1、2400L 超市冷冻展示柜目录摘要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 引言 .11.2 CO2作为制冷剂 .11.2.1 CO2制冷剂的前景 .11.2.2 CO2的应用现状 .21.3 销售方面 .51.3. 1 方便商品销售 .51.3.2 提高保存商品的鲜度 .51.3.3 节能技术 .61.3.4 冷冻机节能技术 .81.3.5 陈列柜节能 .81.4 冷冻展示柜简介 .101.5 展示柜的特点 .111.6 展示柜现状与发展 .112 负荷计算 .142.1 展示柜的热负荷计算 .142.1.1 展示柜柜体的泄漏量 .142.1.2 展示柜因开关门产生的泄漏量 .172
2、.1.3 展示柜中储物热量 .172.2 展示柜箱体外表面凝露校核 .183 制冷系统方案 .183.1 蒸发器的设计 .203.2 压缩机选型及热力计算 .222400L 超市冷冻展示柜3.2.1 压缩机的类型 .223.2.2 压缩机的热力计算 .243.3 冷凝器的设计计算 .273.3.1 强制通风空气冷却式冷凝器的整体结构 .283.3.2 冷凝器的设计计算 .303.4 节流装置 .344 冷冻展示柜计算 .364.1 总体设计 .364.2 风机的选择计算 .375 控制系统设计 .38结束语 .40致 谢 .41参考文献 .432400L 超市冷冻展示柜I2400L 超市分体式
3、冷冻展示柜摘要本设计简要的介绍了 2400L 立式封闭式食品冷冻展示柜的设计情况，其中制冷剂采用 CO2。探讨了食品冷冻陈列柜的优点以及其发展前景。为了更好的设计，首先对制冷剂和制冷压缩机进行分析比较。制冷剂方面,简单介绍了其发展过程，物性参数及其对环境的影响，从应用前景方面考虑，最后确定以 CO2作为制冷工质。压缩机方面,分析比较各类型式压缩机的发展概况和大致应用范围及其制冷量的大小，确定使用活塞式压缩机为本设计的压缩机。根据需求的制冷量对冷凝器和蒸发器进行全新设计，提高了产品的性能。在设计的基础上，由所需设计参数选择合适的风机、节流机构和辅助设备。通过制冷剂制冷循环的热力计算、冷凝器的设计
4、计算、蒸发器的设计计算、毛细管的设计计算，选择压缩机、风机，最终进行校核。关键词：制冷剂 冷冻展示柜 压缩机 冷凝器 蒸发 2400L 超市冷冻展示柜II2400L supermarket refrigerated display cabinets SplitABSTRACTThe design brief introduction 2400L Enclosed vertical refrigerated display cabinet design food situation, which uses refrigerant CO2. Discusses the advantages of
5、frozen food display cases and their development prospects. In order to better design, the first refrigerant and refrigeration compressors compared. Refrigerants, a brief introduction to the process of its development, physical parameters and their impact on the environment, from prospect to consider
6、, finally OK to CO2 asrefrigerant.Compressors, comparative analysis of the development of various types of profiles and roughly type compressor cooling capacity range of applications and their size was determined using piston compressor compressor-based design. According to the needs of the cooling
7、capacity of the condenser and evaporator new design, improved product performance. On the basis of the design, select the appropriate fan, throttle bodies and auxiliary equipment required by the design parameters. Refrigerant through the refrigeration cycle thermodynamic calculations, condenser desi
8、gn calculations evaporator design calculations, capillary design calculations, select the compressor, fan, and ultimately be checked.KEY WORDS: Refrigerant Refrigerated display cabinets Compressor Condenser Evaporation2400L 超市冷冻展示柜1 绪论1.1 引言自蒙特利尔议定书签定以来， 以 CFCs 和 HCFCs 作制冷剂的制冷空调界面临着严重的挑战为了寻找合适的替代物，全
9、球范围内开展了广泛的研究。目前推出的包括 R134a 在内HFCs 及其混合物。不能够满足长期替代的要求，大多有较高的温室效应指数( GWP) 等缺点。同时，人们担心这些化合物可能隐含着不可预知的潜在危险。因此，天然工质就引起了人们的因其具有良好的热力性能和环保特性。尤其其中的二氧化碳受到了极大关注。近年来，我国超市制冷设备发展很快。超市冷冻展示设备以其美观的设计贴近消费者，用量很大。冷冻展示柜除制冷系统耗电外，灯光照明、玻璃防露、门框防冻等的用电量也不小。有的甚至超过制冷系统部分的用电量，展示柜内循环风量是制冷系统、柜内食品保鲜、箱体热负荷之间耦合的关键因素。随着我国经济的发展人民的生活水平
10、在持续的增加，人们的生活方式也发生了许多的变化，速冻食品普遍得到广大消费者的接受，零售业迅速得到了发展。目前，国内超市迅速发展的同时国外零售业巨头也纷纷进驻国内市场，沃尔玛，家乐福等在国内的业务规模迅速增长。随着经济的进一步发展，人们收入的提高，将会进一步促进超市产业的发展。据中国连锁商业企业历史发展统计 【1】 不难看出零售业在我国不断的发展，但生鲜食品由于基数较低还是有很大的成长空间。作为生鲜食品的销售载体，超市是冷冻冷藏陈列柜的主要销售对象，从中国零售业发展的趋势来看，总体上连锁零售业还有发展的空间。这样就需要更多的陈列柜，对于我们来说要研究出更节能更环保的产品来满足市场需求。1.2 C
11、O2作为制冷剂1.2.1 CO2 制冷剂的前景 二氧化碳作为一种自然制冷剂，由于其优良的环保性能和制冷性能，在近20年来得到了高度重视，其研究与开发取得迅速进展。本书介绍了二氧化碳制2400L 超市冷冻展示柜冷技术的历史和现状、二氧化碳的热物理性质、流动换热特性、二氧化碳与润滑油以及二氧化碳与密封橡胶材料等相互作用、各种二氧化碳制循环及其特点和性能、二氧化碳制冷系统用压缩机、膨胀机、换热器、节流阀、安全阀及其排放特性、二氧化碳制冷系统的各种应用及其特性 2，以及二氧化碳制冷系统稳态性能仿真方法。制冷技术领域众所周知, 包括R134a 在内的HFCs 类制冷剂及其混合型制冷剂, 都有温室效应问题
12、,不能够满足长期环保要求。因此，重新研究应用天然制冷剂越来越受到重视, 甚至被誉为是解决环境问题的最终方案。CO 2制冷剂就是其中之一。CO2 作为制冷剂具有良好的热力性能和环保特性 3，CO 2制冷剂跨临界循环的放热过程可以和变温热源相匹配, 更接近劳仑兹循环, 从而可得到较高的用能效率, 这一点尤其受重视。与其它制冷剂相比, CO 2具有下列优点:1) ODP= 0, 且GWP= 1, 约为R134a、R22 的千分之一;2) 运动粘度低, 压缩比较低, 单位容积制冷量大, 有很好的传热性能;3) 来源广泛, 价格低廉, 制冷系统维护简单;4) 无毒、无臭、无污染, 不燃、不爆, 对常用材
13、料没有腐蚀性；CO2制冷在应用上的不足之处主要是其临界温度低( 31.1C ) , 压力比小, 排气压力高, 节流损失大, 材料耗费多, 安全性可靠性较差, 混入润滑油中后会导致润滑油粘性急剧下降。CO 2制冷系统在应用上需要研究和解决的问题主要有系统装置的结构设计和优化、CO 2高效压缩机的研究开发、低温下CO 2换热性能的研究及耐高压高效换热器的开发、膨胀机内部两相流过程的研究及膨胀机结构设计优化以及完善的控制策略设计、超临界CO 2流动传输特性的研究、气体冷却器和蒸发器的结构设计和优化、跨临界循环系统的压比控制和容量调节方法的研究、系统的高压及超压情况下的安全性和系统润滑油的选择等 4。
14、1.2.2 CO2 的应用现状应用跨临界蒸汽压缩式循环的二氧化碳汽车空调系统，充分利用了二氧化碳饱和压力高、良好的热力性能及单位容积制冷量较大等优点。使系统具有性能较好、结构紧凑等优点，更具有良好的环保性能。至于系统的工作压力较高，因其循环流量很小，即使在部件破裂这一不太可能发生的情况下。二氧化碳空调机所释放出来的潜在能量还赶不上一个典2400L 超市冷冻展示柜型的二氧化碳灭火器，更何况有保护系统予以监控和保护，因而机械系统是完全可靠的。通过对系统循环参数及各部件之间优化设计，确保系统性能稳定可靠。随着研究的日趋成熟，商品化不久即可实现。CO2跨临界制冷循环最早是由前国际制冷协会主席G1Lor
15、entzen 在20世纪80年代提出的, 并开展了相关的研究工作, 目前研究的 CO2制冷系统很大部分都是采用的跨临界循环 5。CO2跨临界制冷循环的流程与普通的蒸汽压缩式制冷循环略有不同, 其循环过程如图1 所示, 压缩机的吸气压力低于临界压力, 蒸发温度低于临界温度, 但压缩机的排气压力高于临界压力; 循环的吸热过程在亚临界条件下进行 6, 换热过程主要是依靠潜热来完成, 冷却换热过程依靠显热来完成, 此时的高压换热器称为气体冷却器。图1CO 2跨临界制冷循环CO2跨临界循环具有的特点: CO2的吸、放热分别在亚临界和跨临界区进行, 高压侧的冷却过程中不发生相变, 换热全部通过显热交换完成
16、; CO2循环在跨临界条件下运行, 其工作压力虽然较高,但压比却很低, 压缩机的效率相对较高; CO2跨临界制冷循环在不同工况下, 存在对应于最大COP值的最佳排气压力; CO2跨临界制冷循环用于热回收时 7, 有较高的放热效率, 用于较高温度和较大温差需要的热回收时具有独特的优势。在现阶段, 该系统的缺点是其效率较低, 尤其是当环境温度较高时, 此外, 跨临界循环的排气压力高达12MPa 左右, 远高于常规系统, 使跨临界循环的应2400L 超市冷冻展示柜用受到了一定限制。但由于跨临界循环具有鲜明的特点和特殊的应用前景 8, 目前已成为CO 2制冷循环最为活跃的研究方向。在基本的CO 2跨临
17、界循环的基础上, 已发展出多种改进的CO 2跨临界循环, 如双级压缩CO 2跨临界制冷循环、带膨胀机的CO 2跨临界制冷循环、带引射器的CO 2跨临界制冷循环、带引射器和经济器的CO 2 跨临界制冷循环等。所以改进和完善跨临界系统的循环方式、优化系统与设备是推广应用CO 2的关键。陈列柜最早于 1922 年出现于美国，经过 80 多年的发展越来越受人们的青睐，客户关注陈列柜产品，一般集中在外观、节能、质量稳定等几个方面。各生产厂家由于在生产技术上并无显著差别，且在外观设计是有潮流引导的，各生产厂家的产品雷同较多，但在产品设计技术、产品的质量稳定性，不同品牌的差异 9还是很大的。同时安装和售后服
18、务上的差别，除了产品本身质量，与厂家的技术力量，及其代理店的技术力量有密切关系。展示柜的技术发展趋势主要有五个方面：方便商品销售，提高保存商品的鲜度，节能技术，快捷方便的维修保养及优质的服务。另外, 在欧洲已有几套用CO 2作第二制冷剂( 用于低温) 的制冷系统在运行, 与其它第二制冷剂相比, 因其粘度小, 传热性能好, 可利用潜热, 其制冷能力相当大。 Groll 等对采用CO2作制冷剂, 丙酮作吸收剂的工质对在带溶液回路的蒸汽压缩式循环进行了研究。研究结果得出: 在可比空调应用工况下, 当Tk= 50, To= 0时, 其带溶液回路的蒸汽压缩式循环的制冷性能系数为2.75, 增加内部换热器
19、后循环制冷性能系数可达3.0, 而用R22运行的蒸汽压缩式循环为3. 0。在可比的制冷应用中, 当Tk= 45, To= - 25 时, 其带溶液回路的蒸汽压缩式循环的制冷性能系数为1.6, 增加内部换热器后循环制冷性能系数为1.7, 而R22 运行的蒸汽压缩式循环为1.7。可以认为CO 2/丙酮工质对是非常有前途的。目前用二氧化碳制冷工质的应用研究在国外正得到越来越多的重视, 尤其是挪威和德国,他们处于领先地位, 其CO 2汽车空调和热泵即将进入使用化阶段。近几年美国正利用科技实力迎头赶上。相对而言, 国内存有较大的差距, 需要引起足够重视.二氧化碳作为天然制冷剂, 无论从经济、安全及环境保
20、护的角度来说, 都2400L 超市冷冻展示柜是一种实用的优良制冷剂，尤其对保护环境有独特的现实意义。应用跨临界二氧化碳制冷循环样机的研究结果表明, 二氧化碳制冷空调系统的性能与R12和R134a 系统一样好, 甚至略胜一筹。因其无须回收与循环利用, 设备维护更为简单。不久的将来, 这些应用研究成果必将走向实用化、商品化。1.3 销售方面 1.3. 1 方便商品销售目前随着国内超市店铺规模、销售方法、销售商品的变化，陈列柜结构形式也相应变化。1) 超市的特征就是采用自助销售方式，陈列柜的使用目的是保持商品的鲜度，同时，要方便顾客选购商品及充分体现出商品展示效果。因此，为有效利用店铺面积，方便商品
21、销售的陈列柜作为主流被普遍使用。2) 为了更好地展示商品，陈列柜的结构设计很重要。如:岛式陈列柜的两面玻璃加宽，顾客可从两面清晰看清并选购商品;货架柜的黄金销售区域的考虑等这一些体现人性化的设计，显得格外重要 10。3) 小型 US 店铺由于店铺面积较小，店铺内一般无法提供安装冷冻机的专用机房，因此，陈列柜形式通常采用压缩机组内藏的方式，陈列柜都靠窗布置，主要使用薄型内藏式货架柜及内藏式拉门柜。由于采用内藏式压缩机组，机组的工作效率较低，噪声和耗电量较大。针对噪声问题，压缩机及冷凝风机的低噪声化成为各公司的一大课题。同时由于内藏机组的热量排人店内，使店内购物环境恶化，从而使空调负荷增大，空调耗
22、电上升。因此，国外便利店近期更多地采用分体式陈列柜。1.3.2 提高保存商品的鲜度展示柜是以保持所存放食品的温度为目的而设计的，展示柜本身不带冷冻功能。换句话说，只有将合适温度的商品放人柜内才能起到保鲜作用。1) 为提高商品质量，减少陈列柜内的温度波动，现多采用具有环境追随性电子温控器，它可以根据环境温度的变化，使陈列柜温度保持恒定，防止过冷2400L 超市冷冻展示柜却，这样既提高了温度控制精度又减少了能量损耗 11。2) 化霜过程中，陈列柜及商品温度会有一定上升，为减少商品温度的上升幅度，人们考虑过采用各种除霜方式如:热气除霜、热液除霜等，以加快化霜速度。由于一鲜鱼、鲜肉在冰温冷却状态下陈列
23、，若化霜时温度波动过大，会造成血水外流，影响陈列商品的外观及质量，造成商品有效营养成分的流失。因此，国外正在开发研究无冷却中断的陈列柜，此种陈列柜除了有一个主冷却器外，还有一个辅助冷却器，当主冷却器化霜时，辅助冷却器进行供冷，以保持陈列柜温度稳定。1.3.3 节能技术通常，超市中陈列柜的冷却系统用电量占整个超市用电的比例较大因此，陈列柜冷却系统的节能是项很重要的工作、夏季、冬季由于环境温度变化，陈列柜的负荷相差 2060%以上。A.M.Forster and G.L.Quarinin12采用先进的建模技术以减少冷两的泄露，就需要能对应负荷变动进行高效运转的控制系统。同时，陈列柜本身所采用的部品
24、(如低耗电防露部品等)及结构变化也可起到节能作用。商用陈列柜的能耗是现实的，它直接减少了商家的利润，因此降低能耗一直是陈列柜制造商努力的方向。商用陈列柜大多使用在大中型商场或超市等场合，它们一般均配有中央空调，根据 GBJ19-87 规定，冬季空调室内温度应采用 18，相对湿度应采用4060%;夏季空调室内温度应采用 2428，相对湿度应采用 4065%，因而室内温度一年相差一般仅有 6。而陈列柜所用压缩冷凝机组一般为风冷机组，其运行状况与室外环境温度有密切关系，GBJ19-87 给出中央空调室外温、湿度参数的计算值。以西安地区为例，室外空气计算干球温度，夏季为 35.2，冬季为-8;而夏季室外计算湿球温度 26，冬季室外计算湿度 67%13。实际这里温度并非一年内最热或最冷温度，事实上夏季最热可达 4090。因此，可以看出，风冷冷凝机组在4045左右温差变化范围内工作，故，压缩机的制冷量变化也较大。对于给定的陈列柜而言，其冷冻负荷主要取决于室内温度变化和夜间加盖
