制冷熱交換器剖析課件

1、第四章 制冷熱交換器在蒸氣壓縮式制冷裝置中壓縮機作為主機一類是主要設備：冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機構等，這些是完成制冷循環(huán)必不可少的設備；另一類是輔助設備：各種貯存、分離和安全保護等設備，這些設備的作用是改善制冷系統的工作條件，提高系統運行的經濟性和安全可靠性。第一節(jié) 冷凝器冷凝器的作用： 是將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑過熱蒸氣冷卻及冷凝成液體。制冷劑在冷凝器中放出的熱量由冷卻介質（水或空氣）帶走。一、冷凝器的分類水冷式冷凝器 冷凝器中制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。冷卻水可以一次流過，也可以循環(huán)使用。當循環(huán)使用時，需設置冷卻塔或冷卻水池。水冷式冷凝器分為殼管式、套管式、板式、螺旋板式等幾種類型。

2、 空氣冷卻式冷凝器 通常，空氣冷卻式冷凝器也叫風冷式冷凝器?？諝庠诶淠鞴芡饬鲃?，冷凝器中制冷劑放出的熱量被空氣帶走，制冷劑在管內冷凝。這類冷凝器中有自然對流空氣冷卻式冷凝器和強制對流空氣冷卻式冷凝器。 水和空氣聯合冷卻式冷凝器 冷凝器中制冷劑放出的熱量同時由冷卻水和空氣帶走，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時，吸收氣化潛熱，使管內制冷劑冷卻和冷凝。因此耗水量少。這類冷凝器中有淋水式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器兩種類型。 二、冷凝器的結構水冷式冷凝器立式殼管式冷凝器臥式殼管式冷凝器 套管式冷凝器 圖42 分水器結構 圖41 立式殼管式冷凝器返回圖43 氨用臥式殼管式冷凝器圖44 氟用臥式殼管式冷凝器返回圖46 氨

3、用套管式冷凝器 d)圖47 氟用套管式冷凝器a）頂視圖 b）側視圖 c）管斷面圖水和空氣聯合冷卻式冷凝器淋水式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器 圖48 橫管淋水式冷凝器返回圖49 吸風式蒸發(fā)式冷凝器1風機及電機 2擋水板 3喯淋管 4冷卻管組 5箱體6進風格柵 7水箱 8水泵圖410 鼓風式蒸發(fā)式冷凝器空氣冷卻式冷凝器自然對流空氣冷卻式冷凝器 強制對流空氣冷卻式冷凝器 圖411 自然對流空氣冷卻式冷凝器a）線管式冷凝器 b）百頁窗式冷凝器 c）板管式冷凝器返回圖412 強制對流空氣冷卻式冷凝器三、冷凝器的選擇和計算 冷凝器選擇計算的目的： 是通過熱力計算和傳熱計算，確定其傳熱面積，從而選用合適的冷凝器，以及

4、通過流體動力計算，確定冷卻介質的流量和流過冷凝器的阻力損失，從而選擇泵或風機的容量及功率。 冷凝器選擇計算 冷凝器的選擇計算包括確定冷凝器的傳熱面積、冷卻介質流量及冷卻介質在冷凝器中的流動阻力損失。冷凝器傳熱面積的確定：1）冷凝器熱負荷Qk。這是指制冷劑蒸氣在冷凝器中排放出的總熱量，kW。一般情況下，它包括制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量及在壓縮過程中所獲得的機械功所轉換的熱量?？捎孟率奖硎荆?式中：Qk冷凝器在計算工況下的熱負荷（kW）； Qo壓縮機在計算工況下的制冷量（kW）； Pi壓縮機在計算工況下的消耗功率（kW）。（41） 冷凝器熱負荷也可按制冷循環(huán)的熱力計算確定，即（42） 式中：G制冷

5、劑的質量流量（kgs）； h2制冷劑進入冷凝器的比焓（kJkg）； h3制冷劑出冷凝器的比焓（kJkg）。圖413 冷凝器負荷系數a）氨系統 b）鹵代烴系統對單級壓縮制冷循環(huán)，冷凝器熱負荷Qk也可按下式近似計算：（43） 式中：冷凝器負荷系數，其值與制冷劑種類及運行工況有關，具體數值可由圖42查得。2）冷凝器傳熱系數K（kW/m2）。各類冷凝器的傳熱系數和熱流密度qf（kW/ m2）的推薦值見表42。3）傳熱溫差tm?？砂聪率接嬎悖?（44） 式中： t1冷卻介質進口溫度，； t2冷卻介質出口溫度，； tk冷凝溫度，。傳熱溫差也可按表42推薦值選取。4）冷凝器傳熱面積A（m2）。可按下式計算：

6、 m2 （45） 式中：q熱流密度（kWm2），其經驗數據可按表42所列推薦值選取。 四、冷凝器的熱力分析 凝結的形式有兩種：膜狀凝結與珠狀凝結。制冷劑在冷凝器的凝結，一般都是膜狀凝結。從換熱效果看，以珠狀凝結為好。1影響制冷劑側蒸氣 凝結放熱的因素制冷劑蒸氣的流速和流向的影響 傳熱壁面粗糙度的影響 制冷劑蒸氣中含空氣或其它不凝性氣體的影響 制冷劑蒸氣中含油對凝結放熱的影響 冷凝器構造型式的影響 2.影響冷卻介質側放熱的因素 冷卻介質的性質 冷卻水或空氣的流速影響 冷卻介質的潔凈程度 五、清除和預防冷凝器結水垢的方法1機械除垢法 2酸洗法 第二節(jié) 蒸發(fā)器 蒸發(fā)器是制冷系統中的另一種換熱器。對制

7、冷系統而言，它是從系統外吸熱的換熱器。蒸發(fā)器的作用是利用液態(tài)制冷劑在低壓下沸騰，轉變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s物體或介質的熱量，達到制冷目的。因此蒸發(fā)器是制冷系統中制取冷量和輸出冷量的設備。一、蒸發(fā)器的分類冷卻液體載冷劑冷卻空氣或其他氣體按被冷卻介質的不同分 滿液式非滿液式（干式）循環(huán)式噴淋式按被供液方式的不同分 臥式殼管式蒸發(fā)器 臥式蒸發(fā)器 干式蒸發(fā)器 圖416 氨臥式蒸發(fā)器結構返回圖418 氟殼管式干式蒸發(fā)器a）直管式 b）U形管式1管殼 2放水管 3制冷劑進口管 4右端蓋5制冷劑蒸氣出口管 6載冷劑進口管 7傳熱管8折流管 9載冷劑出口管 10左端蓋水箱型（沉浸式）蒸發(fā)器 直管式蒸發(fā)器 螺旋管式

8、蒸發(fā)器蛇管（盤管）式蒸發(fā)器 圖419 直管式蒸發(fā)器a）直管式蒸發(fā)器 b）螺旋管式蒸發(fā)器 c）制冷劑循環(huán)流動情況1載冷劑容器 2攪拌器 3直管或螺旋管蒸發(fā)器4集油器 5氣液分離器返回圖420 氟蛇管（盤管）式蒸發(fā)器1水箱 2蛇形管組 3制冷劑液體分配器 4蒸汽集管 5攪拌器冷卻空氣的蒸發(fā)器 冷卻自由運動空氣的蒸發(fā)器 冷卻強制運動空氣的蒸發(fā)器 圖422 冷卻強制運動空氣的蒸發(fā)器套管式蒸發(fā)器 套管式蒸發(fā)器結構如套管式冷凝器，一般用于小型氟系統。外管為無縫鋼管，內管好可以是一根或多根銅管，可以用光管也可以是強化傳熱管。一般被冷卻的液體載冷劑可以在內外管的環(huán)形空間中流動，也可以在內管中流動。套管式蒸發(fā)器

9、結構緊湊，表面?zhèn)鳠嵯禂蹈?。但有水易凍結和除水垢困難等缺點。三、蒸發(fā)器的選擇和計算1蒸發(fā)器的選型 蒸發(fā)器型式的選擇，主要是從生產工藝和供冷方式來考慮。對于自帶冷源的空氣調節(jié)機組，應采用翅片式蒸發(fā)器；對于不揮發(fā)載冷劑的開式循環(huán)系統，如集中噴霧式空調冷水系統，可采用水箱型（沉浸式）蒸發(fā)器，對具有揮發(fā)性的載冷劑循環(huán)系統，或采用閉式循環(huán)的集中空調冷水系統，應采用臥式殼管式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器型式的選擇，可參照表46及本節(jié)介紹的蒸發(fā)器型式。 2蒸發(fā)器選擇計算 蒸發(fā)器的選擇計算包括確定蒸發(fā)器的傳熱面積，載冷劑流量等。蒸發(fā)器傳熱面積的確定：1）制冷量Qo。制冷量即蒸發(fā)器的熱負荷，一般是給定的，也可根據生產工藝或空調

10、負荷進行計算，或根據制冷壓縮機的制冷量來確定，同時應考慮到冷損耗和裕度等。2）蒸發(fā)器的傳熱系數K（kW/m2）和熱流密度qf。蒸發(fā)器的傳熱系數K可按傳熱學公式進行計算，或按蒸發(fā)器生產廠提供的資料進行選取，作為初步估算也可采用經實際驗證的推薦數值。各種蒸發(fā)器的傳熱系數K和熱流密度qf（kW/m2）的推薦值見表47。3）傳熱溫差tm。可按下式計算： （411） 式中：t1載冷劑進口溫度，； t2載冷劑出口溫度，；to蒸發(fā)溫度，。 tm或按表47選取。 4）傳熱面積A（m2）?？砂聪率接嬎悖?m2 （412） 式中：qf熱流密度，kWm2，其經驗數據可按表47所列推薦值選取。 四、蒸發(fā)器的熱力分析

11、沸騰有兩種形式：泡狀沸騰和膜狀沸騰，從傳熱效果看，膜狀沸騰較好。制冷裝置中蒸發(fā)器內的溫差不大，因此制冷劑液體的沸騰總處于泡狀沸騰。 第三節(jié) 板式熱交換器的應用板式換熱器的優(yōu)點： 結構緊湊、體積小、重量大約只有相同傳熱面積的殼管式換熱器的25，因此便于運輸和安裝； 板式換熱器的當量直徑小。； 制冷劑充注量小，大約只需殼管式換熱器的2040； 換熱面積可通過改變板片數目任意調節(jié)； 適應性強，可作冷凝器、蒸發(fā)器或冷卻器使用； 可靠性高； 工藝過程簡單，適合于批量生產。 板式換熱器也有一定缺點： 板片制造要求高，造價較高； 板片之間間隙較小，冷卻水中如有雜質存在易堵塞，因此對水質要求較高。板式換熱器按板片的型式可分為 板片式換熱器 螺旋式換熱器 板翅式換熱器 第四節(jié) 其它制冷熱交換器一、中間冷卻器 在兩級或多級壓縮系統中，設置中間冷卻器，用來冷卻低壓級壓縮機的排氣，還對進入蒸發(fā)器的制冷劑液體進行過冷，以提高低壓級壓縮機的制冷量和減少節(jié)流損失，同時對低壓級壓縮機的排氣也起著油分離器作用。氨中間冷卻器 氟中間冷卻器 圖425 氨中間冷卻器 圖426 氟中間冷卻器二、回熱器 回熱式換熱器，可簡稱為回熱器，用于鹵代烴制冷循環(huán)系統。通過回