制冷技术 课件 第5章 制冷换热设备

第五章制冷换热设备

制冷换热设备第一讲蒸发器Evaporator第二讲冷凝器Condenser第三讲其他换热设备Otherheatexchangeequipment

制冷换热设备

冷凝器和蒸发器是重要的热交换设备，其传热效果直接影响制冷装置的重量、性能及运行经济性。本章内容：

介绍常用的几种冷凝器和蒸发器的工作特点，结构形式和选择计算方法。制冷换热设备

第一讲

蒸发器Evaporator蒸发器的种类、基本构造和工作原理影响蒸发器换热的因素蒸发器的设计计算5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理

蒸发器的作用：制冷系统的吸热设备，制取和输出冷量。蒸发器的种类：按照供液方式满液式：立管式、螺旋管式和卧式壳管式非满液式：干式壳管式、直接蒸发式（直接膨胀式）、冷却排管。循环式淋激式按照被冷却介质的种类：冷却液体载冷剂的蒸发器冷却空气的蒸发器5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理1、卧式壳管式蒸发器特点:构造简单，结构紧凑，体积小，便于操作维护传热性能好水或盐水为载冷剂，可实现封闭循环，特别是减轻盐水对管道和设备的腐蚀。优点：缺点：制冷剂充装量大液体静压力对蒸发温度影响较大冷冻水温≥4~5℃对氟利昂系统，要采取一定回油措施。5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理P0teR22R717-101.70.4-303.31.1-609.54.51m深处蒸发温度的升高值制冷剂液体静压力对蒸发温度的影响5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理2、干式蒸发器

dryexpansionevaporator工作过程：制冷剂在管内气化，载冷剂在管外降温特点：制冷剂充装量少，约为管内容积的35－40％管内流速≥4m/s，保证带油回压缩机载冷剂热稳定性好，冷冻水温可低为1～2℃制冷剂在管内分配不均匀优点：缺点：5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理3、水箱式蒸发器直立管式：氨螺旋管式：氨蛇管式：氟利昂蒸发管组浸放于水或盐水箱中工作进程：特点：充水量大，热稳定性好，适用空调喷水室体积大盐水敞开空气中，对金属腐蚀大分类：按蒸发管组型式5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理用水作为载冷剂可冷却到1℃，适用于空调系统；用盐水作为载冷剂，可冷却到-10～-20℃，适用于制冰或食品冷藏加工。5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理

5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理制冷剂在管内气化，冷却管外空气工作过程：分类：二、冷却空气的蒸发器空调机组，分体机的室内机，冷风机冷却排管：管外空气自然流动可分为墙排管、顶排管及搁架式排管。直接蒸发式表面冷却器（直膨式表冷器）管外空气被风机强迫流动

5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理氨及氟利昂冷风机用蒸发器的不同制冷剂氨氟利昂管材Φ15~Φ38光管Φ7～Φ18紫铜管翅片0.5～1mm钢片0.3～0.4mm铝片或铜片翅距8～10mm2～4mm供液方式下供液、上回气上供液、下回气5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理

5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理

5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理分液器的作用分液头：保证各路制冷剂状态相同毛细管：保证各路制冷剂流量相同设置位置：蒸发器供液前冷风机的蒸发器由多根并联的蛇形管组成作用：5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理

5.1蒸发器的种类、基本构造和工作原理5.2影响蒸发器换热的因素蒸发器内的沸腾换热水平管外大空间沸腾换热（满液式卧式壳管蒸发器）

对流沸腾，泡态沸腾和膜态沸腾肋管外的沸腾换热大于光管管束外的沸腾换热大于单管2000≤Ψ≤6000沸腾换热与制冷剂物性有关制冷剂中含油量影响沸腾换热蒸发器的传热分析5.2影响蒸发器换热的因素管内沸腾换热（冰箱式蒸发器、冷却液体干式蒸发器直接蒸发式空气冷却器）垂直管内沸腾换热水平管内沸腾换热湿壁区、蒸干区和过热蒸汽区

5.2影响蒸发器换热的因素表面结露表面结霜载冷剂在蒸发器中的换热液体载冷剂——对流换热系数空气：结露（低于露点温度）和结霜（低于凝固点）5.2影响蒸发器换热的因素蒸发器的传热分析传热过程：制冷剂侧换热－传热表面污垢热阻－被冷却介质侧换热沸腾换热－泡状沸腾与气泡大小及速度有关影响制冷剂液体沸腾换热的因素1、制冷剂液体物理性质

热导率、密度、粘度和表面张力。5.2影响蒸发器换热的因素1、制冷剂液体物理性质热导率大，传热方向热阻小，换热强。密度和粘度小，液体易受扰动，对流运动强烈，与传热壁面接触多，沸腾强烈。密度和表面张力大，气泡直径大，单位时间气泡生成少，换热弱。氟与氨比，热导率小，密度、粘度及表面张力大，因此其沸腾换热系数小。5.2影响蒸发器换热的因素2、制冷剂液体润湿能力润湿能力强，气泡根部细小，易脱离传热表面，沸腾换热系数大。氨比氟利昂润湿能力强。3、制冷剂沸腾温度沸腾机理：气泡在传热表面生成，长大，脱离壁面，浮升及破裂。气泡离壁直径取决于浮力及表面张力的平衡。浮力及表面张力与饱和温度下气相和液相密度差有关，进而与蒸发温度有关。5.2影响蒸发器换热的因素3、制冷剂沸腾温度沸腾温度越高，饱和气液密度差越小，气化更迅速，沸腾换热越强。4、蒸发器构造的影响蒸发器有效传热表面是与液体接触部分。肋片管沸腾换热大于光管。保证液体制冷剂进入蒸发器。5、制冷剂含油对沸腾换热的影响与含油浓度有关。5.3蒸发器的设计计算蒸发器的设计计算基本传热公式Q＝KF△tm对数平均温差的计算△tmax和△tmin分别为冷热流体的最大与最小温差属表面式换热器

5.3蒸发器的设计计算直接蒸发式空气冷却器的计算方法直接蒸发式空气冷却器表面与湿空气之间的热湿交换直接蒸发式空气冷却器的冷却效率直接蒸发式空气冷却器的传热系数析湿系数：总换热量与显热换热量的比值传热系数冷却面积计算5.3蒸发器的设计计算传热系数K的选取常用蒸发器的K确定实际设计传热面积计算出的传热面积基础上再考虑10－15％的裕量后的面积5.3蒸发器的设计计算5.3蒸发器的设计计算

第二讲

冷凝器Condenser冷凝器的种类、基本构造和工作原理影响冷凝器换热的因素冷凝器的设计计算5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

放热Qc＝Q0＋Pi

冷凝器的种类：水冷式：循环冷却水，冷却塔和冷却水池、水泵等空气冷却式（风冷式或空冷式）：直通式，水一次流过蒸发式：制冷剂在管内冷却并凝结自然对流和强迫对流式两种冷凝器的作用：制冷剂冷却－凝结－过冷5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

一、水冷式冷凝器

water-cooledcondenser卧式壳管式冷凝器(closedshellandtubecondenser)构造：外壳+管板+管束工作过程：水走管内~制冷剂蒸气在管外凝结特点：结构紧凑、室内安装、传热系数大、冷却水耗量少。缺点：水质要求高，水流动阻力较大适用任何制冷剂的制冷系统5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

卧式壳管式冷凝器构造5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

管子壳体管板5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

立式壳管式冷凝器（openshellandtubecondenser.）适用大中型氨制冷系统和卧式相比：构造：垂直安装，无端盖工作过程：制冷剂与冷却水的流动方式相同特点：优点：露天安装、水质要求不高、可在运行中清洗水管。缺点：传热系数小、冷却水耗量多、体积大、灰尘易落入。

5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

套管式冷凝器(tube-in-tubecon.)

适用小型氟利昂空调机组，且单机制冷量小于25kW。构造：不同直径的管子套在一起工作过程：制冷剂与冷却水的流动方式相同特点：

优点：实现理想逆流换热，套放在压缩机上，节省占地。缺点：后部积存凝结液体，传热面未充分利用；单位传热面积的金属消耗量大。5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

套管式冷凝器5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

套管式冷凝器5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理

焊接板式冷凝器构造：一组不锈钢波纹金属板叠装焊接而成，内部有冷、流体通道；工作过程：冷却水下进上出，制冷剂蒸汽从上面进入，冷凝后的液态制冷剂从下面流出；优点：体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单（传热系数可达2000~4650W/(m2.K)，是壳管式换热器的2~5倍）缺点：主要消除不凝性其他的存在；水质要求高，容易产生结垢、堵塞问题5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理二、风冷式冷凝器管外空气流动方式:

空气作用：带走制冷剂冷却和冷凝放出的热量适用场合：小型氟利昂制冷装置缺水地区或者不便于使用水冷式冷凝器的场合。小型空气调节机组窗式空调器冰箱冷藏车辆等制冷设备结构形式：多为蛇形管式（翅片）自然对流(K＝5～10W/m2K)强迫对流式(K=24~40W/m2K)5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理风冷式冷凝器特点

传热系数低，传热温差大；

冷凝温度受环境影响大，气温高时冷凝压力高；

不需要配冷却水系统，不会产生腐蚀；

露天布置，不需要机房；

翅片清洗不方便5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理三、蒸发式冷凝器结构：

制冷剂冷却和冷凝放出的热量同时被空气和水带走分类：吸入式制冷剂冷凝管组：光管或翅片管组成的蛇形管组冷却水系统：水池、水泵及喷水管风系统：风机、风口及挡水板压送式原理：

5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理蒸发式冷凝器5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理特点：屋顶或室外安装冷却水的用量少利用水的气化潜热，理论上耗水量只是水冷式的1/70~1/100。管外易结水垢，易腐蚀，维修困难。适用于缺水地区，尤其气候干燥地区。安装位置：优点：缺点：5.4冷凝器的种类、基本构造和工作原理5.5影响冷凝器换热的因素各形式冷凝器换热系数5.5影响冷凝器换热的因素三、冷凝器的传热过程冷凝器的传热过程：制冷剂的冷凝换热，金属壁、垢层的导热以及冷却剂的吸热过程。一、制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热二、水平管束上的冷凝三、水平肋管表面的冷凝制冷剂的冷凝换热冷却剂的换热管壁与垢层的热阻5.5影响冷凝器换热的因素管壁热阻:对于铜管，导热系数高，可以考虑；对于钢管等，应考虑；管壁与垢层的热阻油膜热阻:对于氨，取0.35×10-3~0.6×10-3m2.K/W;对于氟利昂，可不考虑；污垢热阻：污垢热阻包括水垢、锈蚀以及其他污垢造成的附加热阻。接触热阻：对于肋片管若肋片与基管接触不严，形成接触热阻，可取0.86×10-3m2.K/W5.6冷凝器设计计算冷凝器传热面积确定的计算公式确定Qc、k、△tm以后，方能求得所需的传热面积A

四、冷凝器设计计算目的：确定冷凝器的传热面积，选择合适型号的冷凝器，确定冷却介质（水或空气）流量和通过冷凝器时的流动阻力。

5.6冷凝器设计计算冷凝器热负荷Qc指示功率制冷量

简化冷凝器负荷系数值冷凝器选择

5.6冷凝器设计计算制冷剂的变化过程：过热蒸气→饱和蒸气→饱和液体→过冷液体

制冷剂的温度并不是定值平均对数传热温差冷凝器中制冷剂和冷却剂温度变化示意图平均传热温差Δtm

5.6冷凝器设计计算合理地确定冷凝温度tc和冷却剂出口温度t2从运行费和设备投资两方面综合考虑水冷式冷凝器冷却水温升（t2-t1）一般为：立式壳管冷凝器1.5～4℃，卧式壳管和套管式冷凝器4～8℃。空冷式冷凝器空气温升（t2-t1）不大于8℃。水冷式冷凝器5～7℃，风冷式冷凝器8～12℃

冷却水流量

第三讲

其他换热设备Otherheatexchangeequipment再冷却器回热器中间冷却器冷凝-蒸发器5.7其他换热设备其他换热设备包括两种传热介质均是制冷剂的换热器，如复叠式制冷剂中的蒸发-冷凝器、两级压缩机制冷剂的中间冷却器和回热换热器。图5-36所示为套管式氨再冷却器。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。这种与冷凝器分离的再冷却器，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换热，因此，再冷却能力较强。再冷却器其他换热设备5.7其他换热设备回热器回热器是指氟利昂制冷装置中使节流装置前制冷剂液体与蒸发器出口制冷剂蒸气进行换热的气液换热器，它的作用是:①对于R12、R134a和R502，通过回热提高制冷装置的制冷系数;②使得节流装置前制冷剂液体再冷以免汽化，保证正常节流;③使蒸发器出口制冷剂蒸汽中夹带的液体汽化，以提高制冷压缩机的容积效率和防止压缩机液击。对于大中型制冷装置多采用盘管式回热器;0.5~15kW容量的制冷装置可采用套管式回热器和绕管式回热器。盘管式回热器如图5-37所示。回热器外壳为钢制圆筒，内装铜制螺旋盘管。来自冷凝器的高压高温制冷剂液体在盘管内流动，而来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。5.7其他换热设备中间冷却器氨中间冷却器的结构如图