【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由圖中可以看出吻合情況基本令人滿意模擬計(jì)算結(jié)果與理論分析一致與物理事實(shí)相符。說(shuō)明以上為建模所作的各種假設(shè)基本合理建立的數(shù)學(xué)模型正確。這些為制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制打下了良好的基礎(chǔ)[18]?！　≡谧罱鼛啄昝绹?guó)對(duì)制冷機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)工作有相當(dāng)大的提高主要是由于低溫技術(shù)在諸多方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。對(duì)新型制冷機(jī)來(lái)說(shuō)提高可靠性通常是最重要的要求可靠性的改善對(duì)更多的應(yīng)用具有吸引力?？諉?wèn)應(yīng)用要求低振動(dòng)的制冷機(jī)具有年壽命。在美國(guó)大量新的研究布雷頓、焦耳一湯姆遜、斯特林、脈管和磁制冷系統(tǒng)的工作正在進(jìn)行。每一種機(jī)器的特殊應(yīng)用都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)?！　≡谥袊?guó)，大量的小型制冷機(jī)，主要是渦旋式的，應(yīng)用在家用領(lǐng)域。中型的制冷機(jī)的銷售有上升的趨勢(shì)，基于以下的原因：螺桿機(jī)受到設(shè)計(jì)人員和用戶越來(lái)越多的歡迎。有一種用多臺(tái)小型機(jī)組代替一臺(tái)大型機(jī)組的趨勢(shì)。這樣在只有部分負(fù)荷的情況下，減少了運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能和更高的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)國(guó)企改革和重組，非常大的工業(yè)項(xiàng)目投資減少了，在過(guò)去這是大型制冷機(jī)的主要領(lǐng)域。在其它的領(lǐng)域，有大規(guī)模的外資企業(yè)投資于新的商業(yè)建筑、工廠設(shè)施等。采用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)了具有更高性能的新產(chǎn)品的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)在螺桿、離心壓縮機(jī)，熱交換器和電子控制等方面。與此同時(shí)，吸收式制冷機(jī)的技術(shù)則是由國(guó)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)廠商開(kāi)發(fā)和提高。　　在中國(guó)銷售的大多數(shù)機(jī)組是國(guó)內(nèi)廠商或合資企業(yè)在中國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)的。關(guān)鍵部件現(xiàn)在也本地化了。中國(guó)制冷空調(diào)工業(yè)憑借低成本和不斷提高質(zhì)量的產(chǎn)品，正在由進(jìn)口導(dǎo)向逐漸轉(zhuǎn)向出口導(dǎo)向。 　　蒸汽壓縮型(容積式)制冷機(jī)　　由于政府的管理和溫和的氣候，空氣源熱泵是長(zhǎng)江流域市場(chǎng)的寵兒。冬季用來(lái)取暖的燃煤鍋爐在長(zhǎng)江以南的區(qū)域已被政府禁止使用。因此，包括房間空調(diào)器，主要用于制冷，同時(shí)也能制熱的熱泵深受這一地區(qū)的喜愛(ài)。熱泵能用于取暖，因此就可以省去鍋爐。直燃型冷熱水機(jī)組的應(yīng)用也是如此。采用活塞或渦旋式壓縮機(jī)的制冷量為5－10RT的小型風(fēng)冷或熱泵制冷機(jī)的大多數(shù)用于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)。制冷量為20－400RT的風(fēng)冷、空氣源熱泵和水冷活塞、渦旋或螺桿機(jī)主要用于商業(yè)建筑。400RT以上的蒸汽壓縮制冷機(jī)大多數(shù)是半封閉的離心機(jī)組。由于具有高效和高可靠性的特點(diǎn)，封閉螺桿機(jī)正在搶占活塞機(jī)的市場(chǎng)。同時(shí)由于電力富余和初投資低的因素也擠占吸收式制冷機(jī)的市場(chǎng)。而螺桿壓縮機(jī)的本地化可以降低成本。 　　吸收式制冷機(jī)　　在過(guò)去電力短缺時(shí)，政府對(duì)總電力消費(fèi)進(jìn)行管制，但也沒(méi)有對(duì)吸收式的銷售給于任何特殊的優(yōu)惠政策。吸收式的購(gòu)買是由用戶基于他們個(gè)人對(duì)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、可靠性和售后服務(wù)的評(píng)估來(lái)決定的。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料，2000年吸收式市場(chǎng)容量大約為2600臺(tái)(其中蒸汽雙效占50%，燃油直燃機(jī)占25%，燃?xì)庵比紮C(jī)占25%)。單效和熱水型機(jī)組非常少。2000年，雙良、遠(yuǎn)大和大連三洋被認(rèn)為是市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。煙臺(tái)荏原和LG同和的市場(chǎng)份額增加的同時(shí)，開(kāi)利卻在丟失市場(chǎng)份額。2001年政府建立了新的吸收式制冷機(jī)組國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定冷卻水進(jìn)水溫度從原來(lái)的32℃變?yōu)?0℃，而新的直燃機(jī)在制冷時(shí)LHV狀態(tài)下COP最低為11(在HHV狀態(tài)下為10)。這些指標(biāo)被認(rèn)為即使是現(xiàn)有的機(jī)型也很容易達(dá)到。2 制冷方法和系統(tǒng)的選擇制冷是指用人工的方法將物體冷卻，使其溫度降低到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)溫度。制冷的方法雖然很多，但其的基本原理都是相同的，即應(yīng)用一種專門的裝置，消耗一定的外加能量，使熱量從溫度較低的物體傳給溫度較高的物體，從而獲得所需要的低溫。外加的能量有兩類：一類是機(jī)械能或電能；另一類是熱能。壓縮式制冷和熱電制冷需要消耗機(jī)械能或電能；吸收式制冷則消耗熱能。壓縮式制冷，熱電制冷和吸收式制冷是三種主要的制冷方法。壓縮式制冷系統(tǒng)如圖所示，制冷劑（工質(zhì)）在蒸發(fā)器中吸收外界（被冷卻物） 1壓縮機(jī) 2冷凝器 3節(jié)流閥 4蒸發(fā)器 壓縮式制冷循環(huán)的熱量，蒸發(fā)器成氣體后進(jìn)入壓縮機(jī)。氣體被壓縮機(jī)壓縮，溫度升高。從壓縮機(jī)排除的氣體進(jìn)入冷凝器，被冷卻介質(zhì)冷卻，成為液體。離開(kāi)冷凝器的制冷劑液體流經(jīng)節(jié)流原件時(shí)，降低壓力和溫度，成為由氣體和液體組成的兩相混合物，再進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收蒸發(fā)器周圍的熱量，使他的溫度降低。熱電制冷也叫溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或電子制冷，是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ) 基本熱電偶的制冷方法。它是利用“塞貝克效應(yīng)”的逆效應(yīng)—珀?duì)柼?yīng)的原理制冷的。 塞貝克效應(yīng)就是一百多年前人們發(fā)現(xiàn)的溫差電現(xiàn)象。即在兩種不同金屬組成的閉合線路中，如果保持兩接觸點(diǎn)的溫度不同，就會(huì)在兩接觸點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差—接觸電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)閉合線路中就有電流流動(dòng)，稱為溫差電流。反之，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電流，就會(huì)使一個(gè)接點(diǎn)變冷，另一個(gè)接點(diǎn)變熱。這種現(xiàn)象稱為珀?duì)柼?yīng)。此效應(yīng)是由法國(guó)科學(xué)家Jean ，亦稱溫差電現(xiàn)象。 由于半導(dǎo)體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，決定了它產(chǎn)生的溫差電效應(yīng)比其它金屬更顯著。所以熱電制冷都采用半導(dǎo)體材料，故亦稱為半導(dǎo)體制冷。 由一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體聯(lián)結(jié)成的電偶。當(dāng)通過(guò)直流電流I時(shí)，P型半導(dǎo)體內(nèi)載流子(空穴)和N型半導(dǎo)體內(nèi)載流子(電子)，在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。由于載流子(空穴和電子)在半導(dǎo)體內(nèi)和金屬片內(nèi)具有的勢(shì)能不一樣，勢(shì)必在金屬片與半導(dǎo)體接頭處發(fā)生能量的傳遞及轉(zhuǎn)換。因?yàn)榭昭ㄔ赑型半導(dǎo)體內(nèi)具有的勢(shì)能，高于空穴在金屬片內(nèi)的勢(shì)能，在外電場(chǎng)作用下，當(dāng)空穴通過(guò)結(jié)點(diǎn)a時(shí)，就要從金屬片I中吸取一部分熱量，以提高自身的勢(shì)能，才能進(jìn)入P型半導(dǎo)體內(nèi)。這樣，結(jié)點(diǎn)a處就冷卻下來(lái)。當(dāng)空穴過(guò)結(jié)點(diǎn)b時(shí)，空穴將多余的一部分勢(shì)能傳遞給結(jié)點(diǎn)b而進(jìn)入金屬片II，因此，結(jié)點(diǎn)b處就熱起來(lái)。同理，電子在N型半導(dǎo)體內(nèi)的勢(shì)能大于在金屬片中的勢(shì)能，在外電場(chǎng)作用下，當(dāng)電子通過(guò)結(jié)點(diǎn)d時(shí)，就要從金屬片III中吸取一部分熱量，轉(zhuǎn)換成自身的勢(shì)能，才能進(jìn)入N型半導(dǎo)體內(nèi)。這樣結(jié)點(diǎn)d處就冷卻下來(lái)。當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)到達(dá)結(jié)點(diǎn)c時(shí)，電子將自身多余的一部分勢(shì)能傳給結(jié)點(diǎn)c而進(jìn)入金屬片II，因此節(jié)點(diǎn)c處就熱起來(lái)。這就是熱電偶制冷與發(fā)熱的基本原理。如果將電源極性互換，則電偶對(duì)的制冷端與發(fā)熱端也隨之互換。半導(dǎo)體制冷是靠空穴和電子在運(yùn)動(dòng)中直接傳遞能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它與蒸汽壓縮式和吸收式制冷比較有如下特點(diǎn)：（1）半導(dǎo)體制冷不用制冷劑，故無(wú)泄漏、無(wú)污染，清潔衛(wèi)生。 （2）半導(dǎo)體制冷無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，因此工作無(wú)噪聲、無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維修方便。 （3）冷卻速度和制冷溫度可通過(guò)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(lái)達(dá)到冷熱端互換的目的，故用于高溫恒溫器等場(chǎng)合有獨(dú)到之處。 （5）體積可以做得很小。例如一個(gè)能達(dá)到一100℃低溫的四級(jí)半導(dǎo)體制冷器，其外形尺寸只有一個(gè)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(dǎo)體制冷需要供給直流電源。 （8）半導(dǎo)體制冷器價(jià)格較高。半導(dǎo)體制冷的主要缺點(diǎn)是大容量（制冷量）時(shí)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(dǎo)體制冷的效率與其容量大小無(wú)關(guān)，即在制冷量極小時(shí)，仍保持其效率不變。因此，對(duì)于制冷量?jī)H幾十瓦的場(chǎng)合，半導(dǎo)體制冷的效率高于其它制冷機(jī)。例如，當(dāng)溫差小于50℃，制冷量在20W以下時(shí)，半導(dǎo)體制冷裝置的效率比蒸汽壓縮式高。由于半導(dǎo)體制冷具有上述特點(diǎn)，在小冷量，小體積等場(chǎng)合下，能夠起到其他制冷無(wú)法替代的作用。目前半導(dǎo)體制冷在國(guó)防、電子、醫(yī)療等方面都已得到應(yīng)用。半導(dǎo)體冰箱、半導(dǎo)體空調(diào)器等已有產(chǎn)品。綜上所述，當(dāng)制冷量很小時(shí)，就應(yīng)優(yōu)先考慮采用半導(dǎo)體制冷。我國(guó)已生產(chǎn)半導(dǎo)體電偶元件，可以根據(jù)要求的制冷量選用，組成半導(dǎo)體制冷裝置。利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時(shí)，需不斷輸出制冷劑氣化是產(chǎn)生的蒸汽，壓縮式制冷機(jī)用壓縮機(jī)吸取此蒸汽，吸收式制冷機(jī)用吸收劑（如:水）吸收制冷劑的蒸汽。 制冷劑與吸收劑組號(hào)制冷劑吸收劑12氨酒精水水?dāng)U散吸收式制冷機(jī)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(dāng)它擴(kuò)散到制冷劑內(nèi)時(shí)，使制冷劑的分壓力降低，起壓縮式制冷機(jī)中節(jié)流元件的作用，因而在擴(kuò)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(jìn)制冷劑蒸氣在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。目前廣泛應(yīng)用的制冷劑是氨，吸收劑是水。應(yīng)用氨水混合物的擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)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(yīng)該系統(tǒng)無(wú)任何運(yùn)動(dòng)件，且為全封閉結(jié)構(gòu)，所以壽命長(zhǎng)，可靠性高，適用于家用制冷設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用氟利昂制冷系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)應(yīng)該注意一下問(wèn)題：（1） 氟利昂制冷系統(tǒng)由于節(jié)流損失較大，常采用回?zé)崾街评溲h(huán)，以提高制冷劑在節(jié)流前的再冷度和制冷壓縮機(jī)吸氣的過(guò)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(xì)管的節(jié)流孔處會(huì)出現(xiàn)冰塞現(xiàn)象，此外，水于氟利昂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(rùn)滑油被帶入系統(tǒng)。（4） 由于流量計(jì)的成本太高，等一些其他因素，經(jīng)過(guò)各種權(quán)衡處理后設(shè)計(jì)以上系統(tǒng)流程圖。3 鋼鐵防銹劑藥箱箱體的設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)制循環(huán)式：又稱間冷式（風(fēng)冷式）。制冷裝置內(nèi)有一個(gè)小風(fēng)扇強(qiáng)制使得箱內(nèi)空氣流動(dòng)，因此箱內(nèi)溫度均勻、冷卻速度快、使用方便。自然對(duì)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(gè)蒸發(fā)器，另外冷藏室上部再設(shè)有一個(gè)蒸發(fā)器，由蒸發(fā)器直接吸取熱量而進(jìn)行降溫。此類制冷裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，耗電量小。強(qiáng)制循環(huán)和自然對(duì)流并用式：近年來(lái)，新的制冷裝置較多采用此類形式，主要是同時(shí)兼顧風(fēng)、冷的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。（2）按制冷方式分類壓縮式制冷裝置：它是依靠低沸點(diǎn)液態(tài)制冷劑（如R12）汽化時(shí)吸熱達(dá)到制冷目的，再以壓縮機(jī)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(zhǎng)，所以目前國(guó)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(dòng)力，常用氨作制冷劑，利用氨水溶液完成連續(xù)“吸收擴(kuò)散”方式的制冷裝置。由于沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，因而它無(wú)噪音、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、不易損壞、使用壽命長(zhǎng)?？刹捎秒?、天然氣、煤油燈及太陽(yáng)能等各種熱源加熱使其工作。半導(dǎo)體式制冷裝置：它是利用半導(dǎo)體材料產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)進(jìn)行工作的，即用P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制成熱電偶，接通直流電后，在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，從而達(dá)到制冷目的。半導(dǎo)體制冷與機(jī)械制冷比較，有體積小、質(zhì)量輕、無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)、冷卻速率調(diào)整方便、無(wú)污染等特點(diǎn)。但由于價(jià)格高，目前還未普及使用。電磁振動(dòng)式制冷裝置：它是用電磁振動(dòng)機(jī)作本動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)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(yáng)能制冷裝置、固體制冷裝置等，這里不做一一介紹，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)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(chǔ)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(yīng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)自身的聚合反應(yīng)，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(jì)的優(yōu)劣，直接影響使用性能、外觀、耐久性、制造成本和市場(chǎng)銷售。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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?？傮w高度以放置穩(wěn)定和箱內(nèi)貯放藥物適中的原則。設(shè)計(jì)箱體的絕熱層時(shí)，預(yù)先參照國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料設(shè)定其厚度，并計(jì)算出箱體表面溫度tw。如果箱體外邊面溫度tw低于露點(diǎn)溫度td，則會(huì)在箱體表面發(fā)生凝露現(xiàn)象，這是設(shè)計(jì)時(shí)不希望發(fā)生的，因此箱體表面溫度必須高于露點(diǎn)溫度，一般要求twtd177。℃。儲(chǔ)液箱保溫層厚度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，關(guān)鍵是產(chǎn)品的成本和性能，而保溫層設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括：（1）不同的市場(chǎng)和不同的能耗要求；（2）產(chǎn)品的不同風(fēng)格和設(shè)計(jì)特點(diǎn)；（3）市場(chǎng)對(duì)發(fā)泡材料的限制條件；（4）產(chǎn)品成本的綜合對(duì)比選擇；（5）產(chǎn)品的市場(chǎng)要求（全球性、區(qū)域性、特殊客戶）；（6）產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品鋼鐵防銹劑藥箱分為兩層，下層是由壓縮機(jī)、冷凝器、換熱器、毛細(xì)管、風(fēng)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(zhǎng)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(yīng)設(shè)計(jì)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(duì)濕度定為=60%。確定箱內(nèi)環(huán)境溫度不高于7℃（本設(shè)計(jì)初定為5℃）。 當(dāng)達(dá)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(jì)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(duì)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(jìn)行凝露試驗(yàn)時(shí)，亞溫帶型（SN）和溫帶型（N）制冷裝置的露點(diǎn)溫度為19℃177。℃；亞熱帶型（ST）和熱帶型（T）制冷裝置的露點(diǎn)溫度為27℃177?！?。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，只有在箱體表面溫度高于露