制冷设备基础知识

制冷设备第一节概述第二节冷凝器第四节其它换热设备第五节节流机构第六节辅助设备第三节蒸发器第一节概述制冷设备包括：换热设备（冷凝器、蒸发器、再冷却器、回热器、中间冷却器等）、节流机构、辅助设备（储液器、气液分离器、过滤器、干燥器、油分离器、集油器等）。制冷换热设备特点：①制冷装置的压力、温度变化范围小；②冷热流体之间传热温差较小；③要与制冷压缩机匹配。第二节冷凝器一、冷凝器类型

冷凝器水冷冷凝器蒸发式冷凝器套管式管壳式风冷冷凝器板式螺旋板式卧式立式鼓风式吸风式自然对流式强制对流式二、水冷冷凝器1、卧式管壳式冷凝器来自压缩机的高温气态制冷剂过冷液态制冷剂去蒸发器液态制冷剂冷凝气态制冷剂压缩机排气管排气均气板铜管管板支撑杆制冷剂均液板制冷剂出液管卧式管壳式冷凝器特点：①结构紧凑，占地面积小；②管内冷却水流速较高，传热系数较大；③冷却水温升较大，冷却水用量较小；④冷却水流动阻力较大；⑤清洗污垢不方便，需要停机清洗；⑥对冷却水水质要求较高。应用：大、中型氟里昂制冷系统和氨制冷系统广泛采用。2、立式管壳式冷凝器立式管壳式冷凝器特点：①露天安装，节省机房面积且室外占地面积小；②可以安装在冷却塔下面，以简化冷却水系统；③换热管垂直放置，便于清洗污垢，可以在运行中清洗，故对水质要求不高；④冷却水用量大；⑤设备体积大，金属耗量大，搬运安装不方便；⑥制冷剂泄露不易发现。应用：大、中型氨制冷系统。3、套管式冷凝器（蛇炮）结构：由不同直径的管子套在一起，弯制成螺旋形或蛇形的一种水冷冷凝器。原理：制冷剂自上而下在两管之间的空间流动，冷却水在内管管内自下而上流动。套管式冷凝器特点：①结构紧凑，制造简单，传热特性好；②冷却水和制冷剂流动阻力都较大；③单位体积的换热面积小，金属消耗量大；④清洗水垢困难，故对水质要求高。应用：单机制冷量小于40kW的小型氟里昂制冷系统。4、螺旋板式冷凝器结构：将固定间距的两张钢板弯成螺旋状组成流道，流道始于螺旋板式换热器的中心，而终于螺旋板式换热器的外缘，再将螺旋板两端焊封。原理：冷却水由螺旋板外缘进入，从中央流出；制冷剂从中央隔板另一侧进入，边缘流出。螺旋板式冷凝器特点：①体积小、重量轻；②传热系数高，相同条件下比管壳式传热系数提高50％；③承受压力有限；④制造较复杂；⑤冷却水阻力大且清洗水垢困难，对水质要求高。5、板式冷凝器结构：

①将许多片由冲压成型的薄金属换热板叠放在一起，板与板之间周边放入一定形状的密封圈。②两种流体在流道内呈逆流流动。③板面做成点状支撑、波纹形、人字形等各种形状，破坏边界层，形成紊流，强化传热。特点：①传热系数大幅度提高，相同条件下是管壳式的2～5倍；②结构紧凑、体积小、耗材少；③承压有限；④冷却水流动阻力大；⑤清洗不方便，对冷却水水质要求高。应用：近年来开始用于制冷装置上。二、风冷冷凝器1、自然对流空气冷却式冷凝器结构①板管式：蛇形管焊接或压死在平板上。②线管式：钢丝焊接在蛇形管的两面。原理：依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝热带走。特点：无风机、无噪声、传热系数低。应用：电冰箱2、强制对流空气冷却式冷凝器结构：将铜管弯制成蛇形盘管，叉排或顺排，外套铝质翅片。特点：①传热系数虽高于自然对流式，但较水冷式低很多。②组成简单，适用于缺水或供水困难地区。应用：中小型氟里昂制冷机组。三、蒸发式冷凝器1、原理：冷却水由水泵送至冷凝器蛇形盘管上部，经喷嘴喷淋在蛇形盘管外表面上，水分蒸发带走冷凝热，冷却水循环使用并及时补充蒸发带走水分。2、结构：①为了强化传热，一般在冷凝器上部加装风机，吸入来自蛇形盘管下部的空气，称为吸风式蒸发式冷凝器。②为了避免高温高湿气流对风机的腐蚀，也常把风机装于蛇形盘管下部，称为鼓风式蒸发式冷凝器。3、特点：比水冷式省水（耗水为水冷式的1/98～1/73），比风冷式省风（空气流量为风冷式的1/2）。4、应用：适用于气候干燥或缺水地区。第三节蒸发器一、蒸发器分类

按照被冷却介质分类：冷却液体载冷剂的蒸发器、冷却空气的蒸发器。按照供液方式的不同分类：满液式蒸发器、干式蒸发器和循环式蒸发器。满液式蒸发器：

(内部充满液态制冷剂的蒸发器)：沸腾传热系数高；制冷剂充注量大；若润滑油溶于制冷剂，润滑油难以返回压缩机。干式蒸发器（制冷剂在管内一次完全汽化的蒸发器）：制冷剂走管程；制冷剂充注量小；传热效果不如满液式。循环式蒸发器（制冷剂在蒸发器内经过几次循环才能汽化的蒸发器）：通过泵使制冷剂在蒸发器内强制循环；传热系数高于满液式；且润滑油不易积存；设备费用高。蒸发器满液式蒸发器干式蒸发器卧式管壳式蒸发器沉浸式蒸发器冷却空气蒸发器干式管壳式蒸发器第三节蒸发器直立管式蛇管式螺旋管式直接蒸发式空气冷却器排管式一、满液式蒸发器1、卧式管壳式蒸发器几点说明：①载冷剂走管程，制冷剂走壳程。②液态制冷剂从筒体下半部计入，上部排出。③为了避免液态制冷剂被带出蒸发器，冲液量不能浸没全部传热面。④氨做制冷剂时，传热管采用无缝钢管；氟里昂做制冷剂时，采用紫铜管或带翅片铜管。⑤氨做制冷剂时，筒体底部焊有集油罐。特点：①结构简单，体积紧凑，金属消耗少，造价低，传热性好；②制冷剂充注量大，载冷剂有冻结危险，避免冻结就要采取较高的蒸发温度（水做载冷剂，出水温度控制在2℃以上）；③回油较困难；④运行过程热稳定性差，载冷剂温度易波动。应用：①原来多用于价格低廉且难溶于润滑油的氨制冷系统中；②近年来，R22系统亦逐渐采用。2、直立管（水箱式）式蒸发器结构：水箱加蒸发盘管组成直立管式（水箱式）蒸发器。水箱中装有两排或多排管组，每排管组有上下集管和介于期间的许多钢制立管组成；上集管焊有液体分离器，下集管焊有集油罐。特点：①传热性能好，且充水量大冻结危险小；②体积庞大，金属消耗大，且载冷剂（水或盐水）暴露在空气中对金属腐蚀较严重。应用：只用于氨制冷系统。直立管（水箱式）式蒸发器属于沉浸式蒸发器的一种，还可以把管子做成螺旋管式的螺旋管式蒸发器或者蛇管式的蛇管式蒸发器。二、干式蒸发器1、干式管壳式蒸发器几点说明：①结构与满液式管壳式蒸发器相似。区别在于干式蒸发器制冷剂走管程，而满液式制冷剂走壳程；②根据管组排列不同分为直管式和U型管式；③充液量一般为管内容积的30％～40％；④只要保证制冷剂管内一定的流动速度，回油没问题。特点：①制冷剂充注量小，避免了换热管冻结胀裂现象，能较好地解决回油问题；②换热管管外清洗较困难（U型管式较易清洗）。2、直接蒸发式空气冷却器（冷风机）结构：①紫铜管外套铝片；②风机强制对流；

③要设分液器和分液管，保证液态制冷剂能均匀分配给蒸发器各通路。特点：①传热特性好，结构紧凑，占地面积小，冷量损失小；②气密性要求高，冷量调节困难。应用：广泛应用于空调、冷库库房等。3、排管式蒸发器结构：①管子结构有立管式（氨系统）和蛇管式（氨、氟里昂系统），蛇管采用光管或翅片管；②制冷剂在管内蒸发，空气在管外做自然对流，③氨系统用钢管，氟里昂系统用铜管。④按照安装位置可以分为墙排管、顶排管和搁架式排管。特点：①立管式：优点结构简单，排气排油方便，缺点是制冷剂充注量大；②蛇管式：优点冲液量小，缺点制冷剂流动阻力大。应用：冷库房、低温实验室、各种冰箱。一、回热器作用：利用蒸发器出来的制冷剂饱和蒸汽需要过热时的冷量来使节流前的制冷剂液体进一步过冷，既保证了压缩机的安全运行，同时提高了系统的制冷量。应用：多用于氟里昂制冷系统。分类：盘管式、套管式、并联管式、穿管式。1、盘管式①结构：外壳为钢制圆筒，内装铜制螺旋盘管。来自冷凝器的高压高温制冷剂液体在血管内流动，而来自蒸发器的低压低温制冷剂蒸气则从盘管外部空间通过，使液体再冷却。

第四节其它换热设备器②应用：对于大中型制冷装置多采用盘管式回热器。2、套管式①结构：同套管式冷凝器，蒸汽走内管，液体走管间。②应用：适用于R22系统。3、并联管式①结构：将供液管和吸气管绑在一起或并行焊接在一起而成。②应用：电冰箱等小型制冷装置。4、穿管式①结构：将供液管穿在回气管内。②应用：小型制冷装置。二、中间冷却器作用：①冷却低压压缩机排出的过热制冷剂蒸汽，保证高压压缩机吸气温度不至于过高；②过冷从冷凝器排出的制冷剂液体，提高制冷系数，减少节流过程的闪发蒸汽。氟里昂用中冷器——中间不完全冷却氨用中冷器——中间完全冷却四、冷凝蒸发器作用：复叠式制冷中低温循环的冷凝器和高温循环的蒸发器。分类：套管式、绕管式、壳管式。1、套管式结构：与套管式冷凝器结构相似，它是将两个直径不同的管道套在一起后弯曲而成。一般高温级循环制冷剂在管间蒸发，低温级制冷剂蒸气在管内冷凝。特点：结构简单，加工方便，但外形尺寸较大；当套管太长时，蒸发和冷凝两侧的流动阻力都较大。应用：适用于小型复叠式制冷装置。

2、绕管式结构：由一组多头的螺旋形盘管装在一个圆形的壳体内组成的。高温级制冷剂由上部供入，在管内蒸发，蒸汽由下部导出；低温级制冷剂在管外冷凝。特点：结构及制造工艺较复杂，传热效果好，制冷剂充注量较小；由于其壳体内容积较大，必要时还可以起到膨胀容器的作用。

3、壳管式结构：将直管管束在壳筒内，形式与壳管式冷凝器结构基本相同。分类：立式、卧式。特点：立式——高温级制冷剂液体从下部进入管内蒸发，蒸气由上部集管引出到高温级压缩机；低温级制冷剂蒸气由上封头的接管进入壳内，在管外冷凝成液体后由下封头的接管引出，进入低温级的节流装置，高温级制冷剂充注量较大。卧式——其工作原理与干式卧式蒸发器相似，其结构较立式安装型复杂一些，但是传热效果较好，可以做成大型设备，以满足大容量复叠式制冷装置的需要。五、再冷却器作用：使冷凝后的液态制冷剂达到一定的再冷度，以减小节流损失，提高制冷能力和有利于液态制冷剂输送。

原理：冷却水在内管中自下而上流动，氨液在内管外部环形空间中自上而下流动。特点：一则可以使之进行强迫对流换热，再则可使冷却水与氨液之间呈逆流式热交换，因此再冷能力强。第五节节流机构节流机构作用：①对高压液态制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中的液体制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。

。②调节供入蒸发器的制冷剂流量，以适应制冷系统制冷量变化的需要。即随着蒸发器热负荷的变化，节流机构供液量也要相应地变化。若供液量小了，会使制冷量不足；供液量多了，会引起湿压缩，甚至液击事故

。常用节流机构：手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管等。

一、手动膨胀阀结构：①与普通截止阀相似，只是阀芯为针形椎体或具有V形缺口的锥体；②阀杆采用细牙螺纹；③阀杆上、下行程大。应用：手动操作，全凭经验，很少使用，只是在氨制冷系统、实验装置或者安装在旁路中作为节流机构还有少量使用。二、浮球式膨胀阀原理：①依靠浮球室液面的变化带动浮球的升降，从而控制阀门的开度。②浮球室装在蒸发器一侧，并保证与蒸发器内液面相平。③根据节流后的制冷剂是否通过浮球室，将浮球式膨胀阀分为两类：直通式、非直通式。应用：氨制冷系统满液式蒸发器中。直通式浮球膨胀阀供给蒸发器的液体首先全部通过浮球室，然后由液体连通管流入蒸发器。特点：构造简单，液连通管管径大，只能从下部向蒸发器供液，浮球室内的液面波动大，由浮球传递到阀芯的冲击力就大，使得阀门易于损坏。

非直通式浮球阀：把阀门机构设置在浮球室外部，节流以后的制冷剂不通过浮球室，直接流入蒸发器，特点：这种阀浮球室内的液面稳定，浮球阀工作比较稳定,但它的构造和安装较复杂。目前非直通式浮球阀得到了广泛应用。三、热力膨胀阀原理：通过蒸发器出口气态制冷剂的过热度控制膨胀阀的开度。应用：广泛应用于非满液式蒸发器，例如广泛应用于氟里昂制冷系统，如冷库、冷藏、空调装置等。根据平衡方式分为：内平衡式和外平衡式。1、内平衡式热力膨胀阀分析弹性金属膜片受力：①上部受感温包内工质（过热蒸汽）的压力P3作用；②下面受蒸发器进口制冷剂（液态）压力P1；③下面还收到弹簧力P2（向上）的作用。2、外平衡式热力膨胀阀分析弹性金属膜片受力：①上部受感温包内工质（过热蒸汽）的压力P3作用；②下面受蒸发器出口制冷剂（过热蒸汽）压力P1；③下面还受到弹簧力P2（向上）的作用。3、内平衡与外平衡区别除了弹簧弹力外，内平衡膜片下表面受力是蒸发器进口液态制冷剂压力，外平衡式是蒸发器出口气态制冷剂压力。理想情况下，不考虑制冷剂在蒸发器流动的压力降，上述两个压力是相同的。实际情况下，制冷剂在蒸发器流动存在压力降，使得出口压力低于进口压力。比较理想情况和实际情况，采用内平衡阀，如果弹簧弹力和液态制冷剂压力相同，会发现实际情况下，要求在蒸发器出口处必须有一个较大的过热度，才能使金属膜片处于平衡位置。这就意味着蒸发器中有更多的传热面积用于了产生过热度，降低了蒸发器的传热面利用率。外平衡式不受蒸发器内部压力损失的影响。故当蒸发器的压力损失比较大时，就应该使用外平衡阀。目前国内一般中小型的氟里昂制冷系统，除了使用分液器的蒸发器外，蒸发器的压力损失都比较小，所以采用内平衡式热力膨胀阀较多。用分液器的蒸发器压力损失较大，故宜采用外平衡式热力膨胀阀。4、热力膨胀阀应用5、图片5、感温包的充注

根据制冷系统所用制冷剂的和蒸发温度的不同，热力膨胀阀感温包中可采用不同的物质和充注方式，有充液式、充气式、交叉充液式、混合充注式和吸附充注式。①充液式热力膨胀阀其充液量应足够大，保证任何温度下感温包内均有液体存在。感温包内的压力为所充注液体的饱和压力。特点：优点是阀门的工作不受膨胀阀和平衡管所处环境温度的影响。但充液式热力膨胀阀随蒸发温度的降低，过热度有明显上升的趋势。应用：充液式热力膨胀阀温度适应范围小，用于蒸发温度变化范围小的场合。②充气式热力膨胀阀感温包中充注的是与制冷系统相同的制冷剂，充注的液体数量取决于膨胀阀工作时的最高蒸发温度。在该温度下感温包内所充注的液态制冷剂应全部气化为气体。当感温包温度低于最高蒸发温度时，感温包内的压力与温度的关系为制冷剂的饱和特性曲线。当感温包的温度高于最高蒸发温度时，感温包内的制冷剂呈气态，压力与温度的关系为制冷剂的气态特性曲线，尽管温度增加很大，压力却增加很少。因此当蒸发温度超过最高蒸发温度时，蒸发器出口气态制冷剂虽具有很大的过热度，阀门开度基本不变大；这样就可以控制对蒸发器的供液量，以免系统蒸发温度过高，制冷压缩机的电机过载。蒸发温度过高，制冷压缩机的电机过载。③其它充注式热力膨胀阀交叉充液式：即充液式热力膨胀阀感温包内充注与制冷系统不同的制冷剂以外，还充注一定压力的不凝性气体。吸附充注式：即在感温包内装填吸附剂（如活性炭）和充注吸附性气体（如二氧化碳）。采用不同充注方式的目的在于，使弹性金属膜片两侧的压力按两条不同的曲线变化，以改善热力膨胀阀的调节特性，扩大适用温度范围。6、热力膨胀阀的选配选配时应考虑到制冷剂种类和蒸发温度范围，且使膨胀阀的容量与蒸发器的负荷相匹配。我们把通过在某压差情况下处于一定开度的膨胀阀的制冷剂流量，在一定蒸发温度下完全蒸发时所产生的冷量，称为该膨胀阀在此压差和蒸发温度下的膨胀阀容量。选配时一般要求热力膨胀阀的容量比蒸发器负荷大20～30％。

7、热力膨胀阀的安装热力膨胀阀的安装位置应靠近蒸发器，阀体应垂直放置，不可倾斜，更不可颠倒安装。通常将感温包缠在吸气管上，感温包紧贴管壁，包扎紧密；接触处应将氧化皮清除干净，必要时可涂一层铅漆作保护层，以防生锈。感温包安装在蒸发器出口、压缩机吸气管段上，远离压缩机吸气口1.5m以上，并尽可能装在水平管段部分。但必须注意不得置于有积液之处。当采用外平衡式热力膨胀阀时，外平衡管一般连接在蒸发器出口、感温包后的压缩机吸气管上，连接口应位于吸气管顶部，以防被润滑油堵塞。四、电子膨胀阀原理：通过被调节参数产生电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，从而控制阀门开度。应用：广泛应用于诸如冷藏箱、空调器中的氟里昂制冷系统。不但用于干式蒸发器，亦可以用于满液式蒸发器。根据驱动方式分为：电动式和电磁式。电子阀应和压缩机同时启闭。1、电动式原理：铁芯外面套有线圈，线圈通电，衔铁可以带动阀针向上上移动，阀门开启；线圈断电，衔铁在重力作用下下落，阀门关闭。特点：结构简单，但是依靠电磁力开启阀门，在进出口压差较大时难以开启，并且动作不很及时。应用：适用于小型氟里昂制冷装置。2、电磁式原理：线圈通电时，电磁力吸引衔铁带动阀针上升，开启浮阀上部的小孔，使得浮阀上部空腔内的氟里昂液体通过该孔流向电磁阀的出口端，减小了浮阀上部的压力。由于浮阀下部受到高压氟里昂液体的作用，在浮阀上下形成压差，使其慢慢升起。特点：结构较为复杂，但线圈只控制阀针的起落，可以大大减小线圈功率，使电磁阀体积缩小。应用：中型氟里昂制冷装置。五、毛细管结构：直径0.7～2.5mm，长度0.6～6mm的细长紫铜管。应用：广泛应用于小型全封闭制冷装置，如家用空调器、冰箱等。特点：①优点：结构简单，无运动部件，价格低廉；系统不需装设储液器，制冷剂充注量小；系统停运后，冷凝器与蒸发器内的压力可以较快的自动达到平衡，减轻电动机起动负荷。②缺点：调节能力差，供液量不能随工况变化而任意调节。作用：调节和稳定制冷剂的循环量并储存液态制冷剂。

结构：钢板卷板焊接而成。种类：按用途和承受工作压力不同可分为：高压储液器和低压储液器。1、高压储液器放置在冷凝器下面，储存由冷凝器所导出的高压氨液，并保证供应和调节氨液循环量。高压储液器的容量一般应能容纳系统中的全部充液量，为了防止温度变化时因热膨胀造成危险，储液器的储存量不应超过本身容积的80％。第六节辅助设备一、储液器2、低压储液器收集压缩机总回汽管路上氨液分离器所分离出来的低压氨液。装在压缩机总回汽管上的氨液分离器下部。仅在大型氨制冷装置中使用。按其作用不同分为两种：排液筒:当检修有关设备或者冷库及低温室的冷却盘管或冷风机融霜时，用来储存从中排出的制冷剂液体。循环储液筒：循环式蒸发器采用氨泵供液时，用于储存循环的低压制冷剂液体，故又称循环储液筒。低压储液器的构造与高压储液器基本相同。

二、气液分离器作用：①分离低压蒸汽中的液滴，防止制冷压缩机湿冲程；②防止制冷剂蒸汽进入蒸发器中，提高蒸发器的传热效果。

位置：设置在蒸发器与压缩机回汽管之间。构造：小型氟里昂制冷系统所采用的气液分离器有管道型和筒体型两种;大中型氨系统中气液分离器有立式和卧式两种。三、过滤器和干燥器1、过滤器作用：过滤器用于清除制冷剂中的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等。它分气体过滤器和液体过滤器两种。气体过滤器装在压缩机的吸气管路上或压缩机的吸气腔，以防止机械杂质进入压缩机气缸；液体过滤器一般装在调节阀或自动控制阀前的液体管路上，以防止污物堵塞或损坏阀件。过滤器的原理很简单，就是用金属丝网阻挡污物。氨：网孔为0.4mm的钢丝网，2～3层；氟利昂：网孔0.1～0.2mm的铜丝网。（汽：0.2mm，液：0.1mm）。流速：气态制冷剂通过滤网的速度为1～1.5m/s，液态，0.1m/s。2、干燥器氟里昂系统中有水的危害：①当系统在0℃以下运行时，会在膨胀阀处结冰，堵塞管道，即发生“冰塞”。②系统中制冷剂含水量过多，会引起制冷剂分解，金属腐蚀，并产生污垢和使润滑油乳化等。氟里昂制冷系统须加设干燥器；氨制冷系统不需要。一般用硅胶作为干燥剂（R134a用沸石除外）近年来也有使用分子筛作干燥剂的。在实际的氟里昂系统中常常将过滤和干燥功能结合在一起，称为干燥过滤器。干燥器使用一段时间后，干燥剂含水量增加，吸附水分的能力降低，需将干燥器取下，将干燥剂加热再生后继续使用。

四、油分离器为何加设油分离器：①压缩机的排气中都带有润滑油。润滑油随高压排气一起进入排气管，并有可能进入冷凝器和蒸发器内。②对于氨制冷系统，润滑油会在换热器传热表面上形成严重的油污，降低了传热系数，并使制冷剂的蒸发温度有所提高。③对于氟里昂