统中含水较多时将引起冰堵和镀铜现象，因此在向系统充注前，R22中的质量含水量应小于

2.5×10-5，如蒸发温度低于0℃，系统中应设置干燥过滤器。

(3) 密封材料

R22对除镁粉及含镁量大于2%的铝镁合金之外的金属无腐蚀作用，最游记材料的膨润作用极强，系统中密封材料应使用氯乙醇橡胶，CH1-30橡胶，聚四氟乙烯等，绝缘漆应采用Q下改性缩醛漆，QZY聚酯亚胺漆等。

2.2陈列柜热负荷

冷藏柜热负荷在冷藏陈列柜设计中是一个重要参数，他与冷藏陈列柜的箱体结构、冷藏陈列柜的内容积，柜体绝热层厚度和绝热材料的优劣等因素有关。

1 冷藏室箱体漏热量

1) 柜体隔热层漏热量冷藏室箱体隔热层漏热量按式

（2-1）

式中A-柜体外表面，单位为㎡。

传热系数K（单位为）为

（2-2）

式中-柜外空气对柜体外表面的表面传热系数，单位为；

-内柜壁表面对柜内空气的表面传热系数，单位为；

-隔热层厚度，单位为m；

-隔热材料的热导率，单位为。

各传热表面的传热量计算，计算时柜外空气对箱体外表面传热系数取,隔热层材料的热导率入取。顶层选择5mm白玻+6mm（氩气）+5mmLOW-E中空玻璃，其传热系数如下：

公式（2-3）

式中 ——动态黏度，取；

——比热容，空气取、氩气取；

——导热系数，空气取、氩气取。

式中 ——中空玻璃的气层厚度（m ）；

——外片玻璃表面温差，取24K ；

——密度，空气取、氩气取；

——玻璃的平均温度，取；

——动态黏度，空气取、氩气取。

，如计算结果，取。

（2-4）

)31)111(42

1??--+=Tm HT εεσ （2-5） 式中 ——常数，取；

——外片玻璃表面的校正辐射率；

——内片玻璃表面的校正辐射率；

、取值：

LOW-E 镀膜玻璃应由试验取得，如无试验资料时可取0.09~0.115。

（2-6）

（2-7）

式中 ——两片玻璃总厚度；

——玻璃热阻，取1。

（2-8）

式中 ——玻璃外表面换热系数，取；

——玻璃内表面换热系数，取。

表2-2 各表面的传热量

箱体隔热层漏热量为

W Q a 36.208)96.3214.2214.2292.152.115(=++++=

2) 通过箱门与门封条漏热量

W W Q Q a b 254.3136.20815.015.0=?==

冷藏室箱体漏热量为

W Q Q Q b a R 614.239254.3136.2081=+=+=

2 冷藏室开门漏热量 开门漏热量按公式

（2-9）

计算。陈列柜冷藏室内容积取 1.44m 3，开门次数为每小时二次，空气的比体积为，进入柜内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差值为

Kg KJ h h h c c /451156&100,1%60,25=-=-=???

冷藏室开门漏热量为

W V h n V Q a B R 409

.06.345244.16.32=???=???= 3 贮物热量冷藏室贮物热量按式

（2-10）

计算，计算时水的质量

W t mc m mct Q b r R 75.4416

.32)43332519.4(005.01440)(213=?++???=-+= 冷藏室热负荷为

W Q Q Q Q R R R R 364.72175.44140614.239321=++=++=

2.3 箱体外表面凝露校核

柜体四侧面的绝热层厚度最薄，因此只要对它们进行露点校核即可。算时取传热系数环境温度，箱体空气温度为，取箱外空气对箱体表面的传热系数为11.63 W （m 2·k ），则外表面温度

C t t k t t w ?=-?-=--=2463

.11)125(431.025[)

(0211α 可见箱四侧不会凝露。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。

2.4制冷系统的热力计算

陈列柜制冷系统的压-焓图如下2-3用R22的压-焓图，热力性质表及有关计算公

2-3

式，现将设计工况下的有关压力，个点比焓值和过热蒸汽比体积等参数列于下表

图2-3 R22压焓图

表2-3热物性参数列表（工质R22）