学习情景3制冷系统设备课件

一、蒸发器的种类、构造和工作原理蒸发器也是一种热交换设备，它的作用是低压低温的制冷剂液体在其中蒸发吸热，吸收被冷却物体的热量，以达到制冷的目的。根据供液方式的不同，蒸发器可分为满液式、非满液式、循环式和喷淋式四种，如图5-11所示。图5-11蒸发器的种类

满液式非满液式循环式喷淋式任务3.2蒸发器

根据被冷却介质的种类不同可分为冷却液体（水或盐水）的蒸发器和冷却空气的蒸发器。冷却液体的蒸发器：直立管式蒸发器、螺旋管式蒸发器、卧式壳管式蒸发器、盘管式蒸发器。冷却空气的蒸发器：冷却排管、冷风机、直接蒸发式空气冷却器。（一）冷却液体的蒸发器

1、直立管式蒸发器这种蒸发器如下页图5-12所示。蒸发管组装在一个长方形的钢板水箱内，水箱由钢板焊接而成，其中装有二排或多排蒸发管组，每排蒸发管组由上集管、下集管和许多焊在两集管之间的末端微弯的立管所组成。上集管的一端焊有气液分离器（即粗竖管），分离器下面有一根立管与下集管相通，使分离出来的液滴流回下集管。下集管的一端与集油器相连，集油器的上端接有均压管与吸气管相通。每组蒸发管组的中部有一根穿过上集管通向下集管的竖管，如图中剖面Ⅰ-Ⅰ，这样，保证液体直接进入下集管，并能均匀地分配到各根立管。立管内充满液态制冷剂，其液面几乎达到上集管。制冷剂液体在管内吸收冷冻水的热量后不断气化，气化后的制冷剂通过上集管经气液分离器分离后，液体返回下集管，蒸气从上部引出被压缩机吸走。图5-12直立管式蒸发器1—水箱2—管组3—液体分离器4—集油罐5—均压管6—螺旋搅拌器7—出水口8—溢流口9—泄水口10—隔板11—盖板12—保温层

冷冻水从上部进入水箱，被冷却后由下部流出。水箱中装有搅拌器和纵向隔板，使水箱中的冷冻水按一定的方向和速度循环流动，通常水流速度为0.5～0.7m/S。水箱上部装有溢水口，当冷冻水（或盐水）过多时可从溢水口排出。底部又装有泄水口，以备检查清洗时将水放空。直立管式蒸发器传热效果良好，当用于冷却淡水时，其传热系数约为500～550w/（m²•k），冷却盐水时，传热系数约为400～450w/（m²•k），广泛地用于氨制冷系统。为减少冷量损失，水箱底部和四周外表面应作隔热层。这种蒸发器属于敞开式设备，其优点是便于观察、运行和检修。缺点是用盐水作为载冷剂时，与大气接触容易吸收空气中水分降低了盐水浓度，须经常加入固体盐，同时会使腐蚀加快。

2、螺旋管式蒸发器为了降低直立管式蒸发器的高度和提高传热效果，我国一些冷冻机厂生产了螺旋管式蒸发器，并在氨制冷系统中获得广泛的应用。这种蒸发器与直立管式蒸发器的主要区别在于用许多双圈螺旋管代替两集管之间的直立管，因此，当传热面积相同时，其外型尺寸比直立管小，结构紧凑，又可减少焊接的工作量，传热系数比直立管式要大。任务3.2蒸发器

3、卧式壳管式蒸发器这种蒸发器的构造如图5-13。它的构造与卧式冷凝器相似，其外壳是用钢板焊成圆筒体，在筒体的两端焊有管板，钢管用焊接或胀接在管板上。制冷剂在管外空间气化，载冷剂（冷冻水或盐水）在管内流动，为了保证载冷剂在管内具有一定的流速，在两端盖内铸有隔板，使载冷剂多流程通过蒸发器。制冷剂液体通过浮球阀节流降压后，由壳体下部进入蒸发器内吸收冷冻水或盐水的热量而气化，气化后的制冷剂蒸气上升至干气室（起气液分离作用），分离出的液滴流回蒸发器内，蒸气被压缩机吸走。氨蒸发器壳体底部焊有集油器，沉积下来的润滑油可从放油管放出。图5-13卧式壳管式蒸发器

为了能观察到蒸发器内的液位，在顶部干气室和壳体之间装设一根旁通管，旁通管上的结霜处即表示蒸发器内的液位。为了避免未气化的液体被带出蒸发器，其充液量应该不浸没全部传热表面，一般氨制冷系统，其充液高度约为筒径的70%～80%；氟利昂制冷系统，其充液量为筒径的55%～65%。卧式壳管式蒸发器传热性能好，结构紧凑，制冷剂为氨时，平均传热温差Δt为5～6℃，蒸发温度在+5～-15℃的范围内，管内水流速υ=1.0-1.5m/s时，其传热系数约为450-500w/（m²•k）。但是，当用来冷却普通淡水时，其出水温度应控制在2℃以上，否则易发生冻结现象，致使传热管冻裂。在氟利昂系统中，目前也使用卧式壳管式蒸发器，所不同的是采用低肋铜管代替光滑钢管，这样可以提高制冷剂的沸腾放热系数。为了使润滑油随制冷剂蒸气返回压缩机，采用干式壳管式蒸发器（属非满液式蒸发器），即制冷剂在管内蒸发吸热，冷冻水在管间流动。任务3.2蒸发器

4、盘管式蒸发器盘管式蒸发器是小型氟利昂开式循环制冷装置中常用的一种水冷却器，其结构如图5-14所示，它是由若干组铜管盘绕成蛇形管组成。蛇形管用纯铜管弯制，氟利昂液体经分液器从蛇形管的上部进入，气化产生的蒸气由下部导出，蛇形管组沉浸在水（或盐水）箱中，水在搅拌器的作用下，在箱内循环流动。图5-14氟利昂蛇管式蒸发器1—水箱2—搅拌器3—蛇形管组4—蒸气集管5—分液器

（二）冷却空气的蒸发器冷却空气的蒸发器主要用于冷藏库、冰柜中，在空调中采用直接蒸发式空气冷却器（又称表冷器）来冷却进入空调房间的空气。在冷藏库中，根据库房采用的冷却方式不同可采用冷却排管或冷风机。一般在自然对流式冷却的库房中设置冷却排管；强制循环式冷却的库房中设置冷风机；混合冷却式库房中则同时采用冷却排管和冷风机。

1、冷却排管根据冷却排管的安装位置不同，可分为墙排管、顶排管、搁架式排管，按传热管表面形式分有光滑排管和肋片排管。（1）盘管式墙排管这种冷却排管多采用直径为38×2.2mm的无缝钢管制成，管组中每根管子总长度一般不超过12m，管子中心之间的距离为110—220mm，角钢支架的距离为3m。管子根数为双数，以便进液和回气在同一侧，有利于管道的安装连接。在重力供液系统中，氨液从下部进入，氨气则从上部引出。在氨泵供液系统中也可采用上进下出。氨制冷系统中采用的盘管式墙排管有两种类型，一种是光滑盘管，另一种是肋片盘管。图5-15所示为光滑盘管式墙排管，它的结构简单，制作方便。

图5-15光滑盘管式墙排管

图5-15所示为光滑盘管式墙排管，它的结构简单，制作方便。在氟利昂制冷系统中采用盘管式墙排管，液体从上部进入，气体从下部排出，从而保证了润滑油在系统中的正常循环。

（2）立管式墙排管

这种墙排管如图5-16所示。一般采用直径38×2.2mm或57×3.5mm的无缝钢管，高度为2.5～3.5m的竖管组成，管间的中心距离为110～130mm，竖管焊接在76×3.5mm或89×3.5mm的上、下横管上。

氨液从下横管进入，氨气

由上横管排出。

它的优点是制冷剂气体容易排出，保证了传热效果，其缺点是当墙排管高度较高时，由于液柱静压的作用，从而使下部制冷剂的蒸发温度提高。图5-16立管式墙排管

（3）顶排管如图5-17所示。它是吊装在冷藏或冷冻间的顶棚或楼板下面；光滑顶排管是用直径38×2.2mm的无缝钢管制作，每组排管上各有上下两根集管，下集管进液，上集管回气。图5-17光滑顶排管

（4）搁架式排管这种排管主要用于冻结盘装食品，其构造如下页图5-18所示。排管一般采用38×2.2mm或57×3.5mm无缝钢管制作，宽度为800～1200mm，管子水平间距为100～200mm，最低一层排管离地面不小于250mm，根据装放食品盒的高度，每层管子的垂直中心距为200～400mm。需要冷冻加工的食品装在冻盘内直接放在搁架上。通常用来冷冻鱼类、禽类等小块食品。氨液从下部进入，从上部排出氨气。这种排管的优点是容易制作，结构紧凑，不需要维修，但是钢材耗量较大，货物进出劳动强度大。图5-18搁架式排管

2、冷风机冷风机是由蒸发管组和通风机所组成，依靠通风机强制作用，把蒸发管组制冷剂所产生的冷量吹向被冷却物体，从而达到降低库温的目的。冷风机按其安装位置的不同可分为落地式冷风机和吊顶式冷风机两种。下页图5-19为落地式GN—250干式冷风机构造图。在箱体下部装有两组翅片蒸发管组，冷却面积为250m²，氨液从管组下部进入，氨气从上部排出，管组的上方设有冲霜淋水管，淋水管的上方配有一个双面进风的离心式通风机。整个冷风机座落在水盘上。在通风机的作用下，空气从下部回风口进入，通过蒸发管组冷却后送出。这种冷风机用于±0℃的冷藏间和预冻间，当用于贮存鲜蛋、水果等食品时，可根据工艺要求，在冷风机出口上增设送风管道，借助于送风口将冷风均匀地送到冷藏间各处。吊顶式冷风机与落地式冷风机工作原理基本相同，前者是吊装在屋顶，这里不再讲述，参见有关设备手册。

图5-19GN250干式冷风机

任务3.2蒸发器

3、直接蒸发式空气冷却器图5-20所示为空调用直接蒸发式空气冷却器，它一般由4排、6排或8排肋管组成，肋片管一般采用Φ10～18mm的铜管，外套约0.2～0.3mm厚的铝片，片距为2～4mm。其优点是不用载冷剂，冷损失小，结构紧凑，易于实现自动化控制。但传热系数较低。图5-20直接蒸发式空气冷却器

任务3.2蒸发器

（三）分液器分液器的作用是保证各管路制冷剂液体分配均匀，平衡各组蒸发排管的压力。下页图5-21是目前常用的五种分液器结构形式。其中（a）所示的是离心式分液器，来自节流阀的制冷剂沿切线方向进入小室，得到充分混合的气液混合物从小室顶部沿径向分送到各路肋管。(b)、(c)为碰撞式分液器，来自节流阀的制冷剂以高速进入分液器后，首先与壁面碰撞使之成为均匀的气液混合物，然后再进入各路肋管。（d）、（e）为降压式分液器，其中（d）是文氏管型，其压力损失较小。这种类型分液器是使制冷剂首先通过缩口，增大流速以达到气液充分混合，克服重力影响，从而保证制冷剂均匀地分配给各个蒸发管组。这些分液器可以水平安装，也可垂直安装，但多为垂直安装。图5-21典型的分液器示意图（a）离心式分液器（b）（c）碰撞式分液器（d）（e）降压式分液器

任务3.2蒸发器

二、蒸发器的选择计算（一）蒸发器的选型蒸发器型式的选择应根据载冷剂及制冷剂的种类和供冷方式而定。

1）空气处理设备采用水冷式表面冷却器，并以氨为制冷剂时，则可采用卧式壳管式蒸发器。如以R12为制冷剂时，宜采用干式蒸发器。

2）如空气处理设备采用淋水室时，宜采用水箱式蒸发器（即直立管、螺旋管、盘管式蒸发器）。在大型的乳制品厂用盐水作载冷剂时，也采用水箱式蒸发器。

3）在冷藏库中，一般采用冷却排管和冷风机。任务3.2蒸发器

（二）蒸发器的选择计算

1、蒸发器的传热面积A

蒸发器的传热面积按下式计算：

Φ0Φ0

A=———=——（5-9）

K△tΨ

式中Φ0—制冷装置的制冷量，即蒸发器的热负荷（KW）。它等于用户的耗冷量与制冷系统本身（即供冷系统）冷量损失之和。用户实际的耗冷量一般由工艺或空调设计给定的，也可根据冷库工艺和空调负荷进行计算，而供冷系统的冷量损失一般用附加值计算。对于直接供冷系统一般附加5%～7%，对于间接供冷系统一般附加7%～15%；

K——蒸发器的传热系数[W/（m²·℃）]；△t——传热平均温差（℃）；

ψ——蒸发器的热流密度（W/m²）。任务3.2蒸发器2、蒸发器的传热系数K按传热面的外表面为基准的蒸发器传热系数可用下式计算：

1δτ-1K=－+∑－+－（5-10）

αO

λαw式中αO、αW——分别是管外和管内的放热系数，即一侧为制冷剂的沸腾放热系数，另一侧为水、盐水或空气的放热系数[W/（m²·K）]；

δ∑——管壁及管壁附着物热阻[（m²·K）/W]；

λτ——肋化系数，管外表面积（含肋片）与管内表面积之比。对于氨蒸发器，一般都采用光管，τ可取管外径与管内径之比。通常K值按生产厂家提供的资料选取，也可采用经实际验证的推荐数值。各种蒸发器的传热系数值见表5-2。

3、传热平均温差Δt表5-2

各种蒸发器的K和ψ值蒸发器型式传热系数k/[W/（m²K）]热流密度ψ/（W/m²）备注满液式卧式壳管式氨–水450～5002200～3000△t=5～6℃υ=1～1.5m/s氟利昂–水350～4501800～2500△t=5～6℃υ=1～1.5m/s水箱式氨–水500～5502500～3000△t=5～6℃υ=0.5～0.7m/s氨–盐水400～4502000～2500非满液式干式壳管氟利昂–水500～5502500～3000△t=5～6℃直接蒸发式空气冷却器氟利昂–空气30～40450～500以外肋表面为准△t=15～17℃冷排管（自然对流）氟利昂–空气8～12～光管△t=8～10℃4～7～以外肋表面积计△t=8～10℃冷风机（供冷库用）氟利昂–空气17～35～

传热平均温差可按表5-2选取，也可按下式进行计算：

（5-11）式中t1——载冷剂进入蒸发器的温度（℃）；

t2——载冷剂出蒸发器的温度（℃）；

t0——制冷剂的蒸发温度（℃）。t1和t2往往是由空凋和冷库工艺确定的，t0是制冷工艺设计中选定的。4、载冷剂的循环量M1φ0M1=——————（5-12）

CP（t1–t2）式中CP——载冷剂（水、盐水或空气）的比热[kJ/（kg·k）]；

t1、t2——载冷剂（水、盐水或空气）进、出蒸发器的温度（℃）。

[例5-2]有一台8AS12、5型制冷压缩机，在t0=5℃，tK=40℃的工况下运行，其制冷量为558KW。选配一台卧式壳管式蒸发器或直立管式蒸发器（即水箱式蒸发器），试计算它们需要多少传热面积。

[解]确定蒸发器的传热面积按下式计算：

φ0φ0A=———=———

K△tψ1、卧式壳管式蒸发器：（Ψ=2600W/m²）

558A=————×1000=215m²