电冰箱制冷系统原理与设计

1、电冰箱制冷系统原理与设计 产品开发中心 制冷所 更新日期 2014/11/12 内容 1. 理论基础 2. 蒸汽压缩式制冷循环 3. 制冷剂 4. 压缩机 5. 润滑油 6. 冷凝器 7. 蒸发器 8. 毛细管与回气管换热器 理论基础 相变 三相图 饱和压力曲线 （H2O） 物体的固液气三相存在形式和温度，压力密切相关。 在相变过程中伴随着潜热的吸收和释放，但物质的温 度维持不变。 液体的饱和温度会随压力升高。 常见物质：干冰（常温常压下直接升华）水 焓-温度状态图 （H2O） 理论基础 理想气体状态方程 热传导 A x T kQ mRTPV 对流 )/(1067. 5 428 4 KmW T

2、Qf 辐射 ThAQ （1） （2） （3） （4） 热交换器的换热 inout hkh U TUAQ 11 1 热交换器的换热 蒸汽压缩式制冷循环 压缩：等熵过程 冷凝：等温过程 膨胀：等熵过程 蒸发：等温过程 蒸汽压缩式制冷循环-实际制冷循环 带毛细管回热的理想循环 制冷系统实际循环 制冷剂 汽化潜热高 吸气密度大 吸排气压力高于大气压力 三相点和临界点温度在工作范围之外 化学性质稳定，和系统构成材料相容性 好，和润滑油有相容性。 无腐蚀、无毒、无可燃性 绝缘性好 不污染环境 成本低 制冷剂是制冷系统的热量的吸收和传递介质。 制冷剂压焓图说明 制冷剂压焓图说明 制冷剂 1) 在压焓图上标

3、示系统循环。 2) 熟练查询制冷 剂的物理性质。 3) 利用压焓图进 行系统的分析 和计算。 压缩机 压缩机分为容积型和速度型 压缩机工作过程分析 压缩机工作效率 容积效率 绝热等熵效率 电机效率 机械效率 压缩机的润滑系统向压缩 机各摩擦副提供润滑油， 润滑油在压缩机中起的作 用： 减少摩擦； 带走摩擦热 气缸摩擦面密封 衡量润滑油性质的参数 1.粘度 2. 制冷剂相溶性 3. 低温下的流动特性 4. 酸值 5.闪点 6.化学稳定性及材料相容性 7. 介电强度 润滑油 与制冷剂的相容性： 温度越高，制冷剂在油 中的溶解量越低。 压力越高，制冷剂在润 滑油中的溶解量越高。 冷凝器的作用 接收从

4、压缩机排出的高温高压蒸汽，然 后在冷凝器内冷却，将过热蒸汽冷却成 饱和蒸汽（移除显热），然后再冷却成 液体（移除潜热），一般情况下，在冷 凝器出口，制冷剂液体会继续冷却成过 冷液体（释放显热）。 冷凝器的负荷 蒸发器制冷量+压缩机输入功 冷凝器管线的温度变化 冷凝器 冷凝器的负荷来自两部分： 压缩机输入功+蒸发器制冷量 冷凝器的负荷 ambk k ecomvk TTT TUAQ QPhhqQ )( 42 冷凝器的温度变化 冷凝器入口为过热蒸汽，向环境排放显热，温度降低，当 制冷剂温度降至饱和冷凝温度，则蒸汽开始冷凝成液体， 开始排放潜热，温度不变； 当制冷剂完全冷凝成液体，继续向环境排放热量，

5、则进入 过冷段，同样是显热的排放，温度降低。 过滤器的X 射线照片 冷凝器的关键设计参数 换热温差T 因为冷凝器需要向环境排放热量，故要求冷凝 温度与环境温度间保持适当的温差，一般情况 下T 实测在510即可满足系统设计要求 过冷度 在冷凝器的出口一般都要求有一定的过 冷度，这样可以降低毛细管出口的制冷 剂蒸汽的干度，提高制冷剂的质量流量， 提高系统制冷量。 冷凝器的设计原则 内藏式冷凝器 管道均匀分布在冰箱侧板上（尽量排满），充分利用侧板表面积。 冷凝管道长度并非越长越好（太长会造成冰箱冷媒充注量增加）。 铝箔贴附质量对冷凝器性能影响较大。 因内藏式冰箱增加了箱体的热负荷，对应区域冰箱发泡层

6、厚度要增加。 外挂丝管式 管道流向应设计为入口在上，出口在下，保证液态制冷剂沿重力方向流动。 冷凝器与后背必须留有间隙，保证自然对流顺利进行。 表面积越大，换热能力越强，材料成本越高。 强制对流式 必须设计专门的风路保证冷凝器换热面积充分参与换热。 防止进风和出风短路 风机转速适中，防止噪音超标 调整风机转速可以实现冷凝器变容量控制，防止低环温下系统冷凝压力偏低。 冷凝器匹配时，应根据最大负荷 来设计冷凝器的容量。当环境温 度升高，冷凝温度升高，同时冷 凝器负荷增加。 冷凝压力随环温上升迅速增加。 蒸发压力虽然也会增大，但系统 高低压侧压差随环温增加。 低温环境下，由于压差过小，可 能会造成制

7、冷剂无法正常流动完 成循环。 环温对冷凝器的影响 增大制冷剂充注量 低温下停止冷凝风机运转，提高冷凝 温度 利用制冷剂液体的蒸发，从低 温环境吸收热量，再通过回气 管排向压缩机。 蒸发器的负荷大小： 蒸发器的作用 )( 56 hhqTAUQ veee 回热 615 4 hhhh 蒸发器的种类 在有限的空间内，使蒸发器的散热面积最大化。 热负荷大的区域相应蒸发器面积要加大。 蒸发器管道长度增加，相应充注量也要增加，冷凝器散热面 积也要增加。 制冷剂液体在蒸发器管道内流 动的摩擦黏滞阻力会使制冷剂 的压力降低，同时造成蒸发温 度降低。 制冷剂以汽液两相的状态进入 蒸发器，然后液态制冷剂吸收 蒸发器

8、外环境的热量进行蒸发 ，如果蒸发器内的管道压降可 以忽略，则蒸发温度维持不变 。当液态制冷剂完全蒸发完后 ，会继续吸收环境热量，形成 过热蒸汽。 蒸发器内的压力和温度变化 蒸发器出口过热度 液态制冷剂吸热蒸发，其制冷量远大于过热蒸汽吸热。在进行系统匹配时，为了 充分利用蒸发器换热面积，则需要保证蒸发器末端无过热或过热度较小。 为了保障压缩机阀组安全，不允许有液态制冷剂回流至压缩机，需要有气液分离 器和回气管换热器来存贮，消耗蒸发器末端残留的制冷剂液体。 系统充液量小，容易出现蒸发器出口过热度大的情况。 蒸发器侧制冷剂流量小，容易出现蒸发器出口过热。 热负荷增加，或者刚开机运行，会出现短暂蒸发器

9、过热。 蒸发温度必须与热源温度匹配 蒸发温度一般应比低温热源的设计温度低5-10，保证足够的换热温差。 冷冻箱蒸发温度应在-25 以下，冷藏箱可以设计在-15左右。 蒸发温度受系统充液量影响 制冷剂充液量少，蒸发器侧制冷剂量不足，压缩机吸气压力低，蒸发温度低。 蒸发温度受空气侧换热性能影响 空气侧换热面积大，换热系数高，蒸发温度高。 如翅片蒸发器，风机转速升高，换热性能增强，蒸发温度升高；加大翅片密度，换热 性能提高，蒸发温度升高。 蒸发温度的影响因素 储液器一般布置在蒸发器末端，回气管的前端，存储所有 蒸发器末端残留的制冷剂。因储液器仍然处于低压侧，故 应放置在低温区域或发泡层内。 内部分离

10、管插入深度要保持一致，否则会造成匹配系统充 液量不准确。 进入储液器的是汽液混合态，出口为汽态。 内插管设有油回流孔，便于润滑油回流。 储液器（气液分离器） 储液 器的X 射线 照片 电冰箱一般将毛细管与回气管做成组件 进行装配，回气管流过低温制冷剂，毛 细管内流过高温制冷剂，逆流换热使毛 细管内的制冷剂过冷，回气管内的制冷 剂过热，有助于提高系统制冷量和COP ，并且保证压缩机的安全性。 1-2段为过冷液体的绝热膨胀，压力降呈 线性变化，在点2处压力降至对应饱和压 力，开始有制冷剂闪发，之后压力迅速 降低。 毛细管内制冷剂的质量流量与相关参数 的关系 在不改变压差的情况下，提高入口制冷 剂的过冷度，可以提高制冷剂流量，并 且降低毛细管出口制冷剂的干度。 毛细管与回