第2章 制冷系统热交换设备

1、第2章制冷系统热交换设备1.学习要求2.本章难点2.1蒸发器2.2冷凝器2.3蒸发器冷凝器组和冷凝蒸发器2.4其他热交换设备实训3热交换设备的结构认识与清洗思考与练习2.1蒸发器2.1.1蒸发器的传热方式和影响因素1.制冷剂液体的物理特性2.制冷剂液体的润湿能力3.制冷剂的沸腾温度4.蒸发器的结构形式2.1.2冷却液体载冷剂的蒸发器1.壳管式蒸发器(1)满液式壳管蒸发器满液式壳管蒸发器的结构如图2-1所示。2.1蒸发器(2)干式壳管蒸发器干式壳管蒸发器的外形和结构，与满液式壳管蒸发器基本相同。图2-2干式壳管蒸发器a)直管式b)U形管式1、7端盖2筒体3换热管4螺塞5支座6折流板2.沉浸式蒸发

2、器(1)直立管式蒸发器直立管式蒸发器主要用于氨制冷装置，其结构如图2-3所示。2.1蒸发器图2-3直立管式蒸发器1下集管2集油器3均压管4气液分离器5上集管6换热立管7水箱8溢流口9搅拌器10、12远距离液面指示器接口11集气管13放水口14隔板2.1蒸发器(2)螺旋管式蒸发器如图2-4所示，螺旋管式蒸发器的结构与直立管式蒸发器的结构基本相同。图2-4螺旋管式蒸发器1搅拌器2供液总管3水箱4气液分离器5浮球阀6集油器7螺旋管组2.1蒸发器图2-5氟利昂蛇管式蒸发器(3)蛇管式蒸发器蛇管式蒸发器是小型氟利昂装置中常用的一种2.1蒸发器蒸发器。3.板式换热器图2-6板式换热器结构及其板片形式的示意

3、图2.1蒸发器图2-7板翅式换热器的单元体1平隔板2侧条3翅片4流体2.1蒸发器2.1.3冷却空气的蒸发器图2-8排管式蒸发器a)墙排管b)顶排管c)搁架式排管2.1蒸发器1.自然对流式冷却空气的蒸发器(1)排管式蒸发器主要用于冷藏箱和冷藏库中，是利用制冷剂在排管内流动并汽化而吸收箱(或库)内储存的物体的热量，使其达到冷藏温度。图2-9铝复合板式蒸发器2.1蒸发器(2)铝复合板式蒸发器目前在国内、外家用电冰箱中使用较普遍。(3)管板式蒸发器管板式蒸发器又称为盘管式蒸发器，其典型结构有两种。图2-10管板式蒸发器2.强制对流式冷却空气的蒸发器2.1蒸发器(1)翅片式蒸发器翅片式蒸发器及其翅片管形

4、式如图2-11所示。图2-11翅片式蒸发器及其翅片管形式a)蒸发器总体结构b)绕片管c)套片管1分液器2换热管3翅片4挡板5风机6集气管(2)冷风机冷风机用于空气强制循环式冷却的库房，又称为直接蒸发式空气冷却器。2.1蒸发器1)落地式冷风机。图2-12氨用落地式冷风机结构示意图1风机2换热盘管3接水盘2.1蒸发器2)吊顶式冷风机。图2-13单向送风吊顶式冷风机1排水管2接水盘3冲霜水进水管4风机5进风导风板6换热盘管7回气管8出风口9供液管2.1蒸发器图2-14双向送风吊顶式冷风机1冲霜水进水管2换热盘管3回气管4出风导风板5供液管6接水盘7排水管8风机9进风口2.1蒸发器2.1.4蒸发器的选

5、择和计算1.蒸发器的选择1)对于自带冷源的空气调节机组，应采用翅片式蒸发器。2)对于不挥发载冷剂的开式循环系统，如集中喷雾式空调冷水系统，可采用沉浸式蒸发器。3)对具有挥发性的载冷剂循环系统，或采用闭式循环的集中空调冷水系统，应采用卧式壳管式蒸发器。4)冷库中的冷却间、冻结间和冷却物冷藏间宜采用干式冷风机；冻结物冷藏间宜采用墙排管、顶排管，当食品有良好包装时，可选用微风速干式冷风机。2.1蒸发器5)冷藏船上的冷藏货舱宜用光滑顶排管，若设光滑墙排管时需要有防撞装置；冷藏船上采用间接冷却系统时，可选用卧式壳管式蒸发器。表2-1常用蒸发器的主要特点与适用范围2.1蒸发器表2-1常用蒸发器的主要特点与

6、适用范围2.1蒸发器表2-1常用蒸发器的主要特点与适用范围2.1蒸发器2.蒸发器的选择计算(1)蒸发器传热面积的确定1)制冷量0。2)蒸发器的传热系数K和热流密度qf。表2-2常用蒸发器的传热系数K与热流密度2.1蒸发器3)平均传热温差tm。4)传热面积A。(2)蒸发器中载冷剂流量。1)对于液体，载冷剂流量为2)对于空气，载冷剂流量为2.2冷凝器2.2.1冷凝器的传热方式和影响因素1.影响制冷剂侧蒸气凝结放热的因素(1)制冷剂蒸气的流向和流速制冷剂在冷凝器中的凝结一般都是膜状凝结。(2)制冷剂蒸气中含油制冷剂蒸气中含油时对凝结传热系数的影响，与油在制冷剂中的溶解度有关。(3)制冷剂蒸气中含空气

7、或其他不凝性气体在制冷系统中，总会有一些空气及制冷剂和润滑油在高温下分解出来的不凝性气体存在。(4)传热壁面的表面粗糙度对于同一种制冷剂，若冷却壁面光滑、清洁，液膜流动阻力小，凝结的液体能较快流走，使液膜层减薄，传热系数相应增大。2.2冷凝器(5)冷凝器的结构形式制冷剂蒸气在横放单管外表面冷凝时的传热系数一般大于直立管的传热系数。2.影响冷却介质侧放热的因素(1)冷却介质的性质冷凝器的冷却介质通常采用水或空气，由于水的热容量大于空气的热容量，因此用水作冷却介质的冷凝器的传热性能要优于用空气作冷却介质的冷凝器。(2)冷却介质的流速传热系数随着冷却介质流速的增加而增大，但是流速太大，会使设备中的流

8、动阻力增加，使水泵和风机的功率消耗增大，并增加管壁腐蚀。2.2冷凝器(3)冷却介质的纯净度在水冷式冷凝器中，因为水中含有某些矿物质和泥沙之类的杂质，运行一段时间后，在冷凝器的传热壁面上会逐渐附着一层水垢，形成附加热阻，致使传热系数降低；用空气作为冷却介质的冷凝器，在长期使用后，其传热表面会被灰尘覆盖，也可能被锈蚀或粘有油污，所有这些污垢，都会增加传热热阻，使传热系数下降。2.2.2水冷冷凝器1.壳管式冷凝器(1)立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器是指换热管和壳体垂直放置，冷却水沿管子内壁呈膜状流下，与大气相通的冷凝器。2.2冷凝器图2-15立式壳管式冷凝器a)立式壳管式冷凝器的结构b)导流管结构

9、1配水箱2进气管接头3压力表4放油管5出液管接头6混合气管接头7平衡管接头8安全阀9放空气管10导流管头11管板12换热管2.2冷凝器表2-3氨立式壳管式冷凝器传热系数(2)卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器是指换热管和壳体水平放置，在压力作用下的冷却水在冷凝器换热管内多程往返流动的冷凝器。2.2冷凝器图2-16氨用卧式壳管式冷凝器1放空气旋塞2平衡管接头3安全阀4压力表5放空气阀6端盖7集油包8支座9放水旋塞10筒体2.2冷凝器图2-17氟利昂用卧式壳管式冷凝器1换热管2管板3橡胶密封圈4端盖5筒体6支座2.2冷凝器图2-18碾轧槽管2.2冷凝器图2-19滚轧低肋管和锯齿形管a)梯形肋片管b)

10、矩形肋片管c)锯齿形管2.套管式冷凝器2.2冷凝器图2-20氟利昂用套管式冷凝器3.螺旋板式冷凝器2.2冷凝器图2-21氨用螺旋板式冷凝器1进气管2压力表接管3平衡管4放气口5冷却水出口管6冷却水进口管7出液管8隔板2.2冷凝器2.2.3风冷冷凝器1.自然对流风冷冷凝器图2-22自然对流风冷冷凝器a)平板式b) 百叶窗式c) 钢丝盘管式(1)平板式冷凝器它由蛇形管和起整体肋作用的金属平板组成。2.2冷凝器(2)百叶窗式冷凝器为了增加散热面积和改善通风条件，强化对流换热，把金属平板做成百叶窗形式，将?5mm或?6mm规格的铜管或镀铜钢管蛇形弯曲，点焊或卡装在该钢板上，形成百叶窗式冷凝器。(3)钢

11、丝盘管式冷凝器这种冷凝器的盘管常选用复合钢管(邦迪管)，即焊接钢管内、外表面镀铜。2.强制对流风冷冷凝器图2-23强制对流风冷冷凝器1液体集管2弯头3分配集管4上封板5换热管6肋片7螺钉8风机9前风板2.2冷凝器图2-24风冷冷凝器V形布置(热泵型机组)2.2冷凝器2.2.4蒸发式冷凝器图2-25蒸发式冷凝器的结构示意图a)吸风式b)吹风式c)预冷式2.2冷凝器图2-26一种新型蒸发式冷凝器的结构简图1喷淋水喷头2气态制冷剂入口3冷凝盘管4液态制冷剂出口5空气进口导风板6循环水泵7PVC换热层8集水槽9内装走道10挡水板11风机2.2冷凝器2.2.5冷凝器的选择计算1.冷凝器的选型表2-4常用

12、冷凝器的主要特点与适用范围2.冷凝器的选择计算2.2冷凝器(1)冷凝器传热面积的确定1)冷凝器的热负荷k。图2-27冷凝器负荷系数a)氨系统b)氟利昂系统2.2冷凝器2)冷凝器的传热系数K。表2-5冷凝器的传热系数K和热流密度的推荐值2.2冷凝器表2-5冷凝器的传热系数K和热流密度的推荐值2.2冷凝器表2-5冷凝器的传热系数K和热流密度的推荐值2.2冷凝器3)平均传热温差tm。4)冷凝器的传热面积A。(2)冷却介质流量的计算(3)冷凝器冷却水的阻力计算立式冷凝器的冷却水是从顶部靠重力沿管壁流下的，故不需进行流动阻力的计算。例2-1已知制冷量为300kW的氨制冷系统，蒸发温度t0= -15，冷却

13、水温度t1=30，如果选用卧式壳管式冷凝器，试计算其传热面积和冷却水量。解：1)冷凝器的热负荷k。冷却水为循环水，取冷却水温升为5，则出水温度t2=t1+5=(30+5)=35，冷凝温度tk比冷却水平均温度高5，则冷凝温度tk=+/2+5=37.5，可取38。根据图2-27查得=1.24，则2.2冷凝器2)传热系数K。3)平均传热温差tm。4)冷凝器的传热面积A。5)冷却水量qV,k。2.3蒸发器冷凝器组和冷凝蒸发器2.3.1蒸发器冷凝器组图2-28R123单筒式蒸发器冷凝器组1气液分离器2蒸发器3制冷剂液位计4制冷剂充灌阀5膨胀节流管6排液螺塞7冷凝器8缓冲板9压缩机排气导管2.3蒸发器冷凝

14、器组和冷凝蒸发器2.3.2冷凝蒸发器1.立式壳管式冷凝蒸发器图2-29立式壳管式冷凝蒸发器1高温级制冷剂进口管2低温级制冷剂出口管3高温级制冷剂出口管4低温级制冷剂进口管2.3蒸发器冷凝器组和冷凝蒸发器2.立式盘管式冷凝蒸发器图2-30立式盘管式冷凝蒸发器1高温级制冷剂进口管2低温级制冷剂进口管3低温级制冷剂出口管4高温级制冷剂出口管2.3蒸发器冷凝器组和冷凝蒸发器3.套管式冷凝蒸发器2.4其他热交换设备2.4.1回热器(1)盘管式回热器盘管式回热器多用于大、中型氟利昂制冷系统中，其结构如 所示。(2)套管式回热器套管式回热器的内管由外侧带有翅片的翅片管制成，其结构如 所示。图2-31盘管式回热器1盘管2挡板2.4其他热交换设备(3)绕管式回热器绕管式回热器多用于小型氟利昂制冷装置中，它将供液管与回气管接触或焊接在一起，如图2-33所示，通过两根紧贴在一起