1第九章蒸发器与冷凝器

1、冷凝器与蒸发器淄博职业学院 电子电气工程系冷凝器与蒸发器l9.1 冷凝器的传热分析l9.1.1 传热基本方式l换热设备的工作原理是热流体和冷流体同时在换热器传热面两侧流动，热量通过壁面从热流体传给冷流体 l传热有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射 冷凝器与蒸发器l热传导l是指静止物体（如气体、液体、固体），由于分子、原子、电子的运动，使热量从物体内由高温处向低温处的传递。l例如冷凝器与蒸发器l热对流或称对流传热l是指气、液流体流动引起的热量传递，又分为强制对流和自然对流两种l 特点：加快液体或气体的流动速度，特点：加快液体或气体的流动速度，能加快对流传热。能加快对流传热。对流是液体和气体对

2、流是液体和气体特有的传热方式。特有的传热方式。冷凝器与蒸发器l热辐射l是指物体发出辐射能，通过电磁波产生能量传递。当温度较高时才能发生l制冷换热设备的传热情况，往往是热传导、热对流、热辐射两种或三种传热方式组合作用的结果 冷凝器与蒸发器l9.1.2 总传热系数与基本传热方程l工程上，为了简化计算，通常把以上复杂的热传递过程用一个总传热系数来表示，当传热面为圆管形状时，常常以外传热表面为基准面l总传热系数的计算公式 iioiosimosoddddrdbdrk011冷凝器与蒸发器l选定冷凝器后，提高冷凝器单位面积换热量，提高内外流体的传热温差，提高传热系数。l传热系数：反映传热效果强弱的指标。流体

3、的物理性质，流动情况，传热表面特性，冷凝器形式等。 2121lntttttml换热设备的基本传热公式 冷凝器与蒸发器 l9.1.3影响制冷剂侧蒸汽凝结放热的因素l r蒸汽的流速和流向：l膜状凝结；珠状凝集l流向影响膜的厚度：同向；反向 l反向时取决于流速：小-厚；大-膜脱离k增大l壁面粗糙度的影响冷凝器与蒸发器 l 制冷剂蒸汽含油时对凝结放热的影响l0.1mm的油膜33mm钢板l氨系统；氟利昂系统l设置高效油分离器 l 制冷剂蒸汽中含有不凝性气体的影响lr蒸气分压力降低l 冷凝器结构形式的影响l竖横 凝结液膜分离问题；增加长径比冷凝器与蒸发器 l 9.1. 4影响冷却介质侧放热的因素l种类：水

4、；空气l流速：大k大； 水为0.81.5m/s,空气为24m/sl流动途径：管内，管外，自由空间l流动方式：自然对流，强制对流l清洗冷凝器与蒸发器 l 9.2. 冷凝器种类、结构、工作原理l冷凝器是一个使制冷剂向外放热的换热器。压缩机的排气（或经油分离器后）进入冷凝器后，将热量传递给周围介质水或空气，制冷剂蒸气冷却凝结为液体。l按冷却介质和冷却方式：水冷却式；空气冷却式；蒸发式l9.2.1水冷却式(水冷式)l种类：卧式壳管式，立式，套管式蒸发器与冷凝器1.立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器 冷凝器与蒸发器 l 结构组成 ：筒体，管簇，管板，分水环（导流管头）l 工作原理：水进入冷凝器吸热水池冷却

5、水塔，r蒸气r凝结贮液器，放空气，放油，l优缺点：k高，冷却冷凝能力大，安置室外占地面积小，对水质要求不高；用水量大，水泵功耗大，笨重，r泄露不易发现，易结水垢。l适用场所：水量充足的地区的大中型氨制冷系统冷凝器与蒸发器2.卧式壳管式冷凝器种类卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器1-出口2-端盖3-垫片4-管板5-放空气阀接头6-气态制冷剂进口7-挡气板8-管架10-安全阀接头11-水室放气旋塞12-水室放水旋塞13-泄放阀接头14-冷却管15-液态制冷剂出口16-水入口冷凝器与蒸发器(1)安全阀：冷剂压力过高打开，通过管路将冷剂泄往舷外。冷凝器与蒸发器(2)放空气阀：装在壳体最高处，泄放不凝性气

6、体。注意：应在压缩机停车时进行放气。冷凝器与蒸发器(3)水室放气旋塞：装在端盖最高处，泄放水侧空气。冷凝器与蒸发器(3)水室泄水旋塞：装在端盖最低处，检修或长期停用时泄放存水。冷凝器与蒸发器冷凝器与蒸发器 l 卧式壳管式冷凝器种类l（1）氨用l410个水程；淡水流速0.8 1.2m/s,海水0.7m/s，技术数据l（2）氟利昂用l薄壁低肋片铜管（螺纹管），提高放热系数高，技术数据冷凝器与蒸发器 l 卧式壳管式冷凝器优缺点l传热系数高，冷却水用了少（立式一半），高度低，结构紧凑便于机组化，运行可靠操作方便l水质要求高，水温要低，清洗麻烦，造价高l用于船舶、室内、操作空间狭窄，水源丰富和水质好的地

7、区冷凝器与蒸发器l常用制冷换热设备传热参数表表8-1 常用制冷换热设备总传热系数常用制冷换热设备总传热系数k的大致范围的大致范围换热器名称及型式传热系数/k/w/(k)相应条件卧式冷凝器(氨)8101050传热温差46，单位面积冷却水用量0.50.9m3/(h)卧式冷凝器(氟利昂)9301169传热温差,79，低肋管，肋化系数3.5，水速1.52.5m/s表表8-2 制冷装置中常用材料的导热系数制冷装置中常用材料的导热系数材 料/w/（m）材 料/w/（m）铜铝钢新霜旧霜383792279552340.118055玻璃水玻璃丝棉发泡塑料空气1.093205990034890.046520024

8、4冷凝器与蒸发器表8-3 常用的制冷和空调装置中对流传热系数流体的种类和状态/w/（m2）流体的种类和状态/w/（m2）静止气体流动气体静止液体4201050070300流动液体冷凝面 r12蒸发面 r12200100016001700 表8-4 常用制冷装置污垢热阻值流体名称壁面污垢热阻/（/w）流体名称壁面污垢热阻/（/w）河水，流速1m/s以下流速1m/s以上硬水，流速1m/s以下流速1m/s以上5.159010-43.439410-45.195010-45.159010-4有机化合物空 气溶剂蒸汽盐 水0.859810-43.439410-41.719410-41.719710-4蒸发

9、器与冷凝器l 3.套管式冷凝器 蒸发器与冷凝器冷凝器与蒸发器顺流和逆流时流体温度的变化a）顺流b）逆流冷凝器与蒸发器 4.板式冷凝器板式冷凝器 冷凝器与蒸发器空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器 l9.2.2 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器冷凝器与蒸发器 l 铜管1016l两侧放热系数差大，加翅片l翅片:0.2-0.6mm铜、铝片，间距2-4mmlr上进下出，风吹翅片l技术数据：tm=10-15; =1.5-2.5m/sl影响因素：周围空气温度l使用场所：少水，无法供水；高温低压r冷凝器与蒸发器冷凝器与蒸发器9.2.3 蒸发冷却式冷凝器蒸发冷却式冷凝器结构组成：箱体，冷结构组成：箱体，冷却管组，

10、给水设备，却管组，给水设备，挡风板，通风机等挡风板，通风机等类型：吹风式；吸风类型：吹风式；吸风式式冷凝器与蒸发器9.2.3 蒸发冷却式冷凝器蒸发冷却式冷凝器优点是：（1）用水量少；水冷的理论1%实际5-10%（2）结构紧凑，可安装在屋顶上，节省占地面积。蒸发式冷却冷凝器的耗水量少，特别适合用于缺水和气候干燥的地区特别适用于缺水地区，通常安装在制冷机房的屋顶上。缺点是：冷却水不断循环使用，水垢层增长较快，需要使用经过软化处理的水。蒸发器与冷凝器淋水式冷凝器淋水式冷凝器冷凝器与蒸发器淋水式冷凝器淋水式冷凝器冷凝器与蒸发器9.2.3 蒸发冷却式冷凝器蒸发冷却式冷凝器淋水式冷凝器的主要优点为1、结构

11、简单，制造方便；2、漏氨时容易发现，维修方便；3、清洗方便4、对水质要求低。淋水式冷凝器主要缺点是：1、传热系数低；2、金属消耗量高；3、占地面积大。淋水式冷凝器是靠水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。 这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装，也可安装在冷却塔的下方，但应避免阳光直射。-复制自 冷凝器与蒸发器 蒸发器与冷凝器思考题1. 什么叫顺流？什么叫逆流？2. 影响总传热系数的因素有哪些？3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么？4.影响冷凝器传热的主要影响因素有那些？5.说明冷凝器的作用和分类？6.立式壳管式冷凝器上各管接头的作用是什么？7.说明蒸发器的作用和如何分类？

12、8.比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？ 9.举例说明如何强化换热器的换热效率。10 .影响蒸发器传热的主要影响因素有那些？板式换热器有什么突出的优点？11.举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施？ 蒸发器与冷凝器l9.3 蒸发器的传热分析l 蒸发器l影响蒸发器传热的主要因素 l1.r特性的影响。泡状沸腾；导热系数、粘度、密度、表面张力、汽化潜热等 l2.r液体的润湿能力l3.换热面积状况的影响。控制润滑油进入蒸发器 l4.蒸发器结构。蒸汽很快离开传热面并保持合理的液面高度 l 冷凝器与蒸发器蒸发器的种类冷却液体的蒸发器冷却空气的蒸发器冷却排管管 (自然对流)冷风机

13、(强迫对流)壳管式蒸发器 接触式蒸发器螺旋管式蒸发器蛇管式蒸发器的种类、构造和工作原理直管式蒸发器 蒸发器与冷凝器l9.4 蒸发器l9.4.1冷却液体载冷剂的蒸发器l 一、壳管式蒸发器l满液式：氨用，f用 蒸发器与冷凝器8.2.3 卧式管壳式蒸发器卧式管壳式蒸发器1满液式蒸发器 优点是：（1）结构紧凑，占地面积小；（2）传热性能好；（3）制造和安装较方便；（4）用盐水作载冷剂，不易腐蚀和避免盐水浓度被空气中水分稀释 蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器2干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器 蒸发器与冷凝器 蒸发器与冷凝器l干式壳管式蒸发器的优点：l（1）充液量少，为管内容积的4

14、0%左右l（2）受制冷剂液体静压力的影响较少；l（3）排油方便；l（4）载冷剂结冰不会胀裂管子；l（5）制冷剂液面容易控制；l（6）结构紧凑。l干式壳管式蒸发器缺点：l制冷剂在换热管束内供液不易均匀，l弓形折流板制造与装配比较麻烦，l载冷剂在折流板孔和换热管间、折流板外周与筒体间容易产生泄漏旁流，从而降低传热效果 蒸发器与冷凝器l立管式蒸发器l立管式蒸发器-沉浸式蒸发器l沉浸式蒸发器是由一组垂直布置的平行管组成的蒸发器，制冷剂在管内蒸发，整个组沉浸在盛满载冷剂的箱（池或槽）体内，载冷剂在搅拌器的推动下在箱内流动，以增热。 l不能用挥发性液体作载冷剂 蒸发器与冷凝器l 当用水作为载冷剂时，可将水

15、冷却到接近于0，适用于空调系统；当用盐水作为载冷剂时，可将水冷却到1020，适用于盐水池制冰或食品的冷加工 蒸发器与冷凝器l螺旋管式蒸发器是立管式蒸发器的一种改进型。用螺旋管代替光滑立管，其总体结构、制冷剂及载冷剂的流动情况与立管式蒸发器相似。适用于氨制冷系统中，冷却水或盐水。由于螺旋管的传热效果好，因此蒸发器结构紧凑，有逐渐代替立管式蒸发器的趋势。蒸发器与冷凝器l9.4.2 冷却空气的蒸发器l1自然对流式冷却空气的蒸发器l（1）冷却排管：又称为排管。冷却排管是蒸发器家族中最简单、实用的一种，也是最为成熟的一种 ；l根据其安装的位置分为有墙排管、顶排管、搁架式排管等多种形式；l从构造形式上可分

16、为立式、卧式和盘管式等类型 ；蒸发器与冷凝器l9.4.2 冷却空气的蒸发器l墙排管墙排管立管式墙排管无缝钢管573.5， 382.2，25003500mm上下集管，立管（每组40根）优点：易于排氨蒸气缺点：氨容量大、80%；液柱静压力作用明显；易于集油用途：冻结物冷藏间，少用。蒸发器与冷凝器l盘管式墙排管l光滑盘管；翅片盘管l氨系统382.2无缝钢管，820根，416m，管心距110180mm。重力供液：每一供液回路不超过120m；氨泵供液：每一供液回路不超过350m；供液位置：上进下出；下进上出。（可）翅片结构：蒸发盘管 ：主要用于冷库绕片式盘管蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器l盘管式墙排管l氨

17、系统氨系统优点：结构简单，节约管材；存氨量少（50%）；传热效果良好；缺点：管下段产生的蒸气不能及时引出，必须经过排管的全长后才能排出，故传热系数小，汽液二相流动阻力大。为此设计蛇管式排管时应限制单管的总管长，对于重力供液系统，每一供液回路的总长度不宜大于120m，对于氨泵供液系统则可达350m。氨蒸气须经过盘管的长度后才能排出，影响传热效果；加工复杂，易于生锈。l氟利昂系统氟利昂系统1922铜管， 2238无缝钢管， 翅片：套片或绕片供液位置：上进下出。（油易排出） 套片式盘管蒸发器与冷凝器蒸发器与冷凝器l9.4.2 冷却空气的蒸发器l冷却顶排管冷却顶排管集管式顶排管 分类：两层光滑顶排管；

18、两层翅片顶排管；四层翅片管；等盘管式顶排管单根蛇形盘管：光管；翅片管 蒸发器与冷凝器l9.4.2 冷却空气的蒸发器l冷却顶排管冷却顶排管优点：结构简单，便于现场制作，结霜较均匀。缺点：传热系数不高用途：冷库、冰库。l搁架式冷却排管搁架式冷却排管 氨用搁架式冷却排管 氟用搁架式冷却排管 蒸发器与冷凝器l9.4.2 冷却空气的蒸发器l冷风机冷风机（1）干式冷风机：）干式冷风机：类型：落地式；吊顶式。（安装的位置 ）结构：箱体，空气冷却排管，通风机及除霜装置组成，且冷风机内的冷却排管都是套片式的。 蒸发器与冷凝器l落地式冷风机落地式冷风机 l落地式冷风机主要由上、中、下三部分组成落地式冷风机主要由上

19、、中、下三部分组成 l下部是水盘下部是水盘，用来收集冷风机冲霜用水，并用以支承风机主体，同时又是空气的吸入口；l上部为排风的风帽，内装凤机上部为排风的风帽，内装凤机，根据风量和风压要求去选用轴流式或离心式风机及其相应的台数，轴流式风机的风压一般比离心式风机的低，但风量大得多。在风帽和管簇之间装设淋水管，作为水冲霜之用。l中间部分是一个空气冷却排管中间部分是一个空气冷却排管(蒸发管组蒸发管组)，对于套片式冷风机来说，其冷却管簇为在d252.5mm的无缝钢管上，套有0.5mm的镀锌钢片或0.5mm铝片的套片管。l冷库用的落地式冷风机有三种：kld型用于冻结物冷藏间；kll型用于冷却物冷藏间；klj

20、型用于冻结间。蒸发器与冷凝器l吊顶式冷风机吊顶式冷风机 l吊顶式冷风机装在库房平顶之下，不占用库房面积。吊顶式冷风机装在库房平顶之下，不占用库房面积。l根据吊顶式冷风机的送风形式，可分为单面送风和双面根据吊顶式冷风机的送风形式，可分为单面送风和双面送风；送风；l根据它的翅片形式，有绕片式和套片式。根据它的翅片形式，有绕片式和套片式。l氟利昂冷风机一般是单向吊顶套片式，冷却管一般用氟利昂冷风机一般是单向吊顶套片式，冷却管一般用d1020d1020的紫铜管，其外套有的紫铜管，其外套有0.20.20.3mm0.3mm的薄铝肋片。的薄铝肋片。为了使冷风机出口的制冷剂有一定的过热度，冷风机中为了使冷风机出口的制冷剂有一定的过热度，冷风机中制冷剂的走向