【文章內(nèi)容簡介】 。 （2）半導體制冷無機械轉(zhuǎn)動部分，因此工作無噪聲、無磨損、壽命長、可靠性高、維修方便。 （3）冷卻速度和制冷溫度可通過改變工作電流的大小任意調(diào)節(jié)，靈活性很大。冷卻速度快。 （4）可用改變電流極性來達到冷熱端互換的目的，故用于高溫恒溫器等場合有獨到之處。 （5）體積可以做得很小。例如一個能達到一100℃低溫的四級半導體制冷器，其外形尺寸只有一個香煙盒大小。 （6）制冷量可以很小。制冷量可小至1W或更小。 （7）半導體制冷需要供給直流電源。 （8）半導體制冷器價格較高。半導體制冷的主要缺點是大容量（制冷量）時效率太低，耗電量大約比蒸汽壓縮式制冷大一倍。但是，蒸汽壓縮式等制冷方法的效率，與其制冷裝置本身的容量大小有關(guān)。容量越小，效率越低。而半導體制冷的效率與其容量大小無關(guān)，即在制冷量極小時，仍保持其效率不變。因此，對于制冷量僅幾十瓦的場合，半導體制冷的效率高于其它制冷機。例如，當溫差小于50℃，制冷量在20W以下時，半導體制冷裝置的效率比蒸汽壓縮式高。由于半導體制冷具有上述特點，在小冷量，小體積等場合下，能夠起到其他制冷無法替代的作用。目前半導體制冷在國防、電子、醫(yī)療等方面都已得到應用。半導體冰箱、半導體空調(diào)器等已有產(chǎn)品。綜上所述，當制冷量很小時，就應優(yōu)先考慮采用半導體制冷。我國已生產(chǎn)半導體電偶元件，可以根據(jù)要求的制冷量選用，組成半導體制冷裝置。利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時，需不斷輸出制冷劑氣化是產(chǎn)生的蒸汽，壓縮式制冷機用壓縮機吸取此蒸汽，吸收式制冷機用吸收劑（如:水）吸收制冷劑的蒸汽。 制冷劑與吸收劑組號制冷劑吸收劑12氨酒精水水擴散吸收式制冷機中的流體包括制冷劑、吸收劑、和輔助氣體。常用的輔助氣體是氫氣，當它擴散到制冷劑內(nèi)時，使制冷劑的分壓力降低，起壓縮式制冷機中節(jié)流元件的作用，因而在擴散吸收式制冷系統(tǒng)中，不需要節(jié)流元件。此外，因氫氣密度小，易于上浮，所以可促進制冷劑蒸氣在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。目前廣泛應用的制冷劑是氨，吸收劑是水。應用氨水混合物的擴散吸收式制冷機最早是由伯萊登和蒙塔爾提出，因而又稱伯萊登蒙塔爾系統(tǒng)。應該系統(tǒng)無任何運動件，且為全封閉結(jié)構(gòu)，所以壽命長，可靠性高，適用于家用制冷設(shè)備。本設(shè)計采用氟利昂制冷系統(tǒng)，設(shè)計流程圖如下： 便攜式鋼鐵防銹劑藥箱制冷系統(tǒng)圖該制冷系統(tǒng)設(shè)計時應該注意一下問題：（1） 氟利昂制冷系統(tǒng)由于節(jié)流損失較大，常采用回熱式制冷循環(huán)，以提高制冷劑在節(jié)流前的再冷度和制冷壓縮機吸氣的過熱度，增加制冷能力。（2） 氟利昂管道系統(tǒng)中如有水的存在，在蒸發(fā)溫度低于0的情況下，毛細管的節(jié)流孔處會出現(xiàn)冰塞現(xiàn)象，此外，水于氟利昂發(fā)生化學反應產(chǎn)生金屬腐蝕，所以氟利昂制冷系統(tǒng)中要有干燥器。（3） 氟利昂制冷系統(tǒng)一般裝有油分離器，以減少潤滑油被帶入系統(tǒng)。（4） 由于流量計的成本太高，等一些其他因素，經(jīng)過各種權(quán)衡處理后設(shè)計以上系統(tǒng)流程圖。3 鋼鐵防銹劑藥箱箱體的設(shè)計計算小型制冷裝置的種類很多，按其冷卻方式、制冷方式等可分為以下幾類[19]。（1）按冷卻方式分類強制循環(huán)式：又稱間冷式（風冷式）。制冷裝置內(nèi)有一個小風扇強制使得箱內(nèi)空氣流動，因此箱內(nèi)溫度均勻、冷卻速度快、使用方便。自然對流式：又稱直冷式。其冷凍室直接由蒸發(fā)器圍成，或者冷凍室內(nèi)有一個蒸發(fā)器，另外冷藏室上部再設(shè)有一個蒸發(fā)器，由蒸發(fā)器直接吸取熱量而進行降溫。此類制冷裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，耗電量小。強制循環(huán)和自然對流并用式：近年來，新的制冷裝置較多采用此類形式，主要是同時兼顧風、冷的優(yōu)點，但系統(tǒng)相對復雜。（2）按制冷方式分類壓縮式制冷裝置：它是依靠低沸點液態(tài)制冷劑（如R12）汽化時吸熱達到制冷目的，再以壓縮機將其蒸發(fā)氣體壓縮，繼而使之放熱液化，從而完成制冷循環(huán)。由于這種制冷裝置的理論和生產(chǎn)技術(shù)，工藝方面都比較成熟，使用壽命較長，所以目前國內(nèi)生產(chǎn)的制冷裝置中，90%以上都是這類裝置。吸收式制冷裝置：它是以熱源為動力，常用氨作制冷劑，利用氨水溶液完成連續(xù)“吸收擴散”方式的制冷裝置。由于沒有運轉(zhuǎn)機械，因而它無噪音、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、不易損壞、使用壽命長?？刹捎秒?、天然氣、煤油燈及太陽能等各種熱源加熱使其工作。半導體式制冷裝置：它是利用半導體材料產(chǎn)生珀爾帖效應進行工作的，即用P型半導體和N型半導體制成熱電偶，接通直流電后，在節(jié)點處產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，從而達到制冷目的。半導體制冷與機械制冷比較，有體積小、質(zhì)量輕、無噪音、無振動、無磨損、壽命長、冷卻速率調(diào)整方便、無污染等特點。但由于價格高，目前還未普及使用。電磁振動式制冷裝置：它是用電磁振動機作本動力來驅(qū)動壓縮機的制冷裝置。其原理、結(jié)構(gòu)與壓縮式制冷裝置基本相同。另外還有絕熱去磁制冷裝置、輻射制冷裝置、太陽能制冷裝置、固體制冷裝置等，這里不做一一介紹，本設(shè)計主要針對壓縮式制冷裝置。 制冷藥箱的箱體通常由箱外殼、內(nèi)膽、絕熱層、頂裝飾框、銘牌、等部件組成?！?，外殼表面磷化處理后涂漆或噴塑。儲藥箱內(nèi)采用ABS塑料或PS板加熱后真空成形。絕熱層采用聚氨酯發(fā)泡，是目前使用最廣泛、絕熱性能最優(yōu)良的絕熱材料。它是在異氰酸酯與多元醇放熱反應的基礎(chǔ)上，通過自身的聚合反應，產(chǎn)生出固態(tài)聚氨酯。在聚合物中注入發(fā)泡劑，產(chǎn)生氣泡便得到泡沫塑料。箱頂裝飾框一般采用塑料或金屬邊框裝飾，也有用整體塑料裝飾框。 制冷藥箱體設(shè)計的優(yōu)劣，直接影響使用性能、外觀、耐久性、制造成本和市場銷售。在進行設(shè)計時，要求造型別致、美觀大方。除色調(diào)要求要與家具協(xié)調(diào)外，還必須考慮占地面積小、內(nèi)容積大、寬度、深度與高度的比例合理，有穩(wěn)定感等。鋼鐵防銹劑藥箱絕大多數(shù)為立式結(jié)構(gòu)，首先根據(jù)內(nèi)容積確定寬深比例，一般選為正方形或矩形。總體高度以放置穩(wěn)定和箱內(nèi)貯放藥物適中的原則。設(shè)計箱體的絕熱層時，預先參照國內(nèi)外的有關(guān)資料設(shè)定其厚度，并計算出箱體表面溫度tw。如果箱體外邊面溫度tw低于露點溫度td，則會在箱體表面發(fā)生凝露現(xiàn)象，這是設(shè)計時不希望發(fā)生的，因此箱體表面溫度必須高于露點溫度，一般要求twtd177。℃。儲液箱保溫層厚度是設(shè)計的重點，關(guān)鍵是產(chǎn)品的成本和性能，而保溫層設(shè)計需要考慮的因素包括：（1）不同的市場和不同的能耗要求；（2）產(chǎn)品的不同風格和設(shè)計特點；（3）市場對發(fā)泡材料的限制條件；（4）產(chǎn)品成本的綜合對比選擇；（5）產(chǎn)品的市場要求（全球性、區(qū)域性、特殊客戶）；（6）產(chǎn)品的未來發(fā)展。本設(shè)計的產(chǎn)品鋼鐵防銹劑藥箱分為兩層，下層是由壓縮機、冷凝器、換熱器、毛細管、風扇等設(shè)備組成。上層是由藥箱、蒸發(fā)器、溫度控制器組成。上層的藥箱容積60L，整體外形尺寸為8007001538mm3（長寬高）。絕熱層使用聚氨酯發(fā)泡劑成型。 箱體剖面結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸（單位：cm）由于馬鞍山為亞熱帶地區(qū)，應設(shè)計成亞熱帶型（ST）的制冷裝置。所以，制冷裝置的周圍環(huán)境溫度擬定為35℃，空氣的相對濕度定為=60%。確定箱內(nèi)環(huán)境溫度不高于7℃（本設(shè)計初定為5℃）。 當達到穩(wěn)定傳熱狀態(tài)后，箱體外表面的溫度tw可以由下式計算。 （3—1）式中：—箱體外表面溫度，℃；—箱外空氣溫度，℃； —箱內(nèi)空氣溫度，℃；—箱外空氣對箱體外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2K)；—箱體材料的傳熱系數(shù)，W/(m2K)。，箱體在進行凝露試驗時，亞溫帶型（SN）和溫帶型（N）制冷裝置的露點溫度為19℃177。℃；亞熱帶型（ST）和熱帶型（T）制冷裝置的露點溫度為27℃177。℃。根據(jù)文獻[1]，只有在箱體表面溫度高于露點溫度的前提下，才能計算箱體的漏熱量，并用下式校驗絕熱層的厚度。 （3—2）式中： —箱外壁溫度，℃；—箱內(nèi)壁溫度，℃；—熱導率，W/(mK)；—傳熱面積，m2。校驗計算所得的厚度，在設(shè)定厚度的基礎(chǔ)上進行修正，反復計算，直到合理為止。藥箱內(nèi)凝露校核由于壓縮機散熱導致壓縮機室內(nèi)溫度高于環(huán)境溫度一般不會出現(xiàn)凝露，因此，凝露校核計算時選取厚度最小或者最容易結(jié)露的一側(cè)。凝露校核計算公式為（3—1），首先要確定相關(guān)參數(shù)：環(huán)境溫度為35℃，箱內(nèi)空氣溫度為18℃。，查詢第四版《傳熱學》的附表，相對濕度為75%時，℃。另外，文獻[20]對于傳熱系數(shù)的規(guī)定：～，～(m2K)；由于箱內(nèi)風速較大，可取17～23W/(m2K)。這里取箱內(nèi)空氣自然對流傳熱系數(shù)為=(m2K)，保溫層導熱系數(shù)為=(m2K)，箱外空氣自然對流換熱系數(shù)為=11W/(m2K)，則藥箱內(nèi)的傳熱系數(shù)為：W/(m2K)外表面的溫度為：藥箱外表面溫度高于國家標準規(guī)定的露點溫度。由于箱體的設(shè)計考慮了市場上產(chǎn)品的尺寸，箱體外表面沒有凝露現(xiàn)象發(fā)生，一般來說，保溫層就能夠達到校核要求。4 小型制冷機冷凝器設(shè)計計算 冷凝器是制冷機組系統(tǒng)中主要的熱交換設(shè)備之一，它的作用是把制冷壓縮機排出的高溫冷卻。制冷劑在冷凝器中放出的熱量由冷卻介質(zhì)帶走。按冷卻介質(zhì)來分，制冷機組冷凝器主要分為風冷式和水冷式： （1）風冷式冷凝器：適用冷負荷較小的小型冷庫制冷系統(tǒng)中使用，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。（2）水冷式冷凝器：冷庫壓縮機中制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。水冷式冷凝器種類較多，按其形狀有套管式、殼管式及板式等。制冷用的套管式冷凝器：是在一根直徑較大的鋼管或銅管中，套一根或數(shù)根直徑較小的銅管(光滑管或低肋管)，然后根據(jù)機組布置的要求彎制成圓形或U形螺旋型式。制冷劑蒸氣從上部進入外套管，冷凝液從外套管下部流出；而冷卻水則由下部進入內(nèi)管，與制冷劑呈逆向流動，沿程吸收制冷劑蒸氣的熱量，最后由上部流出，這種型式的冷凝器常用于冷負荷小于40kW的組合式冷庫、小型冷庫氟利昂制冷系統(tǒng)中。殼管式冷凝器分為立式和臥式兩種。立式殼管式冷凝器，外殼是用鋼板卷制焊接成的圓柱體，筒體兩端焊有多孔管板，孔內(nèi)對應有傳熱管，用于對制冷劑的冷卻。其特點是結(jié)構(gòu)龐大，耗材多；冷卻水流速低，易結(jié)垢，冷卻水消耗量大，適用于水源充足、水質(zhì)較差的地區(qū)。臥式殼管式冷凝器的結(jié)構(gòu)與立式類似，當制冷劑為氨時，傳熱管采用無縫鋼管，制冷劑為氟利昂時，傳熱管采用低肋銅管。臥式殼管式冷凝器的傳熱系數(shù)較高，冷卻水耗用量較少，但對水質(zhì)要求較高，廣泛用于大、中、小型冷庫氨和氟利昂制冷系統(tǒng)。 冷凝器熱負荷是其計算的主要依據(jù)，是制冷劑過熱蒸汽在冷凝器過程中所放出的總熱量。他可以由制冷裝置制冷循環(huán)的R22lgph圖上的冷凝過程的始點狀態(tài)與其終點狀態(tài)的比焓差與制冷劑循環(huán)量G的乘積確定。在制冷劑循環(huán)量尚不能確定時可以用制冷量與壓縮機指示功率之和表示。為了簡化計算，還可以由下式確定，即： (4—1)式中，為冷凝器負荷系數(shù)，對于氨制冷裝置和氟利昂制冷裝置的可由[制冷原理與裝置132圖618查得]。制冷劑蒸汽在空冷冷凝器中要經(jīng)歷狀態(tài)變化的過熱蒸汽區(qū)、飽和區(qū)和過冷液體區(qū)。此三個區(qū)域制冷劑的物理性質(zhì)和換熱機理有所不同，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也不大一樣。其在過熱蒸汽區(qū)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比飽和蒸汽區(qū)要低，但傳熱溫差卻比飽和蒸汽區(qū)要大，以致該倆區(qū)內(nèi)單位面積熱流量幾近相等。而在過冷液體區(qū)要低一些，不到總傳熱量的10%。所以在設(shè)計時將其制冷劑在空冷器內(nèi)換熱的全過程都按照飽和蒸汽區(qū)對待，以簡化設(shè)計計算。設(shè)計計算如下：冷凝器的計算：制冷量： ； 冷凝溫度：進風溫度：； 出風溫度：采用供熱管：純銅管。肋片為平直套片（鋁片） 片厚，偏寬設(shè)計計算過程如下： 根據(jù)其制冷循環(huán)蒸發(fā)溫度： .查圖[制冷原理與裝置132圖618]得冷凝負荷系數(shù)： 則冷凝器熱負荷為： 冷凝器的結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)：管排方式采用正三角形排列，管間距：；排間距：， 肋片間距：；沿氣流方向的管排數(shù)：可計算出肋片面積： 肋間基管表面積： 肋管外總表面積： 肋管內(nèi)表面積： 肋化系數(shù)： 空氣進出冷凝器的溫差及風量：溫差：風量：空氣平均密度：；比熱容：運動粘度：；導入率：這些物性參數(shù)的定性溫度： 肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的空氣最小流通面積與迎風面積之比：考慮降低噪聲，節(jié)能等因素，取迎風面風速，則最小流通面風速：當量直徑：空氣的雷諾數(shù)：單元空氣流到長徑比：根據(jù)[制冷原理與裝置附表E1之二]橫向流過肋片管簇的整張平套片換熱計算： 所以，管外的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 對于叉排管有：所以有：肋片的當量高度： 肋片特性參數(shù)：其中，鋁肋片導熱率。肋片效率：冷凝器外表面效率： 管內(nèi)冷凝時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)首先設(shè)管壁的溫度：則