空调毕业设计说明书.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 38 页 共 38 页目 录1 绪论21.1 本课题的研究背景和意义21.2 国内外研究现状31.3 本课题的主要研究内容42 热泵式烘干机的整体设计42.1 箱体的设计52.1.1 箱体钢板的选择52.1.2保温层材料的选择52.1.3 箱体有效容积的确定62.2 热泵系统的设计62.2.1 制冷剂的选择62.2.2热泵系统形式的选择73 传热传质过程热力分析和计83.1 干燥过程有关概念83.2 空气传热传质的分析计算103.3 干燥介质传热传质过程的分析计算124 热泵系统的设计计算134.1 热泵系统工作条件的确定134.2 热泵系统的热力计算145 热泵系统的设备设计计算与选型165.1 压缩机的设计选择165.2 冷凝器的设计选型195.3 蒸发器的设计选型205.4 热力膨胀阀的选型225.5 油分离器的选择235.6 储液器的选择245.7 气液分离器的选择255.8 干燥过滤器的选择266 风系统的设计276.1 冷凝风机和风口的设计276.2 蒸发器风机的选择286.3 过滤器的设计287 控制系统的设计和选型297.1 电机启动、停止控制设计297.2 位式温度控制设计和选型297.3 温度调节仪的选型327.4 温度传感器的选择338 结论34谢 辞35参考文献361 绪论1.1 本课题的研究背景和意义干燥技术的应用，在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术，就显示了干燥技术的应用。随着工业现代化的进展，干燥操作广泛用于国民经济各部门，如农业、制革、林业、化工、食品、造纸、矿业、纺织和建筑等生产过程。干燥工艺先进与否直接影响着产品的质量与能耗。汉果盛产于广西桂林，一种名贵药材，性凉味甘，功能清肺润肠。主治百日咳、痰火咳嗽、血燥便秘等症；对于治疗急性气管炎、急性扁桃体炎、咽喉火、急性胃炎都有很好的疗效；用罗汉果少许，冲入开水浸泡，是一种极好的清凉饮料，既可提神生津，又可预防呼吸道感染，常年服用，能延年益寿。罗汉果汁还可用于烹调，清香可口，罗汉果被人们誉为“神仙果”，其生产出售有很高的经济性。罗汉果刚收获时含水量很高，需要蒸干占果重7075%的水量烘干后才能储存出售，采用自然风干或太阳晒干，不仅时间长、效率低，而且严重受到地域和气候的影响。工业上干燥去湿的方法很多，大致可分为如下三类：1）机械去湿法，是通过压榨、离心分离、过滤来实现，或在湿物料直接同具有低迁移势的物质接触时实现接触传质。机械除湿法只能除去物料中部分自由水分，结合水分仍残留在物料中，所以经机械除湿后仍保留很高的水分，一般为40%60%左右。2）加热去湿法（热干燥法），它借助热能加热物料、气化物料中的水分，其除湿过程与相变和传热有关，通过加热除湿能够除去物料中的结合水，已有的干燥方法有传导、对流和辐射。3）化学除湿法，是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物料中的少数水分，由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除去物料中的微量水分，化学生产中常用到。罗汉果等一类的农果产品一般都使用加热去湿法达到干燥的效果。美国农业部的统计资料表明，约有12%的能耗是用于干燥。另据中国工业陶瓷网报道，干燥过程中的能耗占工业总能源消耗的15。世界上干燥业平均能源利用率只有1020%。2004年我国超过日本已成为世界第二大能源消费大国。因此如果能够提高干燥过程中的能量利用效率，则每年节约的能量将是很可观的。干燥操作所用的能源主要为热源。根据干燥物料的特性、干燥过程蒸发物质的性质、干燥目的、干燥方式及经济性等可采用各种能源。在小于100的热消耗领域内，热泵节能技术具有很好的应用前景。高温的传统干燥器不适合干燥热敏感的生物制品，而热泵能够在-20100控制湿度和温度任意可调，能够很好的满足热敏感生物制品的干燥要求，所以应用热泵干燥大有潜力。热泵干燥通过降温除湿后再升温来降低空气的相对湿度，在可以保证干燥物料的干燥温度条件下，达到需要的干燥相对温度，进而对干燥物料的含水率进行控制。利用热泵干燥关键在于能回收利用热泵干燥废气中的部分潜热和显热，从而大大降低干燥能耗，具有高效节能的环保优势。1.2 国内外研究现状热泵的理论基础起源于十九世纪早期卡诺的著作，他在1824年发表关于卡诺循环的论文。1850年初william thomson（后尊称为lord kelvin）提出：冷冻装置可以用来加热，并于1852年首次提出热泵的设想，亦称热能放大器。最早关于热泵应用的报告是haldane在1930报道的有关1927年安装在苏格兰的家用热泵的安装和测试。1943年sulzer公司在德国建成的地下室除湿装置中采用热泵技术。其后，热泵技术在干燥领域的应用就得到迅速发展。在50年代美国首先将热泵用于干燥粮食，接着美国的westair系统有限公司将热泵用于木材干燥，10年内发展到1000套装置。法国在19701977年间安装了近千台热泵式木材干燥器，到1980年大约有3千家木材干燥厂采用热泵干燥技术，其单位能耗值只有1800kj/kg(水)，与高温干燥器相比，热泵干燥能耗降低80%左右；可见热泵干燥的节能效果相当显著。此外，热泵干燥也在向高温、大型、连续性发展。日本三菱重工业公司已开发出了温度在80120c高温用热泵。加拿大、美国和德国用热泵干燥木材非常普遍，美国越来越多的粮食加工厂应用热泵干燥。近年来日本的热泵干燥仍呈上升趋势，已应用于包括海产品、蔬菜、水果、茶叶和化工产品等行业。我国对热泵干燥技术的研究起源于六十年代，在八十年代中期开展起来。上海市能源研究所从1985年开始研制热泵式木材干燥机，曾先后获得上海市科技进步三等奖、上海市科学院科技进步一等奖和原物资部科技进步三等奖。近年来，北京林业大学一直致力于木材热泵干燥的研究，积累了大量的实验数据和实践经验，而且在实际运行中节能效果和干燥效果均较理想。广东省农机研究所开发出应用于农副产品的热泵干燥装置。上海能源研究所与上海种子公司合作开发了粮食种子热泵干燥装置，节能效果和干燥品质都非常理想。1.3 本课题的主要研究内容本设计参照已有的热泵技术知识，将热泵系统加入烘箱箱体，代替原有的电阻丝加热的加热方式，设计出具有排热回收的热泵式罗汉果烘干机。设计主要可分为以下几个部分：（1）烘干机的整体方案和论证。包括烘干机的主要部件构成，运行原理和过程，烘干机的规格、功率等参数的设计确定。（2）传热传质过程的分析和计算。包括空气进出烘箱的状态分析，热量的计算，制冷剂的状态变化的分析计算。（3）热泵系统的设计选型。包括热泵系统的压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀及辅助设备等的计算选型。（4）风系统的设计。包括气流组织和流向、风机的选型、风口的设计、空气过滤器的设计选型。（5）控制系统的设计。包括驱动电机、制冷压缩机的控制电路，测温控温的控制电路。（6）装置零部件和装配图的设计。2 热泵式烘干机的整体设计热泵是通过消耗一定的功将热量从温度较低的物体或区域的传到温度较高的物体或区域的装置。整个烘干机的设计简图如下所示： 压缩机 膨胀阀 蒸发器2 冷凝器 新鲜空气 废气排空 蒸发器1 干燥箱图1 热泵烘干机的烘干流程简图整个装置主要由热泵系统、风系统和干燥箱体组成。热泵系统由制冷剂系统、压缩机、一台冷凝器、两台蒸发器、膨胀阀及辅助设备组成，风系统由风机和风道组成，而箱体由外保温层、内层和盛放罗汉果的各层架体组成。当启动装置，风机提供整个系统空气流动的动力，而压缩机促使制冷剂在热泵系统内循环。当低温低压的制冷剂液体经过箱体外的蒸发器而吸收外面空气的温度蒸发变成低压气体，进入压缩机后，被压缩成高温高压的气体，继续送至安装在箱体内的冷凝器，风机将空气鼓至送风处，与室温相同温度的空气掠过冷凝器，冷凝器内的高温高压气体放出热量逐渐液化，空气被加热送进干燥箱体，又把热量传给需要干燥的罗汉果，与罗汉果进行传热传质过程，带走箱内水汽，而制冷剂液体又通过节流装置继续送往蒸发器。携带水汽的这些空气温度还较高，具有的热量还有回收利用的价值，所以在排风口后还设置了一个蒸发器，当这些温度和湿度较高的空气掠过蒸发器时，热量被蒸发器内的制冷剂吸收，空气中部分水就凝结在蒸发器表面，被集水器收集排出。掠过回收热用蒸发器后的空气由出风口被排出系统。这样就完成了整个系统的一次循环。具体的烘干箱箱体尺寸设计和装配图见附图。2.1 箱体的设计2.1.1 箱体钢板的选择对保温箱所用的钢板的选择：冷轧钢板。冷轧是在室温条件下将钢板进一步轧薄至为目标厚度的钢板。和热轧钢板比较，冷轧钢板厚度更加精确，而且表面光滑、漂亮，同时还具有各种优越的机械性能，特别是加工性能方面，一般为薄板，可以作为冲压用板。2.1.2保温层材料的选择烘干箱的箱体主要材料为钢板，其传热系数很大，热阻小，箱体内外温差较大，热量很容易散失，必须考虑在钢板外再铺设一层热阻较大，阻止热量过快散失的保温材料。保温材料的选用：硅酸钙板。硅酸钙保温壁板是一种新型无机非金属板材。它的原料成份是由石英粉、消石灰料、增强纤维、助剂等组成。经过原料加工、模压成型、高温压蒸养护、烘千、切割、砂光等工序制成。硅酸钙保温壁板主要性能类别：d0.8密度：0.750.9g/cm3抗折强度：6mpa导热系数：0.25w/mk含水率：10%湿涨率：0.25%热收缩率：1%不燃性：符合gb8624a级不燃性建材目前烘干机、窑炉、干燥机的壳体保温壁板绝大部份是用钢结构件即用薄钢板包保温材料制成。投资大,且制作安装工作量大。而硅酸钙板本身就具有防火保温性能、用于上述设备的壳体保温有如下优点：（1）由于硅酸钙板导热系数低，所以保温性能良好、壁板厚度35mm,机内温度150时外壳表面温度约45。（2）硅酸钙极具有可刨、锯、钻等良好的加工性能、所以制作加工极其方便、比传统的结构件制作省工、省时、方便。（3）相同面积、相同效果的硅酸钙板比结构件保温壁板成本低。（4）不须上耐热漆、不须如钢结构件那样每经过一个周期要进行一次除锈防腐蚀处理维护工作, 节省了维修时间, 节约维护费用。（5）硅酸钙板热收缩率和温胀率均很低、因而设计使用中只须考虑框架结构的热胀冷缩现象、而不必过多考虑硅酸钙板预留伸缩缝间题。2.1.3 箱体有效容积的确定需烘干的罗汉果一般为中果等级，平均直径为52mm，1千克的果实平均个数为52个，一次最大烘干量设为150kg，则最多可烘干7800个罗汉果，所占容积为1m3左右，按设计要求，考虑其他部件所占空间，取一定余量，将箱体设计为1（长a）*1（宽b）*1.5（高h）大小，故箱体有效容积为1.5 m3。 烘盘是由铁丝网围成的抽屉型，按箱体长宽尺寸设计安装，共设计五层烘盘，层高15cm，即每层容积为0.15m3，每层约可盛放1600个罗汉果果实。2.2 热泵系统的设计2.2.1 制冷剂的选择较常用的可供选择的较理想制冷剂有r22和r134a，必须考虑许多因素和进行全面评价，既要符合消耗臭氧潜能值(odp)、全球变暖潜能值(gwp)等方面的要求，同时还应考虑热工性能、毒性、可燃性、相容性、投资和运行成本等。下面将r22与r134a的应用特性分析如下：（1）r134a的全球变暖潜能值(gwp)为0.25， r22为0.36 ，同属于温室气体。（2）r134a的消耗臭氧潜能值(odp)为0， r22为0.06， 这是r134a成为环保型制冷剂的理由。（3）r134a的比容是r22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此r134a机组的冷冻能力仅为r22机组的60% 。按单位制冷量价格计算，r22机组的价格约为r134a机组的60%左右。（4）r134a的热传导率比r22下降10%，因此r134a机组的换热器的换热面积需要更大。（5）r134a的吸水性很强，是r22的20倍，因此对机组系统中干燥器的要求更高，以避免发生冰堵现象。（6）r134a比 r22对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际运行中冷媒泄漏率较高。另外对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”，因此系统中必须增加添加剂。（7）r134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能的稳定性上劣于r22系统所使用的矿物油。（8）r134a等hfcs类冷媒及其专用脂类油的价格高于r22，设备的运行维护成本更高。综合上述比较，由于烘干机为较小型系统，且热泵系统所处环境有可能湿度较大，考虑到减小耗材节约成本等方面，故选用r22作为制冷剂。2.2.2热泵系统形式的选择常见的的制冷方式有蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷，吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程。吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。蒸汽压缩制冷系统是最常见个常用的制冷系统形式，它由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。蒸汽压缩式和吸收式所不同的就是蒸汽压缩式制冷是靠消耗机械运动（或电能）使热量从低温物体想高温物体转移，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种飞自发过程。由于吸收式制冷的设备要求较高，应用还不够广泛，故采用更常见运用技术更成熟的单级蒸气压缩制冷循环系统。 系统的基本原理：液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 3 传热传质过程热力分析和计算3.1 干燥过程有关概念（1）干燥速率 干燥速率是指在单位时间内被干燥的物料所汽化的水分量。影响物料干燥速率快慢的因素较多，在最通常的热风干燥中这些因素主要有：湿物料自身的性质与形状：这主要包括物料的物理结构、化学组成、形状大小、料层厚薄以及内部水分结合方式；物料的湿度：物料中水分的活度与湿度有关，因而会影响到干燥速度；物料的温度：物料的温度与物料中水分的蒸汽压有关，并且也与水分的扩散系数有关，一般物料温度愈高，则干燥速度愈大；干燥介质的温度：干燥介质的温度直接影响干燥过程的传热推动力，介质温度愈高，干燥速度愈大，当然介质温度的提高，要以不损害被干燥物料的品质要求为原则；干燥介质的湿度：介质的相对湿度愈低，物料水分汽化就愈快，在干燥初期，这一影响尤为显著；干燥介质的流动速度：介质的流动速度影响干燥过程的对流传热和传质，一般介质流动速度越大，干燥速度就越大，特别是在干燥的初期；介质与物料的接触状况：这主要指流动方向，当介质流动方向与物料汽化表面垂直时，干燥速度最快，而相互平行时，干燥速度最低，凡是能对介质流动造成较强烈的湍动，使气一固边界层变薄的影响因素，均可提高干燥速度。图2 干燥过程速率曲线（2）干燥阶段分析一般干燥过程可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒速干燥阶段 恒速阶段的干燥速率如图2中bc段所示的那样是恒定的。不论物料中非结合水其数量如何，此时物料表面的状况与温球温度计很温润的纱布表面状况很相似，气体与物料的接触也相当于大量热空气与少量水的接触一样，经过短时间之后，物料的表面温度即等于空气的湿球温度，且维持不变。而当温球温度tw为定值时，物料表面处空气的饱和湿度hw也为定值。于是按照湿球温度计湿纱布与空气间的传热、传质速率公式，就不难看出，在恒定空气条件下所进行的干燥，由于、以及均为恒值，湿物料的传热速率和传质速率就一定保持恒速不变。由于试样在刚移入干燥介质中时的初始温度一般不会恰好等于空气的湿球温度，所以干燥曲线和速率曲线上表现为有一不长的预热阶段。一般来说此阶段被汽化的水分为非结合水，与从自由液面的蒸发汽化无异。显然恒速干燥阶段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即取决于物料外部的干燥条件，故又被称为表面汽化控制。当干燥速率为表面汽化所控制时，强化干燥操作时就必须集中在去改善外部传递的因素。在常压热风干燥情况下，因物料表面保持润湿，物料表面温度可近似认为是空气湿球温度，水分的汽化也可认为是近似于纯水表面的汽化，因此这时提高空气温度、降低空气湿度、改善空气与物料之间的接触和流动状况都将有利于提高干燥速率。降速干燥阶段 干燥过程中，当物料的含水量降至临界含水量以后，便转入降速干燥阶段。在此阶段中，干燥速率的变化规律已与物料性质及内部结构有关，总的表现为水分自物料内部向表面转移的速率低于物料表面向空气的汽化速率，蒸发已由表面汽化控制转变成内部扩散控制。降速的原因大致是因为：物料表面逐渐变干、汽化面逐渐向物料内部移动，使得物料内部传热、传质途径加长（其影响表现在干燥曲线上为de段，也称第二干燥阶段）；另外此时物料中的非结合水已基本除尽，当汽化各种结合水时，平衡蒸汽压将逐渐下降，使传质推动力减小；对非多孔性物料（如肥皂、木材、皮革等）汽化表面只能是物体外表面，它不可能内移，当表面水分去除之后，干燥速率就取决于物料内部水分的扩散，而内扩散是个速度极慢的过程，且扩散速度还要随含水量的减少而不断下降。因此，随着物料内部含水量的减少，其温度会不断上升，干燥速率也就越来越低。正因为降速干燥阶段干燥速率的大小主要取决于物料本身的结构、形状和尺寸，而与外部的干燥条件关系不大，故此阶段相对恒速干燥阶段又被称为物料内部迁移控制阶段。 降速干燥阶段的干燥速率曲线的形状亦会随物料内部结构的不同而异。在农产品和食品干燥加工中，物料降速干燥最为常见，例如新鲜水果、蔬菜、肉、鱼等的加工制品以及果胶、明胶、酪蛋白等一类胶体性物质均是以降速干燥为主。由于降速干诊阶段的干燥属于水分的内部扩散控制，所以欲强化此种状态下的干燥就必须着眼于改善内部水分扩散的影响因素才行。故应保持烘干箱体的通风良好，确保水分及时排除。3.2 空气传热传质的分析计算干燥过程是气、固两相的热、质同时传递过程，所以对过程设备进行数学描述时，必须列出物料衡算式、热量衡算式、气固相际传热及传质速率方程式，还必须同时列出物料内部的传热、传质速率方程式。物料内部的传热、传质与物料的内部结构、水分与固体的结合方式、物料层得厚度等众多因素有关，要定量地写出这两个特征方程式是非常困难的。所以在此采用从宏观总体考虑的方法分析传热过程。已知室内设计环境温度t0=25，相对湿度0=65%，含湿量d0=12.906 g/kg干空气，焓值h0=58.124。据经验资料，罗汉果的烘干温度不宜超过65，故烘箱的最高烘干温度为65，烘干过程需蒸发掉占罗汉果重量75%的水分。整个设备烘干过程所消耗的热量可分为罗汉果升温吸热热量q1 ，罗汉果中自由水分的汽化潜热q2 ，箱体维护结构散热q3 ，新风负荷q4 ，用于热量供给的冷凝器的热负荷即为这几项耗热之和。（1）罗汉果升温吸热查干燥设备手册11得知一般玉米、大豆等农产品的比热容值为12 kj/ (kgk)，缺少罗汉果的比热值资料。为保证需热量处于峰值的供热，此处取罗汉果比热cm=3 kj/ (kgk)，则150kg的罗汉果从25升温至65吸热热量m罗汉果总重量，kg；cm罗汉果比热，kj/ (kgk)；t罗汉果温升。（2）罗汉果种自由水分的汽化潜热水蒸汽的汽化潜热为rt=2500-2.35t kj/kg，烘干过程需蒸发掉占果重75%的水分，则这些水分的汽化潜热热量t蒸发水分的温度，；d蒸发水分的质量，kg。（3）维护结构散热耗热维护结构材料主要由箱体内层冷轧钢板和保温层硅酸钙板组成。冷轧钢板厚度1=4mm，导热系数1=40w/mk；硅酸钙板板厚2=35mm,导热系数1=0.25 w/mk。维护结构散热面积则维护结构散热tn烘箱内环境温度，；tw烘箱外环境温度，。（4）新风热负荷烘箱外室内空气状态t0=25，0=65%，d0=12.906 g/kg干空气，h0=58.124 kj/kg；经冷凝器加热后送入烘箱的空气状态：t1=65，1=8.23%，d1=12.906 g/kg干空气，h1=99.48kj/kg；与罗汉果换热后空气状态：t2=40，2=35%，d2=16.273 g/kg干空气，h2=82.304 kj/kg.物料的除水量干燥过程空气需要量新风热负荷cp空气定压比热容，kj/(kg)；t空气温升，；所以系统总耗热即冷凝器热负荷 考虑系统需热峰值取一定的余量，取 q总=12kw3.3 干燥介质传热传质过程的分析计算在此设计中使用资源最广最便于利用的空气作为干燥介质，在干燥过程的计算中，首先要确定从湿物料中去除的水分量及相应需要消耗的空气量和热量，然后才能据此去选择和设计风机和换热器，再进而去进行干燥器及其他辅助设备的选型与设计。这个传热传质过程包括空气被冷凝器加热的过程、热空气与罗汉果换热换湿的过程以及高温高湿空气掠过蒸发器部分热量被回收后冷却析湿的过程。由上节可知烘箱外室内空气状态t0=25，0=65%，d0=12.906 g/kg干空气，h0=58.124 kj/kg；经冷凝器加热后送入烘箱的空气状态：t1=65，1=8.23%，d1=12.906 g/kg干空气，h1=99.48kj/kg；与罗汉果换热后空气状态：t2=40，2=35%，d2=16.273 g/kg干空气，h2=82.304 kj/kg.经过热回收蒸发器后的空气状态：t3=20，3=100%，d3=14.694 g/kg干空气，h3=57.494 kj/kg.则蒸发器中排走的冷凝水量热回收蒸发器可回收空气热量即为掠过蒸发器的湿空气对蒸发器的传热排出湿空气中液化冷凝水从40变为20的冷凝放热 故热回收蒸发器可回收热量（冷负荷qe）空气进出烘干箱过程状态变化焓湿图如下所示hd0 1 23图3 空气进出烘箱的状态变化焓湿图热泵干燥系统各点湿空气的参数值状态点干球温度（）湿球温度（）露点温度（）相对湿度（%）含湿量（g/kg）焓（kj/kg）02520.18517.9816512.90658.12416529.93217.9818.2312.90699.4824026.36821.6223516.27382.3043202020.0110014.69457.494 干燥介质状态变化过程：状态为0点的室外空气掠过冷凝器，被加热，温度升高，相对湿度变小，吸湿能力变大，达到状态1，进入烘箱，将热量传给待烘干的罗汉果，并吸收罗汉果蒸发的水分，温度降低含湿量、相对湿度变大，变成状态2，状态2的空气最后掠过回收热量用的蒸发器表面，温度骤降，其中的部分水蒸气液化凝结，空气含湿量变小，变成状态3。因最后状态3的空气与室内空气相比温度较低含湿量较高，不具有再循环价值，故应选择将其全部排出。4 热泵系统的设计计算4.1 热泵系统工作条件的确定（1）冷凝温度tk的确定要求最高烘干温度为65，烘箱外室内环境温度为25，掠过冷凝器后被加热，故冷凝器的冷凝温度必须比要求温度与被加热空气有t=1015的传热温差，空气比热较小，应取较大的温差，故选择t=15。冷凝温度（2）蒸发温度的确定因为热泵系统具有两个蒸发器，一个用于吸收烘箱外环境的热量，另一个用于废气的热量回收，在此需考虑两个蒸发器的连接形式。并联是将制冷剂分别分管接至两个蒸发器的进液口，再将连接两蒸发器的出气口的管道接合至压缩机，制冷量（即可吸收的热量）大，两路可设计不同的蒸发温度，制冷剂分别流进两个蒸发器，流路压力损失小。若两个蒸发器的温度不一样，可在蒸发温度较高的那个蒸发器出口加蒸发压力调节阀。串联是指将第一个低温蒸发器的出气口与第二个高温蒸发器的进液口连接，最终蒸发温度与冷凝温度的温差变小，效率较高，但蒸发器串联的制冷剂流路阻力大，对回油不好，两个蒸发器之间相互影响较大，最终也会影响换热效果。故采用两个蒸发器并联的形式，系统更简单稳定，便于控制。烘箱外室内环境的空气温度为25，经过热回收蒸发器后的空气温度为20，温度相近，则可以将两个蒸发器的蒸发温度设置为相同。吸收环境热量的蒸发器的蒸发温度t01的确定环境温度t0=25，取t=15的传热温差，所以低温蒸发温度蒸发器的蒸发温度t02的确定废气温度为t2=40，取t=10的传热温差，所以高温蒸发温度（3）过热温度的确定压缩机的吸气温度一般与制冷剂种类、吸气管的长短和保温情况有关。以氟利昂为制冷剂的制冷系统一般希望有一定的吸气过热度，一则可以提高循环的经济性，同时避免液击事故的发生，保证系统正常运行。氟利昂过热度为815。对蒸发器来说，最佳过热度设定值是当系统运行时热力膨胀阀中感温包的温度变化最小，当过热度为8时，感温包的变化温度为8.57.5，为最小变化值。因此选择t=8的过热度。（4）过冷温度的确定 离开冷凝器的液体常有一定的过冷度，以减少节流闪发气体，提高制冷能力。过冷度一般为36，在此取过冷度t=5。4.2 热泵系统的热力计算热泵系统的两个制冷剂循环回路相同，压焓图如下所示：lg-ph2 201 13 34 4图4 热泵系统制冷剂循环压焓图根据绘制的p-h图查表求得各状态参数：蒸发压力p0=0.68mpa，冷凝压力pk=3.66mpa比容v1=0.03469 m3/kg , v1=0.03611 m3/kg，v2=0.00755 m3/kg焓值h1=409.23 kj/kg，h1=415.17 kj/kg，h2=459.36kj/kg, h3=h4=311.19 kj/kg, h3=h4=301.54 kj/kg（1）单位质量制冷量（单位吸热量）q0的计算（2）单位容积制冷量（单位吸热量）qv的计算 （3）单位冷凝负荷（单位制热量）qk的计算（4）冷凝器制冷剂质量流量mr的计算（5）热回收蒸发器的制冷剂质量流量mr1的计算（6）吸收外界环境热量蒸发器的制冷剂质量流量mr2的计算（7）吸收外界环境热量蒸发器的制冷量（吸热量）q0的计算（8）压缩机所需的理论功率pth的计算（9）热泵性能系数cop的计算5 热泵系统的设备设计计算与选型制冷剂在热泵系统中的流向及热泵系统各部件的连接简图如下所示：图5 热泵系统部件连接图图中1-压缩机；2-油分离器；3-冷凝器；4-储液器；5-干燥过滤器；6-热力膨胀阀；7-蒸发器；8-气液分离器。5.1 压缩机的设计选择根据工作原理的不同，制冷压缩机可分为两大类：容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机，常用的制冷压缩机有活塞式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机离心式制冷压缩机，其特点如下：表1 三种形式压缩机的比较压缩机种类活塞式螺杆式离心式单级最大压缩比10204.5单机制冷量（kw）0.11202018009010000主要用途制冷装置、电冰箱、空调器、汽车空调、热泵制冷装置、空调、热泵制冷装置、空调主要特征使用简单、品种齐全、价格便宜、不适合大容量设备适合于高压缩比场合，多用于制冷装置、空调与热泵系统适合于大容量系统，不易于高压缩比 由前面计算可知压缩机理论功率为3.58kw，为小功率型压缩机，故选用活塞式制冷压缩机。压缩机级数应根据设计工况的冷凝压力与蒸发压力之比来确定。一般若以氟利昂为制冷剂，当pk/p010时，应采用单级制冷压缩机；否则应采用两级压缩机。对于本设计制冷系统中，pk/p0=5.3810，因此，本设计制冷系统采用单级压缩。 压缩机的容积效率： =式中： 压缩机的吸气压力，mpa ； 压缩机的排气压力，mpa ； n 制冷剂的压缩指数，制冷剂为r717时，n = 1.28，制冷机为r12时，n = 1.13，制冷剂为r22时，n = 1.18。系统所需理论输气量计算：vh=选择由台州精威制冷电器有限公司生产的z型系列压缩机，有关参数见下表图6 压缩机选型尺寸图表2 压缩机主要参数压缩机型号电机名义功率（hp/kw）1450r/min排气量50hzm3/h缸数*直径*行程mm油注入量l电源v/hz最大工作电流a启动/堵转电流a曲轴箱加热器220vw供油方式bf-5pz-0015/3.726.844*50*39.32.0380420/y/3/504404880/y/3/6013.562.2115飞溅润滑压缩机在设计工况下的实际排气量： m3/h =0.005 m3/s符合要求压缩机在设计工况下的制冷量：=14.91 kw 则压缩机的制冷量q0=14.9112 kw，可以满足要求压缩机设计工况下的理论功率： 式中：压缩机内单位质量制冷剂所消耗的理论功，kj/kg压缩机设计工况下的指示功率：当压缩比为pk/p0=5.38，查询活塞式制冷压缩机指示功率关系图可知=0.81。则： pi=7.55kw压缩机设计工况下的轴功率：pe=7.95kw式中： 传动效率，直联时， = 1.0，皮带传动时， = 0.970.99。本设计系统采用直联。5.2 冷凝器的设计选型冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化，在这个过程中，冷凝器向外界环境散热。根据冷却剂种类的不同，冷凝器可归纳为四类，水冷、风冷、水-空气冷却以及靠制冷剂或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。由于烘干机设计要求占用空间小，装置从简的原则，热泵系统中的冷凝器相当于烘干用的加热器，而且需要加热的介质就是空气，故采用风冷式冷凝器。由前面计算已知冷凝器热负荷qk=12kw式中： 冷凝器热负荷系数，它与蒸发温度、冷凝温度、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，其值随蒸发温度的降低和冷凝温度的升高而增加。这里取=1.15冷凝器传热温差的计算： 30.8 式中：烘箱内要求空气温度，； 烘箱外空气温度，； 冷凝温度，。冷凝器传热面积的计算： 式中：k 冷凝器的传热系数，w/(m2k)，由于采用氟利昂空冷式（强制对流）冷凝器，根据空气调节用制冷技术12查得其传热系数2535w/(m2k)，因传热温差较大，在这里k取35 w/(m2k)。冷凝器的选型 计算出所需冷凝器的理论传热面积后，考虑到冷凝器使用一段时间后，由于污垢的影响传热系数会降低，因此在选择冷凝器型号前，应将上面计算值放大5%10%。以保证液态制冷剂有815的过冷度。则冷凝器的实际传热面积： 可向北京五洲同创空调制冷设备有限公司定制非标准的翅片式空气冷凝换热器，主要参数如下：表3 冷凝器参数表换热面积（m2）名义换热量（kw）设计压力（mpa）最高冷凝温度（）14.5143.8805.3 蒸发器的设计选型蒸发器的作用是通过制冷剂蒸发（沸腾），吸收载冷剂（空气）的热量。根据供液方式的不同，可分为满液式、非满液式、循环式和淋激式蒸发器。在此设计中，蒸发器是用于吸收空气的热量，宜采用直接蒸发式空气冷却器，属于非满液式蒸发器的一种。按照空气的运动状态分自然对流和强制对流两种形式，因主要目的不是制冷，为尽量减少元件节省耗费，故只采用自然对流形式即可。（1）热回收蒸发器的设计计算及选型蒸发器传热温差的计算： 式中：回收热量后空气温度，； 回收热量前空气温度，； 蒸发温度，。蒸发器传热面积的计算：式中：k 蒸发器的传热系数，w/(m2k)，由于采用直接蒸发式空气冷却器，根据空气调节用制冷技术12查得其传热系数3045w/(m2k)，在这里k取35 w/(m2k)。 考虑到制冷剂的过热和附着污垢影响换热，应取10%15%的富余量，则蒸发器设计传热面积可向北京五洲同创空调制冷设备有限公司定制非标准的翅片式空气换热器，主要参数如下：表4 热回收蒸发器参数表换热面积（m2）名义换热量（kw）设计压力（mpa）蒸发温度（）105.60.710（2）吸收外界热量蒸发器的设计计算及选型蒸发器传热温差的计算式中：外界环境空气温度，； 掠过蒸发器后的空气温度，； 蒸发温度，。蒸发器传热面积的计算：式中：k 蒸发器的传热系数，w/(m2k)，由于采用直接蒸发式空气冷却器，根据空气调节用制冷技术12查得其传热系数3045w/(m2k)，在这里k取35 w/(m2k)。 考虑到制冷剂的过热和附着污垢影响换热，应取10%15%的富余量，则蒸发器设计传热面积可向北京五洲同创空调制冷设备有限公司定制非标准的翅片式空气换热器，主要参数如下：表5 吸收外界热量蒸发器参数表换热面积（m2）名义换热量（kw）设计压力（mpa）蒸发温度（）8.53.50.7105.4 热力膨胀阀的选型膨胀阀的作用是对高压液态制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，调节供入蒸发器的制冷剂流量。膨胀阀的容量是随工况而变的，因此选择膨胀阀时应考虑蒸发温度、膨胀阀液体进口温度和膨胀阀前后的压差等因素对容量的影响。因为热力膨胀阀是通过蒸发器出口气态制冷剂过热度控制膨胀阀开度的，广泛应用于氟利昂系统，所以我选用热力膨胀阀。热力膨胀阀除了可以采用一些特殊的公式进行选择计算外，还可以按照厂家提供的膨胀阀容量性能表选择。但是在选配时一般要求热力膨胀阀的容量比蒸发器负荷大20%30%。则热回收蒸发器前的膨胀阀容量吸收外界热量蒸发器前的膨胀阀容量 根据上海恒温控制器厂有限公司提供的产品数据及性能参数，选用其tcl(e)系列产品。 特点：l 蒸发温度范围大:-60+50,可适用于冻结、冷藏和空气调节装置。l 可互换的流口组件：更易于库存/便于容量匹配/更好的维修服务。l 用于r22时，名义制冷量从0.51890kw(0.15540tp)。l 可提供mop(最大操作压力)限制功能保护压缩电机,防止由于过高的蒸发压力导致其损坏。l 防腐、防锈的不锈钢动力头。表6 热力膨胀阀参数表阀型号名义容量（kw）标准接管毛细管长度平衡形式及外平衡接管尺寸重量tcl(e)2h7.04进口16 odf出口16 odf 直角或直通焊接1.5m内或外平衡61喇叭口螺纹1.5kg 图7 热力膨胀阀选型尺寸图表7 热力膨胀阀尺寸表 mm接管形式标准接管插入深度abcdefg进口出口进口出口直通16 odf16 odf131394656530.5179.5655.5 油分离器的选择 制冷压缩机工作时，总有少量滴状润滑油被高压气态制冷剂携带进入排气管，并可能进入冷凝器和蒸发器，影响换热效果。油分离器就是用于将制冷剂中携带的润滑油分离出来。计算油分离器筒体的直径：式中: 压缩机的理论排气量，其值为；压缩机的容积效率，为0.671；w0油分离器内蒸汽的流速，取值范围为0.81.0m/s，取1.0m/s。选择上海法亿制冷设备有限公司的wino-5201离心式高效油分离器。 表8 油分离器尺寸表型号接口尺寸（英寸）尺寸a（英寸）尺寸b（英寸）wino-52010.5410.25图8 油分离选型尺寸图5.6 储液器的选择储液器的作用主要有：贮存从冷凝器来的液态制冷剂,保证冷凝器的传热面积得以充分发挥；供应和调节制冷系统内各部分设备的液体循环量,以适应工况的需要。储液器的容积按制冷剂循环量进行计算，其贮存量可容纳系统最大的小时制冷量对应循环工质的1/31/2。同时，考虑当环境温度变化时，储液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，其贮液量一般不超过整个容积的70%80%。式中：m系统制冷剂小时循环量；v3tk温度下的液态工质比容，根据r22饱和液体与饱和气体物性表得知v3=0.00512 m3/kg。选用杭州斯波兰冷暖设备有限公司spls系列的高压储液器。主要参数如下：表9 储液器参数表型号运用马力（hp）高压储液量（l）低压储液量（l）高压口径（in）低压口径（in）长（mm）宽（mm）高（mm）spls-30410.90.53/81/2150150260图9 储液器选型图5.7 气液分离器的选择气液分离器是用来分离蒸发器出口的低压蒸气中的液滴，防止制冷压缩机发生湿压缩甚至液击现象。气液分离器的筒体直径：式中: 压缩机的理论排气量，其值为；压缩机的容积效率，为0.671。 而选择气液分离器时，应保证筒体横截面积的气流速度不超过0.5m/s，故由 推出 选择上海法亿制冷设备有限公司型号为wino-204的气液分离器，具体参数如下：表10 气液分离器尺寸图表型号接口尺寸（英寸）a（英寸）b（mm）c(mm)d(mm)wino-2041/2421522535.8 干燥过滤器的选择制冷剂的过滤器用于清除制冷剂中游离的水分的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等。液体过滤器通常设在节流阀、热力膨胀阀、浮球调节阀、电磁阀和液泵之前，用以保护阀的严密性和液泵的运转部件。气体过滤器设在压缩机的吸入口，用于保护压缩机的气缸和阀片，避免磨损。干燥器用于氟利昂系统吸附制冷剂游离的水分，以免流道狭窄处造成冰塞，通常氟利昂系统干燥器和过滤器做成一体，称为干燥过滤器。在此选择星技工业设备有限公司nt-520a型号的干燥过滤器，其参数如下：表11 干燥过滤器参数表型号处理流量（m3/min）最大压力(kg/m2)尺寸（mm）重量（kg）nt-520a0.417.518177320.9图10 干燥过滤器图6 风系统的设计6.1 冷凝风机和风口的设计由前面计算可知，掠过回收热量的蒸发器后的空气温度较低，含湿量较大，不具有循环利用的价值，采取全排出的方式，故不必设计循环风道，风系统为穿流直通的形式，空气被风机由送风口吸入，经过过滤网，掠过冷凝器被加热后送入烘箱，与箱内罗汉果进行热湿交换，掠过热回收蒸发器后，由排风口排出。由新风热负荷计算可知干燥过程需要的空气量为g=0.193kg/s，则空气体积流量即风机负荷根据最新干燥技术工艺与干燥设备选型及标准规范实施手册10查得穿流式的送风风速一般控制在0.20.5m/s左右，为快速排出湿量保证烘箱内较低的湿度，在此取v=0.5m/s的送风速度。则送风口面积在此选用广州市新风通风设备有限公司的dz小型工业风机风机，参数如下：表12 冷凝离心风机参数表型号电压（v）功率（kw）风量（m3/h）风压（pa）转速（r/min）dz160220/3800.2580010809007002850图11风机尺寸图表13冷凝离心风机尺寸表 mmahh1b1b3b4b6bd1d222