11.小型制冷装置

第十一章小型制冷装置11.1小型冷藏冷冻装置11.1.1家用电冰箱（1）电冰箱的分类电冰箱是一种小型整体式冷藏、冷冻装置，用途广泛，品种繁多。通常按以下几个方面进行分类：①按冰箱的制冷方式可分为：电动机驱动压缩机式、电磁振荡压缩机式、吸收式、半导体式、磁性制冷式等。②按冰箱的用途可分为：家用冰箱、商用冰箱、厨房冰箱及低温冰箱等。③按箱门形式可分为单门、双门、对开门、三门或多门。④按冰箱的容积可分为：小型、中型和大型三种。目前普遍采用按有效容积划分。容积小于120L的称为小型，120～250L的称为中型，250L以上者为大型。⑤按冰箱的放置方式可分为：落地式、台式、手提式。⑥按冷冻室温度可分为：一星级冰箱、二星级冰箱、高二星级冰箱、三星级冰箱及四星级冰箱。见表11-1。⑦根据使用环境的不同可分为：普通环境使用和湿热环境使用两类。前者标以“N”，后者标以“T”，各有不同的设计要求。（2）箱体结构冰箱制冷系统由压缩机、冷凝器、毛细管及蒸发器组成。制冷剂经压缩后送到冷凝器内，冷凝成液体后经毛细管节流进入箱体内的蒸发器中，吸收箱内的热量，蒸发成低压气体，然后再回到压缩机内。电冰箱全封闭式压缩机固定在最下层，冷凝器安装在箱体背面。箱体为双层结构，即外壳和内胆。外壳用优质薄钢板压制焊接而成，经喷砂或酸洗后喷涂磁漆或塑料。内胆用塑料真空成型。在外壳和内胆之间填以隔热材料。常用的隔热材料是现场发泡的聚氨脂泡沫塑料，厚约30～40mm。这种泡沫塑料保温性能好，且有较高的硬度和粘结强度，对箱体可起到一定的增固作用。发泡时按一定的配方配齐原料，混合后注入已装配好的箱体夹层内，使之发泡成型。各类冰箱的门体结构都很相似，门外壳与衬板之间填以泡沫塑料绝热层。箱门壁四周装有磁性橡胶封条，利用磁力作用将门封与箱体铁皮紧紧吸合，既可防止冷气外泄，又可防止潮气侵入。单门电冰箱是结构最简单的一种。箱内大部分空间为冷藏室，只在上方有一小空间，直接利用蒸发器围成一个冷冻室，并装有一扇小门。冷冻室温度控制在-10～-15℃之间，能快速冻结水、储藏低温药品和冻结食品。冷藏室没有蒸发器，所以冷藏室的降温是依靠上、下部空气的比重变化，使箱内空气形成自然对流循环而实现的，冷藏室内的温度一般控制在0～8℃。冰箱内装有照明灯，灯的开关由箱门的启、闭自动控制。有些冰箱内还装有杀菌灯，杀菌灯发出的紫外线有很强的杀菌消毒作用，可延长冷藏食品的存放时间。（3）蒸发器和冷凝器蒸发器是冰箱中产生冷量的部件。蒸发器有多种型式，较常见的有管板型及肋片管型。管板型是将金属板弯制成一个带圆角的方盒，方盒表面上粘有铜盘管采用这种蒸发器可获得较低的温度，常用于冷冻室。也有将蒸发器盘管粘附在箱体内胆上的蒸发器。还有的将蒸发器平板弯曲成多层框架，被冷冻的物品直接放在各层中。蒸发器产生的冷量在箱体内有两种传递方法：①自然对流：由于与蒸发器表面接触的空气较冷，比重较大，所以向下降落，而冰箱下部温度较高的空气向上浮升，形成自然对流.②强制对流：依靠设在箱内的风扇强制空气循。在只有一台肋片管式蒸发器的双温冰箱中，除风扇以外还要借助风道和风门分配风量，才能获得冷冻室和冷藏室的不同温度。冷凝器安装在冰箱的背面或侧面，有丝管式和箱体表面式两种。家用冰箱的冷凝器均为空气冷却式冷凝器。它可分为自然对流式和强制对流式两类。前者依靠空气的自然对流将热量带走，后者利用风扇强制空气流动而实现散热。有些电冰箱还设有副冷凝器。如图从压缩机排出的高温气体先通过副冷凝器，使从冰箱滴水盘流出的水蒸发，同时也减轻了主冷凝器的负荷。（4）毛细管家用压缩式制冷系统中都用毛细管做节流元件。毛细管是铜管，直径为0.3～１mm，长度为2～４m。装有毛细管的制冷系统，在压缩机停车后，需等3～5min才能再启动。因为正常运行时冷凝器内为高压，蒸发器内为低压，突然停车时，由于毛细管的节流作用使冷凝器内的压力仍很高，此时如立即启动，所需的驱动力矩太大。经过3～5min后，冷凝器的高压与蒸发器的低压便可趋于平衡，启动力矩为减小。11.1.２温度控制与除霜（1）温度控制温度控制的目的是使冰箱内的温度始终保持在预定的范围内。温度控制器由两部分构成：感温元件与动作开关，当冰箱内温度的变化超过预定范围时，感温元件接收这一信息并传递给动作开关，使其动作，从而改变电路状态，控制制冷循环的间歇运行，达到控制箱内温度的目的。目前普通应用的是感温囊式温控器。感温管紧压在蒸发器表面靠近吸气管的一端。当蒸发器出口过热度超过设计值时，感温腔端点Ａ会顶动杠杆，使快跳触点2与固定触点1闭合，接通压缩机电源。当蒸发器出口过热度低于设计值时，感温剂压力也随之降低，当A点对杠杆的推力小于主弹赞6的拉力时，触点2跳开，压缩机停机。冰箱内温度高低的调节依靠凸轮4来达到。凸轮4位置的变化会引起主弹簧6对杠杆拉力的变化，从而使A点顶动杠杆的压力发生变化。因此可利用这个凸轮将冰箱内的控制温度调高或调低。此外，还可通过螺钉6调节最低极限温度；通过螺钉3调节温控器的开停温差。这两个调节螺钉必须在出厂前按设计要求调节到适当的位置后用漆封固，以免用户随便旋动。温控器的开停温差一般为2～3℃。（2）除霜在电冰箱使用过程中，蒸发器表面的温度很低，当冷冻室内空气的温度降低到露点温度时，空气中的水蒸气就会结成箱，凝聚在蒸发器表面上。如果蒸发器表面的箱层太厚，蒸发器便不能正常工作，从而导致制冷效果下降。此外，压缩机须不停地运转，这样不仅耗电量大，而且有可能使压缩机发生故障。一般在霜层大于4mm时就需除霜。常用的除霜方法有人工除霜、半自动除霜、自动除霜以及快速除霜等四种。①人工除霜：人工除霜是最简单的除霜方法。具体做法是将温度调节器调节到压缩机停止运转点，使压缩机停止工作，箱内温度自然升高，霜层自然融化。②半自动除霜：冰箱温度调节器上附有除霜控制钮，除霜时按下此按钮，压缩机即停转，待箱内温度自然上使蒸发器表面温度上升到6℃时便自动停止除霜，恢复正常运转。③自动除霜：最初的自动除霜是在箱内安装一时间继电器，每隔8h或12h除霜一次。除霜期间压缩机停转，蒸发器表面以电热丝加热融箱，此后立即恢复运转。用这种方法除霜不会过大地影响箱内温度，但不分季节、不管有无结箱，都定时地用电加热融箱显然会浪费一部分电能。④快速除霜：快速除霜装置有两种：电加热或高温蒸气加热。用电加热法除霜时，除霜电加热器附在管板式蒸发器上，呈软管形。电热丝先由耐热纤维缠住，外面套上耐热软管，再用耐热树脂粘在蒸发器表面上；附在肋片管式蒸发器上的电加热器呈电热管状，管内由电热丝和绝缘填料构成，电热管镶嵌在肋片中。用高压热蒸气除霜的方法如图所示。在高压排气管上引出一旁通管，用一电磁阀控制管口，管的另一端与蒸发器相连接。当需要除霜时，开启电磁阀，制冷剂的高温蒸气通过旁通管进入蒸发器，对其加热融箱。除箱结束后关闭电磁阀，制冷系统恢复正常循环。11.1.3双温冰箱（1）具有一个蒸发器的双门、双温冰箱双门、双温冰箱内分上，下两层，上层为冷冻室、容积较小，一般占箱内总容积的1/3～1/4，下层较大的容积为冷藏室。冷藏室和冷冻室分别配以大小两扇箱门。在上、下两层之间水平地安装着肋片管式蒸发器，蒸发器后面装有一台小风机，用强制通风冷却整个箱体。双门、双温冰箱冷冻室的温度分别有-6℃，-12℃和-18℃三种规格，冷藏室温度为0～8℃由于箱内蒸发器被挡板隔出一条通风道，开箱后看不到蒸发器也看不到霜层，故一般称其为“无箱冰箱”。有时蒸发器不设在冷冻室与冷藏室之间，而设在冷冻室的后壁上，同时采用风机强制通风。这种冰箱中，可采用两种调节冷冻室与冷藏室的方法：①将温度控制器安装在冷藏室内，靠冷藏室的温度变化控制压缩机的开停，冷冻室的温度通过感温式风门控制器控制。②将温度控制器安装在冷冻室内，以冷冻室内的温度控制压缩机的开停，冷藏室的温度通过风门控制器进行调节。（2）具有两个蒸发器的双门、双温冰箱这种冰箱的外观与上述双门冰箱几乎没有什么区别。不同的是它的冷冻室和冷藏室各有一个蒸发器。节流后的制冷剂先进人冷藏室蒸发器，再进冷冻室蒸发器。冷冻室蒸发器由于流动阻力的影响，制冷剂的压力下降，蒸发温度亦有所下降。也可以让低压制冷剂先进入冷冻室蒸发器，这样的连接方法有利于低压气体过热，且能有效地避免液击。后一种方法的缺点是由于一般情况下冷冻室蒸发器的热负荷比冷藏室热负荷大得多，一旦冷冻室的热负荷变大，就有可能使流入后面冷藏室蒸发器的制冷剂全部为蒸气，在冷藏室蒸发器内不再有蒸发过程，冷藏室温度升高。设计冰箱时应考虑到冷冻室蒸发器与冷藏室蒸发器的传热温差是截然不同的。根据设计要求，冷冻室与冷藏室要分别保持各自的室内温度，这两个温度相差10℃以上，而在这两台蒸发器中制冷剂的蒸发温度几乎相等，这就要求根据两室各自的温差及热负荷，求取两台蒸发器的合理的传热面积。11.1.4冰箱热负荷的计算冰箱热负荷计算是冰箱的设计基础。只有在确定了热负荷以后，才能进行制冷系统的设计。冰箱热负荷Q：公式中Q1是冰箱箱体每小时的漏热量，Q2是冰箱内存放物品每小时放出的热量，Q3是开启箱门引起的每小时漏热量。公式中tr是室内温度；ti是箱内设计温度；K是箱壁的传热系数；F是箱壁传热面积。公式中式中Fi是冰箱内腔表面积；s是冰箱绝热层厚度；∑l是冰箱各传热面在内腔接缝线的总长度。冰箱内存放物品每小时放出的热量：开启箱门引起的每小时漏热量：注意：用风机强制空气对流的冰箱，计算热负荷时还要加上风机消耗的功率。11.1.5冷柜冷柜的容积比较大，常用的冷柜内部容积有0.5m3、1m3、1.5m3、2m3和3m3等几种。有些冷柜还分上、下两层，上层温度在冰点以上，可供存放熟食或食品的保鲜，下层温度在冰点以下，放生食品与冻结物品。冷柜的外型可分为立式和卧式两种：冷柜比家用电冰箱制冷量大，系统中充灌的制冷剂也多，因此常在冷凝器后装一储液器，储液器出口处安装截止阀，在制冷系统停止工作时关闭截止阀，使制冷剂液体存于储液器中，防止大量液体进人蒸发器而引起再次启动时液体进入压缩机。用于冷柜的压缩机有开启式、半封闭式和全封闭式三种。冷凝器有风冷和水冷两种，风冷式冷凝器有自然对流式或带一小型风扇的强制冷却式。蒸发器由铜管加工成盘形排管，紧靠箱体的内壁安装。也有做成肋片管式蒸发器辅以强制通风的结构。在冷柜的制冷系统中，常使用热力膨胀阀对制冷剂减压、节流。国产的LB系列冷柜的主要技术参数见表11-3。11.1.6小型冷库小型冷库以储存食品为主，多采用氟里昂制冷机。冷库有土建库和装配库两种。土建库采用砖木和混凝土结构，建成固定的建筑物，围护结构内部用隔热材料隔热。冷库可与其它建筑物建在一起，也可单独建造。装配式冷库是一种先由工厂制造好一系列的预制板和装配用附件，用户可根据需要现场装配的冷库。如图为一台装配式冻结库，每次可冻结1吨物品。库内温度为-35℃，冻结时间6～8h。库长3.65m、宽3.05m，高3.05m。墙板、顶板和地坪的保温材料均为硬质聚氨脂泡沫塑料。库内设置吊顶式冷风机一台，配有三台0.25kW的风扇。气流在回风板的作用下贴着侧墙自上向下通过导风板的引导，均匀地流向搁架，快速将搁架上的食物冻结。流出搁架的气流，沿库壁由下向上流动，进入冷风机的吸风口，在冷风机中放出热量，温度和湿度均下降。11.1.7空调器及去湿机空调器及去湿机是以制冷方式对空气进行处理的设备。由于空气处理的要求不同，空调器的类型也不同。如用于调节室内的温度冷风机或冷、热风机；用于去除室内空气中的水蒸气降低空气的湿度的去湿机；既可加热或冷却室内空气，又可对空气加湿或去湿，并能自动调节的恒温、恒湿机等。根据空气处理的要求，一般将空调器分成三个类型：即冷、热风型、去湿型和恒温、恒湿型。另一方面，根据规格及型式的不同，又可将空调器分为窗式、柜式、分体式三种。28（1）窗式空调器窗式空调器又称为房间空调器，是应用很广泛的一种小型空调设备，制冷量一般为1.5～7kW，风量在1400m3/h以下。窗式空调器一般分为冷风型、电热型热泵型，不带加湿装置。29冷风型窗式空调器工作原理图30电热型窗式