制冷装置的换热设备

机械与动力工程学院2023年2月4日制冷系统换热器冷凝器蒸发器冷凝－蒸发器过冷器回热器中间冷却器作用：它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备。辅助换热设备制冷换热器类型*2weisean制冷装置的工作压力、温度范围较窄。一般压力约在0.1～2.0MPa左右，温度在-60～50℃左右；传热温差较小，一般在几度至十几度范围，使得换热设备的热流密度小，传热系数低，传热面积增大，设备体积增大；制冷换热器要与压缩机匹配。换热器对整个制冷系统的制冷能力及功耗有影响，必须首先加以考虑。制冷换热器的特点*3weisean

制冷换热器以表面式为主，其结构型式名目繁多。不同结构型式换热器的传热能力及单位金属耗量，对制冷装置的制造成本和运行经济性带来直接影响。因此，提高换热器的经济性、强化传热过程、寻求新的结构型式，乃是当今制冷装置设计和制造中的重要研究课题。制冷换热器的特点*4weisean传热系数热流密度流动阻力单位材料耗量单位外形体积动力装置中换热器评价指标*5weisean第一节换热器的传热过程及其计算*6weisean导热对流辐射

三种基本传热方式制冷的换热设备形式主要是间壁式换热器，即冷、热流体通过固体壁面进行热量交换的换热器。热量传递的三种基本方式*7weisean物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。

导热*8weisean对流：流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，又分为强制对流和自然对流两种。特点：加快液体或气体的流动速度，能加快对流传热。对流是液体和气体特有的传热方式。热对流或称对流传热*9weisean空气自然对流强制对流3～2020～100水自然对流强制对流200～10001000～15000水沸腾2500～25000水蒸气强制对流500～3500水蒸气凝结5000～15000有机蒸气凝结500～2000对流传热系数的数量级*10weisean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。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。热辐射热量由换热设备壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程传热过程*12weisean热流体与壁面高温侧：

固体壁导热：壁面低温侧与冷流体：

将上述三个方程经过简单的代数变换后，可得

图6-1平壁传热过程

1、平壁传热过程总热绝缘系数等于各串联环节热绝缘系数之和：

传热热绝缘系数（热阻）*14weisean写成热流体密度形式为：

对于多层壁面组成的传热过程，传热过程的总热绝缘系数可以表示为：R=（i=1，2，3，…n）*15weisean2、圆管传热过程

图6-2圆管传热过程圆管的内外侧表面积不同，基于内侧面和外侧面的传热系数也不相同。在工程计算中多以管外侧面为基准。则基于圆管外侧面的传热系数可以表达为：比较以上两式，可以得到以圆管外侧面为基准的传热系数计算式：或：*17weisean从热绝缘系数形式来看：

当圆管为薄壁管时，di与do比较接近，若2圆管壁的传热系数公式可以简化为：式中

对污垢的影响引入污垢系数，、分别用于代表圆管内外侧面或平壁两侧的污垢系数，这时传热系数计算公式为圆管

平壁3、肋壁传热过程壁面肋化侧总面积为A2，两部分组成：肋基部分的壁面面积A´´2和肋片的上下表面积A´2，肋基壁面温度为tw2。肋片效率定义为：图6-4肋壁传热过程19稳态传热过程，通过肋化表面的传热量为：

式中称为肋片总效率则通过肋壁的传热量为

20以肋侧总表面积为基准，平壁传热计算公式可表示为：式中是以肋侧总表面积为基准计算的传热系数。引入污垢系数后有

肋化系数:加肋后总表面积与未加肋时表面积之比。

当换热面两侧换热系数相差较大时，应当强化换热系数小的一侧；当换热面两侧换热系数相差不大时，可强化任何一侧或对两侧均进行强化；污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻，应当给予足够重视。

强化传热*22weisean4、介质传热系数和对数平均温差（1）管内强制对流换热紊流对流换热时：1．无相变时对流表面传热系数的确定*23weisean（2）流体横掠光管管束的对流换热顺排管束

空气

错排管束

顺排管束液体错排管束

适用范围：=200～200000

1．无相变时对流表面传热系数的确定（3）流体纵横交替流过光管管束的对流换热壳体内侧镗削时：

壳体内侧不镗削时：式中：定性温度为流体的平均温度，特征尺度为圆管的外径，特征速度是壳侧中心线附近管子之间横流截面上的流速与折流板缺口流速的算术平均值。1．无相变时对流表面传热系数的确定*25weisean

相变换热中主要介绍凝结和沸腾换热的计算方法

凝结换热主要发生在冷凝器中的传热过程制冷剂的冷凝放热换热器壁和污垢层的导热冷却剂的吸热过程2．有相变时对流表面传热系数确定*26weisean蒸气在垂直竖壁上凝结时的换热

实际竖壁冷凝过程中液膜的波动效应采用修正式

（1）凝结换热

27当冷凝液膜为紊流流动时(Re>1600)

（1）凝结换热

*28weisean蒸气在水平光管和低肋管上冷凝时的换热水平光管外的平均表面传热系数

低肋管总凝结换热系数

（1）凝结换热

*29weisean蒸气在水平光管束和低肋管束上凝结时的换热在单根管子换热系数的基础上加管束修正系数实际管束修正系数为

管束的平均管排数管束实际凝结过程中，顶层管子上的凝结液滴并非完全聚集在下一排管子上，有一部分凝结液会飞溅到管束间，这时，管壁的实际凝结热阻要比凝结液完全滴落在下一排管子上时的热阻小。

（1）凝结换热

*weisean蒸气在水平管内的凝结换热

制冷剂为氟里昂

或公式的适用范围为：Re"按进口蒸气状态计算。（1）凝结换热

*31weisean制冷剂为R717或当制冷剂在水平蛇形管内冷凝时，上述四个公式乘以后修正系数（1）凝结换热

*32weisean（2）沸腾换热制冷剂在大空间内的沸腾换热水平光管管束外侧且q<2100W/m2为系数，其取值对R717，核态沸腾区域，沸腾换热系数可表示为（q>2100W/m2）

和a的取值为：对R717，；其中为蒸发温度

*33weisean（2）沸腾换热立式管内沸腾工质为R717时的换热系数水平管内沸腾，管径在6～14mm，氟利昂沸腾换热系数制冷剂在管内强制对流沸腾换热*34weisean常用肋片管表面结构形式与特点

3．肋片管式换热器内的传热计算方法绕片管

*35weisean套片管常用肋片管表面结构形式与特点

*36weisean常用肋片管表面结构形式与特点

轧片管*37weisean平直肋片

肋片管的肋片效率肋片参数

肋片当量高度

*38weisean环形肋片（等厚度圆肋片）

肋片管的肋片效率在用于蒸发器且处于湿工况时肋片参数

肋片当量高度

=*39weisean4．对数平均温差顺流和逆流时流体温度的变化分别是热流体和冷流体的进出口温度。

40顺流、逆流换热器的对数平均温差计算，假定条件：①冷热流体的质量流量和比热容在整个换热面上都是常量。②换热器无传热损失且在整个换热面上传热系数为常数。③换热面上沿流动方向的导热量可以忽略不计。④换热器两侧冷热流体均不能既有相变又有单相介质传热。4．对数平均温差*41在制冷系统中，冷凝器①放热介质温度不变，吸热介质温度变化。蒸发器②吸热介质温度恒定，放热介质温度变化。不存在顺流和逆流之分。4．对数平均温差*42weisean根据理论分析，对于工程中常见的蛇形管束内的传热，只要管束的曲折次数超过4次，即可作为纯顺流或纯逆流来处理4．对数平均温差(a)作逆流处理(b)作顺流处理*43weisean当时，可用算术平均温差代替对数平均温差。代替后误差不超过2.3%。如时，可用下式计算平均温差。算术平均温差*44weisean第二节冷凝器的结构形式蒸发器中吸收的被冷却介质的热量；制冷剂蒸气在制冷压缩机中被压缩时，由压缩机消耗的机械功转化的热量。制冷剂在冷凝器中放出的热量*46weisean过热蒸气饱和蒸气饱和液体过冷液体制冷剂在冷凝器中的放热过程*47weisean水冷式冷凝器water-cooledcondenser

风冷式冷凝器air-cooledcondenser蒸发式冷凝器evaporativecondenser淋激式冷凝器atmosphericcondenser按冷却介质和冷却方式冷凝器的分类*48weisean分类

空气流动方式分自然对流式强制对流式冷凝管结构分管片式管带式平行流2.1空（风）冷式冷凝器*49weisean空气侧换热系数较小，在空气侧通常采用加翅片等强化措施；自然对流式无风机电耗，噪声小，但冷凝器传热系数低；为9～16W/（m2·℃)强制对流式传热系数为23～50W/（m2·℃）

风冷式冷凝器的特点*50weisean优点：系统简单，不需要冷却水，适用于缺水或供水困难的地区；风冷热泵：从空气取热量。缺点：传热系数低；在水源充足的地方，水冷式设备的初投资和运行费用均低于风冷设备；冷凝温度高，压缩机容量比水冷式大15％。风冷式冷凝器的优缺点*51weisean自然对流式风冷冷凝器*52weisean噪声小但冷凝器传热系数低自然对流式风冷冷凝器的特点*53weisean优点流程短，压力损失小，减少排气压力及压缩机功耗；

进出管通径是变化的，气态时通径大，液态时通径小，使换热面积被充分利用，减小设备尺寸；使冷凝器内制冷剂温度及流量分配均匀，提高放热性能；加快了流速，提高放热性能；传热效率比管片式提高30～40％，通路阻力降低25～33％，内容积减少20％，大幅度提高其放热性能。缺点：制造加工工艺更复杂。

管带式风冷冷凝器的优缺点*54weisean*55鳍片式冷凝器

a)散热片形状b)冷凝器外形*56weisean*57weisean平行流冷凝器外形*1-肋片2-传热管3-上封板4-左端板5-进气集管6-弯头7-出液集管8-下封板9-前封板10-轴流风机11-装配螺钉特点有噪声，但传热系数有所上升

强制对流式风冷冷凝器结构管片式风冷冷凝器结构翅片盘管的结构及端板形式*61weisean7×0.35，9.52×0.35，12.7×0.5，15.8×0.75

排列方式正三角形正方形直列正方形错列传热管规格换热器中传热管的规格和排列方式*62weisean

翅片管簇结构参数示意图a)微元截面b)等边三角形叉排c)正方形顺排优点：结构简单，加工方便缺点：流程长;进出管径一样大，管道内空间未被充分利用，对充分进行热交换不利，而且增加了排气压力和压缩机功耗;清理焊接氧化皮不方便，且散热效率较低。管片式风冷冷凝器的特点*64weisean用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。冷却水可以一次性使用（地下水和地表水），也可以循环使用。用循环水时，必须配有冷却塔或冷水池，保证水不断得到冷却。优点：制冷能力大，运行经济性好。缺点：水系统比空气冷却系统复杂

2.2水冷式冷凝器*66weisean壳管式冷凝器shellandtubecondenser套管式冷凝器doublepipecondenser螺旋板式冷凝器spiralsheetcondenser

板式换热器PlateHeatExchanger

常用的水冷式冷凝器*67weisean壳管式冷凝器*68weisean立式壳管式冷凝器

openshellandtubecondenser冷却水靠重力沿管内流下的开式壳管式冷凝器，常用于大型氨制冷装置中。卧式壳管式冷凝器

closedshellandtubecondenser冷却水在压力下流过水平管束的闭式壳管式冷凝器，常用于大、中型氨或氟利昂制冷装置中。

1、壳管式冷凝器*70weisean1-放气管2-均压管3-安全阀接管4-配水箱5-管板6-进气管7-无缝钢管8-压力表接管9-出液管10-放油管分水器结构立式壳管式冷凝器结构及工作原理*71weisean立式壳管式冷凝器外型*weisean气态制冷剂从中上部进入，很好地冲刷钢管外表面，使之不致于形成较厚的液膜，提高传热系数；冷却水温升2～4℃，换热系数约700～800W/（m2·℃），换热管长约4～5m。立式壳管式冷凝器适用于水源充足、水质较差的地区，常用于大、中型氨制冷系统中

立式壳管式冷凝器的特点*73weisean垂直安装，占地面积小；无冻结危险，可安装在室外，不占用室内建筑面积；换热管是直管，便于清除铁锈和污垢，且清洗时不必停止系统的运行，对冷却水水质要求不高。冷却水用量大；制冷剂泄漏不易发现；体型比较笨重。立式壳管式冷凝器的优、缺点*74weisean卧式壳管式冷凝器结构及工作原理*75weisean两流程和四流程端盖内侧图*76卧式壳管式冷凝器外形*77weisean氟利昂卧式壳管式冷凝器1－端盖2－进气管3－壳体4—传热管5－管板6－密封橡胶7－紧固螺钉8－出液管口9－支座78氟利昂卧式壳管式冷凝器*冷却水的行程较长，流速高，水侧的换热系数大；提高冷却水进出口的温差，减少冷却水用量；氨系统用光滑钢管；氟利昂系统采用低肋铜管，强化氟利昂侧的冷凝放热。卧式壳管式冷凝器的特点*80weisean冷却水温升：4～6℃氨系统：冷却水流速0.5～1.5m/s，传热温差5℃，换热系数700～900W/（m2℃），单位面积热负荷1071～5234W/m2；氟系统：冷却水流速1.8～3.0m/s，传热温差7℃，换热系数900～1600W/（m2℃）卧式壳管式冷凝器的特点*81weisean冷却水流速高，传热系数较立式高；结构紧凑，占地面积较小；冷却水温升较大，冷却水耗用量较少。冷却水阻力较大；清洗不方便，要求冷却水水质较好。

卧式壳管式冷凝器的优缺点*82weisean2、套管式冷凝器*83weisean结构及工作原理*84weisean氟利昂套管式冷凝器*85weisean氨套管式再冷器*86weisean内管中冷却水下进上出，外套管内高压气态制冷剂上进下出，为逆流式换热，传热效果好，传热系数1100W/m2·℃左右；套管式冷凝器的特点*87weisean

结构紧凑，制造简单，价格便宜、传热特性好；冷凝液体过冷度大；冷却水耗量较少。制冷剂侧和冷却水侧阻力都较大清洗不方便，要求冷却水水质好；单位体积换热面积小（约20m2/m3，壳管式为100～200m2/m3）。套管式冷凝器的优点*88weisean与壳管式冷凝器比较，螺旋板式冷凝器不但体积小、重量轻，而且传热系数高。主要缺点：不适用于高压，内部不易清洗和检修，只能利用软化水或中等硬度的冷却水。3、螺旋板式冷凝器*89weisean螺旋管式冷凝器*

板式冷凝器

*91weisean吸入式压送式1、蒸发式冷凝器2.3蒸发式冷凝器和淋水式冷凝器*蒸发式冷凝器实物图*94weisean水预冷型蒸发式冷凝器通过循环水预先冷却可将换热盘管面积减少5～15%，但要增加预冷填料、风道等设施，使设备体积增大。此蒸发式冷凝器的操作原理和冷却塔基本相似。

填料型（水预冷型）蒸发式冷凝器*与水预冷型蒸发式冷凝器相比，由于冷凝、换热盘管还要肩负着对未汽化的滴落下来的水的冷却作用，换热盘管面积需要稍大一些。但由于减少了预冷填料、风道等设施，整个设备体积相对小巧一些，综合看两者制造成本基本一致。逆流型蒸发式冷凝器*96weisean带翅片预冷器的蒸发式冷凝器该蒸发式冷凝器的显著特点是高温工质在进入盘管组件前，先通过翅片部件利用从盘管和热交换器中排出的湿空气排入大气前对其进行大风量、大温差的冷却，使翅片管内的高温工质得到预冷后进入蒸发式冷凝器进行常规冷却和冷凝。椭圆形管和圆管的比较椭圆形盘管和圆管相比由于能增大外表面湿周，避免形成局部干点，目前已在国内生产厂家得到普遍应用。循环水量比水冷式少得多（只有水冷冷凝器的5％～10％），补水量少（只有水冷冷凝器的1/50～1/25），适合于缺水和气候干燥地区使用；风机流量小（不到风冷冷凝器的50％）；换热量受湿球温度影响很大，气候越干燥效果越好；吸入式蒸发式冷凝器气流均匀地经过冷凝盘管，传热效果比压送式好，但风机在高温高湿下运行，易发生故障；水泵功率小，节省运行费用；初投资高。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。蒸发式冷凝器的特点*99weisean注意：进口空气的湿球温度ts1与当地气象条件有关风量配备与ts1有关。ts1越高则所要求的送风量就越大，送风耗能也越多。所以送风量的配备应从节能和性能要求两方面综合考虑水量配备以保证润湿全部换热表面为原则。随意增大配水量会造成水泵功耗上升，水的飞散损失增大，运行成本提高。蒸发式冷凝器的特点*100weisean蒸发式冷凝器在实际应用中的问题

1、喷头堵塞，引起冷凝管组没有被均匀润湿，使冷凝压力升高，需要经常清洗。2、管组结垢：配置先进的电子水除垢仪，另外还可通过控制循环水使用周期，以及排污来控制杂质的积聚。3、水量的合理分布问题4、腐蚀问题*101weisean2、淋水式冷凝器*102weisean2、淋水式冷凝器通常采用水平盘管的型式一般是露天布置而且常装在冷却水塔的下面缺点：占地面积大,金属耗量大,目前生产和使用较少。*第三节冷凝器的设计计算

设计计算：根据已知条件确定冷凝器的换热面积和结构尺寸（或选择冷凝器）；校核计算：给定冷凝器的型式和结构尺寸及其工作条件，较核散热量。

冷凝器的传热计算*105weisean冷凝器的传热计算公式：

先确定其他参数，求A？冷凝器的设计计算*106weisean开启式压缩机

全封闭式压缩机

冷凝器的热负荷*107weisean风冷气缸水冷气缸开启式压缩机φ的确定*108weisean制冷剂无过冷制冷剂有过冷1-蒸气冷却2-冷凝3-液态制冷剂过冷4-冷却水升温一般将冷凝温度作为制冷剂的温度冷凝器中制冷剂的温度*109weiseanm制冷剂和冷却剂之间的平均对数传热温差*110weisean冷却剂进口温度由当地气象条件或水源条件确定；

冷却剂出口温度和冷凝温度的决定涉及经济问题，设计大型制冷系统时，应作技术经济比较。

冷凝温度和冷却剂进出口温度的确定*111weisean冷凝温度越低，制冷系数越大，压缩机耗功越小，减少运行费用；冷却剂进出口温差越大，所需要的冷却剂流量越少，可以减低运输送能耗。但温差大，造成冷凝温度升高，压缩机功耗增加；

冷凝温度必须高于冷却剂出口温度；负荷一定时，传热平均温差越大，所需要的传热面积越小，冷凝器的初投资低；合理匹配，但以压缩机运行费用为主。冷凝温度和冷却剂进出口温度的确定*112weisean立式壳管式：进出水2～4℃，传热平均温差5～7℃其它型式：进出水4～10℃，端部最大温差（tk－t1）7～14℃，水冷式冷凝器温差的取值*113weisean空气进出口温差小于8℃；冷凝温度与空气进口最大传热温差10～16℃。风冷式冷凝器温差的取值*114weisean冷却剂质量流量*115weisean冷凝器型式Kc(W/m2K)ψ（W/m2）△tm（K）立式壳管式（氨）卧室壳管式（氨（氟利昂）风冷冷凝器蒸发式冷凝器套管式冷凝器700～800800～1000700～150025～35500～7501000～12003500～45004500～60003500～7000250～3501500～28004000～60005～75～75～78～123～44～6各种冷凝器的热力性能*116weisean已知制冷量：60kW，制冷剂R22，t0＝2℃，t1＝32℃，传热管用紫铜肋管，λf＝384W/mK，d0＝13.124mm，di＝11.11mm，肋片外径df＝15.8mm，肋厚δt＝0.232mm，δ0＝0.368mm，平均肋厚δf＝0.30mm，肋节距e＝1.025mm，设计卧式壳管式冷凝器。

解：由，热负荷、传热温差、假设换热系数或热流密度、传热面积、换热管总长度、冷凝器结构形式，计算实际换热系数*117weisean热负荷传热温差假设：热流密度为6000W/m2，传热面积、换热管长度初步设计冷凝器结构计算实际换热系数实际的传热面积实际的冷凝器结构*118weisean肋管特性参数计算

肋管水平面积

肋管垂直面积总外表面积

肋化系数

肋片当量高度

基管平均表面积

*119weisean传热温差

已知t1＝32，取t2－t1＝5，则t2＝37，取tk－t2＝5，

*120weisean冷凝热负荷1.2273200*121weisean初步设计冷凝器结构

冷却水流量

设管内水流速为2.5m/s，

每一流程管子根数：514.45*122weisean换热管长度

肋管特性参数计算

换热管长度

*123weisean壳管式冷凝器，管子在管板上按正三角形排列，管间距S＝1.25～1.5d0，取S1＝20mm，则S＝1.52d0，一般冷凝器的L/D＝3～8，Z＝3～6，初步设计v＝2.5m/s，z＝5，n＝2，L＝2.65m*124weisean计算实际换热系数

冷却水侧的放热系数

制冷剂侧的放热系数

实际换热系数

*125weisean空冷式冷凝器的设计计算

热负荷传热温差假设：热流密度为200～300W/m2，估计传热面积、换热管长度：

*126weisean初步设计冷凝器结构冷空气流量、管子排数、每排管子根数、每根管长度冷凝器迎风面积、净流通面积净通道面积流速

*127weisean计算实际换热系数实际的传热面积实际冷凝器结构空气侧阻力

*128weisean冷凝器选择计算

传热温差传热面积计算换热系数校核换热量

*129weisean第四节蒸发器的结构形式*130weisean干式蒸发器再循环式蒸发器满液式蒸发器

蒸发器按其冷却的介质不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。根据制冷剂在蒸发器的充满程度及蒸发情况不同，分为：蒸发器的类型*131weisean干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全气化的蒸发器。其传热管外的被冷却介质是载冷剂（水）或空气，制冷剂则在管内吸热蒸发，一般流速约为4m/s。增加制冷剂的流量，可增加制冷剂液体在管内的湿润面积。同时其进出口处的压差随流动阻力增大而增加，以至使制冷系数降低。干式蒸发器（非满液式蒸发器）*132weisean干式蒸发器按其被冷却介质的不同分为：冷却液体介质型冷却空气介质型干式蒸发器干式蒸发器的类型*133weisean多路干式蒸发器中制冷剂的分配及肋片管形式a）蒸发器总图b）绕片管c）套片管

1-传热管；2-肋片；3-挡板；4-通风机；5-回气集管；6-分液器*134weisean典型分液器

*135weisean直管式干式壳管式蒸发器*136weisean*137weiseanU形管式短圆缺和长圆缺形折流板*U形管式干式壳管式蒸发器*139weisean*140weiseanU形管式蒸发器的特点管板弯好之后再套进去，能拉出来进行清洗；可以消除热应力（材料膨胀引起）；各流程的制冷剂不会混合，发生短路；只有两个流程，不适用光管，只能用内肋管；由于弯管半径不一样，要很多模具、制造复杂；如果发生管子泄露、修理困难。*141weisean能保证进入制冷系统的润滑油返回压缩机；所需要的制冷剂充注量较小，仅为同能力满液式蒸发器的1/3；用于冷却水时，即使蒸发温度达到0℃，也不会发生冻结事故；可采用热力膨胀阀供液，这比满液式的浮球阀供液更加可靠。

干式壳管式蒸发器的特点*142weisean

板式换热器早在一百多年前就已问世，直到近二十几年随着加工工艺水平的提高，出现了无垫片全焊接的板式换热器，才使得这种高效换热器在制冷装置中得以应用。板式换热器一般作为冷凝器、蒸发器或冷却器等，在制冷及空调用冷水机组中的应用相当普遍。

板式换热器的结构及工作原理*143weisean1-进出口接管2-传热板片3-封板板式换热器的结构及工作原理*144weisean水冷媒板片通道面板板式换热器中的换热板式换热器的结构及工作原理*1451．固定压紧板

2．连接口

3．垫片

4．板片

5．活动压紧板

6．下导杆

7．上导杆

8．夹紧螺栓

9．支柱组装式板式换热器

板式换热器的结构及工作原理*146板式换热器的结构及工作原理*147weisean板式换热器的板片形式*148weisean人字形板片板式换热器的板片形式*149整体钎焊板式换热器外形*150weisean*151组装板式换热器外形*钎焊板式热交换器*153weisean

传热系数高：2000～3000W/m2℃；液—液式板式换热器高达2500～7000W/m2℃；单位体积的换热面积大：约250m2/m3；金属耗量小（约15kg/m2）结构紧凑，体积小；适应性大。承受压力有限；冷却水阻力大，水垢不易清洗；要求冷却水水质好。

板式换热器的特点*154weisean这类蒸发器按空气的运动状态分有自然对流式空气冷却器和强制对流式空气冷却器两种型式。

自然对流式空气冷却器：由于被冷却空气呈自然对流状态，其传热系数较低。所以这种蒸发器被制成光管蛇形管管组，通常称做冷却排管。一般用于冰箱、冷柜、冷藏车、冷藏库和低温试验装置中。冷却空气型干式蒸发器（直接蒸发式）*155weisean自然对流式空气冷却器*成型板模压的板面式蒸发器管子和板面形成的板面式蒸发器

铝复合板吹胀式蒸发器

在冰箱中使用较普遍，预先以铝-锌-铝三层金属板，按蒸发器所需尺寸裁剪好，平放在刻有管路通道的模具上，通过加压、加热并以氮气吹胀成形。一般冰箱的管板式蒸发器，其肋化系数在3.5～4.5之间，而吹胀式蒸

铝复合板吹胀式蒸发器的肋化系数在4.5～6.0之间。它们的表面传热系数依照经验数据取11～14W/（㎡·K）之间（未结霜状态）。*158weisean冷却排管具有存液量少，其充液量约为排管内容积的40%左右，操作维护方便等优点。但存在管内制冷剂流动阻力大，蒸发后的蒸气不易排出。同时由于管外空气为自由运动，传热系数较低，一般在6.3~8.1W（m2·K）范围。自然对流式空气冷却器的特点*159weisean强制对流式空气冷却器又称冷风机。由于光管式空气冷却器传热系数很低，为加强空气侧的换热，往往需要在管外设置肋片以提高传热系数值。但是在一般情况下，设置肋管后因片距较小会引起较大的流动阻力，必须采取措施强制空气以一定的流速通过肋片管族，以便于获得较好的换热效果。

强制对流式空气冷却器*160weisean

这种蒸发器具有结构紧凑，传热效果好，可以改变空气的含湿量，应用范围广。但从制造工艺要求分析，肋片与传热管的紧密接触是提高其传热效果的关键。强制对流式空气冷却器的特点*161weisean

这种蒸发器中，制冷剂在其管内反复循环吸热蒸发直至完全气化，故称做循环式蒸发器。循环式蒸发器多应用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统或低温环境试验装置。循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内表面能始终完全润湿，表面传热系数很高。但体积较大，制冷剂充注量较多。再循环式蒸发器*162weisean*163weisean水箱式蒸发器可由平行直管或螺旋管组成（又称为立式蒸发器）。蒸发器沉浸在液体载冷剂中工作，由于搅拌器的作用，液体载冷剂在水箱内循环流动，以增强传热效果。制冷剂液体在管内蒸发吸热，使管外载冷剂降温。类型：结构形式与卧式壳管式冷凝器相近。特点：在蒸发器内充满了液态制冷剂，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断地从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触，具有较大的换热系数。但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度造成不良影响。满液式蒸发器*166weisean制冷剂在管外蒸发；载冷剂在管内流动，一般为多流程式；载冷剂的进出口设在端盖上，取下进上出走向。制冷剂液体从壳体底部或侧面进入壳内，蒸气由上部引出后返回到压缩机；壳内制冷剂始终保持约为壳径70%~80%的静液面高度。

特点：卧式壳管式满液蒸发器*167weisean卧式壳管式满液蒸发器*168weisean应注意以下问题：1）以水为载冷剂，其蒸发温度降低到0℃以下时，管内可能会结冰，严重时会导致传热管胀裂。2）低蒸发压力时,液体在壳体内的静液柱会使底部温度升高,传热温差减小。3）与润滑油互溶的制冷剂，使用满液式蒸发器存在着回油困难。4）制冷剂充注量较大。同时不适于机器在运动条件下工作，液面摇晃会导致压缩机冲缸事故；5）蒸发器水容量小，热稳定性差，水温波动较大。卧式壳管式满液蒸发器*169weisean第五节蒸发器的设计计算

*170weisean整体计算法将蒸发器当成一个整体，根据制冷剂和载冷剂的质量流量和进出口温度进行计算。该方法简单快捷，能满足工程精度要求。分布计算法将蒸发器分为几个区段，以上一区段的出口条件作为下一区段的进口条件，对每一区段进行计算，将全部区段叠加得到整个蒸发器的换热情况。该法适用于计算机仿真。蒸发器的设计计算方法*171weisean采用冷冻水或盐水的蒸发器:

蒸发温度比冷冻水出口温度低2～3℃，冷冻水进出口温差为5～8℃，平均传热温差约5～7℃，热流密度为2000～3000W/m2。直接蒸发式空气冷却器:蒸发温度比被冷却空气的出口温度低6～8℃，平均传热温差约11～13℃，热流密度为450～500W/m2。

蒸发温度与平均传热温差*172weisean蒸发温度越低，静液高度对蒸发温度的影响也就越大。大气压力下沸点越高的制冷剂，受静液高度的影响越大。静液高度对蒸发温度的影响*173weisean管内制冷剂的流速越大，管内沸腾放热系数越高，可减少传热温差，提高蒸发温度；管内制冷剂的流速越大，使得制冷剂的压降增加，降低了压缩机的吸气压力，使得压缩机的制冷能力下降，功耗增加；存在最优质量流速；在空调用制冷系统中，R134a在蒸发管内的压降应不大于40kPa，R22不大于60kPa。制冷剂质量流速与压降对蒸发温度的影响*174weisean最佳制冷剂质量流速t02t0tmtvm*175weisean

其计算与冷凝器基本相同。冷却液体载冷剂的蒸发器的传热系数*176weisean流动型式对传热温差的影响

在相同的端部温度条件下，顺流的传热温差大于逆流当采用热力膨胀阀供液时，蒸发段顺流大于逆流，过热段逆流大于顺