【正文】 U. S. Pat ent , 1972, 3698202( October )[19] 　D No vo , et al. Cr yo r efr ig er atio n sy st em. U . S. Patent, 1989, 4850199( July )[20] 　Datta. Cascade refr ig erat ion system . U. S. Pat ent , 1992, 5170639( December )[21] 　Weng C, No n CFC autocascade r efriger atio n sy stem. U . S. Patent, 1995, 5408848( Apr il)[22] 　韓潤虎. 自然復疊系統(tǒng)與低溫制冷. 制冷學報, 1999, ( 4) : 59 61[23] 　朱明善. 能量系統(tǒng)的火用分析, 北京: 清華大學出版社, 1988, 275[24] 　蔣能照. 火用及其在制冷工程中的應用. 上海機械學院學報, 1981, ( 1) : 90 108[25] 　公茂瓊等. 多元混合工質內(nèi)復疊節(jié)流制冷循環(huán)機的火用分析及初步實驗研究. 中國工程熱物理學會工程熱力學與能源利用學術會議論文, 2000[26] 鄭賢德. 制冷原理與裝置(第一版) [M ]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000.附錄R22/R23混合工質隨溫度變化的各參數(shù)值液體氣體液體氣體R22R23溫度 壓力密度密度密度焓值焓值焓值干度質量比質量比℃Pakg/m179。另外還要感謝我的舍友蔣光聚同學，在整個論文階段我們一起討論了很多方法和技巧，蔣光聚同學敏捷的思維和開闊的視野不得不令我折服，在次期間我的很多靈感都來自與他的提醒，真心的感謝小郭同學。謝 辭 論文完成之際，也就是將要離開校園的時候。因此，為保證制冷系統(tǒng)正常運行，必須對蒸發(fā)器供液量進行調節(jié)，需設置節(jié)流機構。氣液分離器分立式和臥式兩種型式，氣液分離器可以配置絲網(wǎng)捕霧器、入口換向器、防沖擊擋板或沉降內(nèi)部構件。套管式換熱器的布置采用逆流形式，內(nèi)部為紫銅管，外部采用的鋼管套。 換熱面積Ft和換熱管長度L的計算傳熱面積 ㎡/m，則 迎風面積和風量V的計算 空氣流動阻力計算計算風機全風壓式中 — 管束氣流流動阻力，又下式計算[22] (52)—翅片高度影響系數(shù)，對高翅片=1，低翅片N— （最佳）管排數(shù)風機動壓頭，取20~40N/㎡，此次設計取30N/㎡計算得 風機的選取 根據(jù)上面冷凝器的設計計算所需要的風量和風壓，選用200FZL04風機2臺，該風機的系統(tǒng)參數(shù)是：電壓220V，頻率50Hz，輸入功率為50W，轉速為2700r/min，風量為540m179。普冷壓縮機的使用和設計原則是盡可能在壓縮機工作在其設計工況范圍內(nèi)，這樣既能保證壓縮機正常工作，又能保證較高的效率。/s第5章 壓縮機的選擇和各換熱器的設計 壓縮機的選擇原則 小型制冷系統(tǒng)壓縮機均采用全封閉式壓縮機。在這種方式下，在蒸發(fā)冷凝器中富含R22的液體制冷劑部分吸收熱量來冷卻另一邊的蒸氣制冷劑，同時，制冷劑蒸氣放出熱量被冷卻成液體，然后通過熱交換器和電磁閥進入到低溫蒸發(fā)器。根據(jù)經(jīng)驗設定R23的充注量為30%，系統(tǒng)個狀態(tài)點參數(shù)確定取自R22/R23混合工質狀態(tài)含有一定量的R23的R23/R22的混合工質進入壓縮機。蒸發(fā)溫度的確定[18] 蒸發(fā)溫度一般取決于被冷卻物體的溫度以及蒸發(fā)器中制冷劑與被冷卻物體的傳熱溫差。由于制冷劑R2R23 的沸點不同, 在冷凝器中大部分高沸點組分R22 被冷凝成液體, 制冷劑中大部分低沸點組分R23 仍然為蒸氣,混合制冷劑進入氣液分離器C 中。根據(jù)經(jīng)驗按總熱負荷10%計算，Q4=Q10%總的負荷 計算得Q= 74W 箱體外表面凝露校核 表面溫度應該校核冷柜的絕熱層的最薄處，假定絕熱層均勻，厚度均為40mm，計算時取冷柜外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為11W/(㎡.K），環(huán)境溫度為18℃，箱內(nèi)溫度為60℃，則外表面溫度為 (3—4）=18（18+60）=℃ 在環(huán)境溫度為18℃的情況下查空氣的焓濕圖得其露點溫度為13℃，由此可知，冷柜的表面溫度大于環(huán)境溫度的露點溫度，所以不會結露[16]。K)[15]。K)。即Q1=Qa+Qb+Qc 箱體隔熱層的漏熱量Qa，由于箱體外殼鋼板很薄，而其熱導率λ值很大，所以熱阻很小，可忽略不計。 根據(jù)制冷工況，選取傳熱系數(shù)低的保溫材料不僅可以節(jié)約耗能，而且可以增加箱體內(nèi)的載物容積。 本課題研究內(nèi)容 本設計進行了對—60℃低溫冷柜的設計計算，其中包括冷柜的總體布置，負荷計算，熱力計算等。自復疊式制冷存在的另一個問題就是工質在泄漏后不能想單工質那樣直接補充，需要按一定比例管灌沖，但這樣造成的浪費大，經(jīng)濟損失大，而且泄漏的制冷劑可能對環(huán)境有害。自復疊制冷循環(huán)通過自然分凝，多級復疊的方法可以獲得較大的工作溫度區(qū)間，無論是在普冷領域還是在低溫電子、低溫醫(yī)學、冷凍干燥、氣體液化等低溫領域，都有比較大的實用價值。 自復疊式制冷系統(tǒng)的發(fā)展和特點 自復疊制冷系統(tǒng)使用混合工質并通過單臺壓縮機實現(xiàn)了多級復疊，可以獲得60℃以下的低溫。 在醫(yī)學方面，低溫同樣有著極高的應用價值。醫(yī)用低溫設備是中國各級醫(yī)院、各級血站、防疫站、醫(yī)學和藥學大專院校及科研機構所必須配備的基礎設備。此次設計進行了對60℃低溫冷柜的設計計算，其中包括冷柜的總體布置，負荷計算，制冷系統(tǒng)熱力計算、制冷設備的計算等。自然復疊式低溫冰柜相比較多級壓縮的制冷系統(tǒng)結構要簡單，成本低，在低溫醫(yī)學方面有著廣泛的應用。為了既不影響60℃超低溫冷柜的性能，同時又能降低成本，本次研制了單壓縮機60℃超低溫冷柜，實驗證明，單壓縮機60℃超低溫冷柜不僅原理可行，而且由于其結構簡單、成本低、性能可靠等有點可以應用到低溫冷柜新產(chǎn)品開發(fā)。 二十世紀七八十年代, 由于能源、環(huán)保等因素, 隨著對混合工質研究的深入, 各國科學工作者開展了對自動復疊循環(huán)的研究, 在美國有多項有關自動復疊制冷系統(tǒng)的專利[ 4～6] , 美國REVCO 公司利用自動復疊循環(huán)的原理研制出了 150℃的低溫箱[7]。到了本世紀七八十年代，由于存在能源和環(huán)保等問題的出現(xiàn)，各國研究學者對混合工質進行了更深入的研究。（4） 單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)由于受限于壓縮比和冷凝壓力，的最低溫度一般只能達到20~ 40℃，達不到低溫制冷要求；（5） 兩級蒸氣壓縮能達到一般的低溫的要求，但是要受到每一級壓力比和蒸發(fā)壓力的限制，在低的蒸發(fā)壓力下，可能是的空氣滲入到循環(huán)內(nèi)，使得蒸氣比容的增大輸氣系數(shù)降低；（6） 一般的多種工質的復疊式壓縮制冷系統(tǒng)解決了上述矛盾，但是因為在系統(tǒng)中多加的一臺壓縮機，使得結構更加復雜，成本增加，而且不利于生產(chǎn)維護等問題。常規(guī)制冷系統(tǒng)制冷劑的選取原則在自復疊式制冷設計中同樣適用。本文涉及了對各大重要部件的設計計算，包括蒸發(fā)器，冷凝器，蒸發(fā)冷凝器，中間換熱器，節(jié)流裝置的設計計算和壓縮機的選型計算，并且對低溫冷柜系統(tǒng)運行中可能會出現(xiàn)的問題加以改進。箱體表面結露校核公式： (2—1)tw箱體外表面溫度，單位為℃t1箱體外空氣溫度，單位為℃t2箱內(nèi)空氣溫度，單位為℃a1箱體外空氣對箱體外表面的傳熱系數(shù)，單位為w/(㎡.k)a2箱體內(nèi)空氣對箱體內(nèi)表面的傳熱系數(shù)，單位為w/(㎡.k)K為總的傳熱系數(shù)，單位為w/(㎡.k) 按照國家標準應在箱體外表面溫度高于露點溫度下計算箱體的漏熱量，最后校驗絕熱層厚度是否達標。即Qa=KA(t1t2）式中A…箱體外表面，單位為m2。設定箱體外環(huán)境溫度為18℃，傳熱溫差78℃。 冷柜各面的熱負荷 表31負荷計算頂面?zhèn)让姹趁骈T體底面?zhèn)鳠崦娣e ㎡㎡㎡㎡㎡傳熱系數(shù) 傳熱溫差 78℃78℃100℃78℃78℃?zhèn)鳠崃坑嬎愕贸隹偟南潴w隔熱層漏熱量為 總的箱體漏熱量： 開門漏熱量Q2因開門漏熱量計算很復雜，且不精確，所以一般引用經(jīng)驗公式[16]： （3—2） 表示箱內(nèi)容積，179。在選取工質組分時，要綜合考慮到以下幾點：此次設計選用R22/R23為混合工質，此混合工質有以下優(yōu)點[17]1 該混合工質凝固點低，粘度和密度小，傳熱系數(shù)大；2 組合制冷工質要相溶但不共沸；3 選取的制冷劑沸點差大，符合選取40℃~80℃的溫差；4 根據(jù)環(huán)保原則，選取的制冷劑盡量不能有害于環(huán)境； 系統(tǒng)形式和重要參數(shù)的確定低溫冷柜制冷系統(tǒng)形式的確定，本次設計采用自復疊式制冷系統(tǒng)。最后, 從蒸發(fā)器出來的低沸點組分從節(jié)流裝置Ⅰ出來的高沸點組分混合后進入壓縮機, 從而完成整個循環(huán)。 回氣溫度的確定 回氣溫度(即過熱溫度)取決于蒸氣離開蒸發(fā)器時的狀態(tài)和回氣管的長度。含有大量的R23制冷蒸氣從冷凝器的頂部進入熱交換器，然后被更低壓力的蒸氣進一步冷卻，最后進入到氣液分離器，混合制冷劑被自動分離。 制冷系統(tǒng)各點的參數(shù)值 表41狀態(tài)點 溫度 ℃壓力（MPa) 焓值（kj/kg)1234185184176789101112 系統(tǒng)的熱力計算蒸發(fā)器單位質量制冷量 （4—1）蒸發(fā)器制冷劑質量流量 （4—2）理論比公 （4—3）系統(tǒng)各點兩種制冷劑的比例分析初始R23和R22的質量比為3：7 。過冷溫度和吸氣溫度由制造廠決定，壓縮機制造廠提供每種型號壓縮機的全性能曲線。翅片管換熱器在動力、化工、制冷等工業(yè)中有廣泛的應用。制冷劑在管內(nèi)的傳熱系數(shù)為管