制冷與空調(diào)第九講

制冷與空調(diào)第九講第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)冷凝器的分類及結(jié)構(gòu)1、分類臥式殼管式水殼管式立式殼管式冷套管式式板式螺旋板式

風(fēng)冷式自然對流式：平板、百葉窗強迫對流式：套片式肋管，繞片式肋管

蒸發(fā)式淋激式第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2、結(jié)構(gòu)1）殼管式冷凝器如圖由殼體、管板，管子三部分組成，冷卻水在管內(nèi)通過，制冷劑在管外流動得到冷卻、冷凝，冷凝后的液體由筒殼下部流入貯液器，冷凝器端蓋設(shè)有放氣閥（注水時排除管內(nèi)空氣）和放水閥（停用時防止腐蝕和凍裂）。制冷劑入口制冷劑出口第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二立式殼管式冷凝器不設(shè)端蓋，冷卻水從上部進入冷凝器。用于氟里昂時，因氟里昂放熱系數(shù)小，故采用肋片以增大換熱面積。臥式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)大，冷卻水耗量較少，操作管理方便，被廣泛采用。但臥式冷凝器對冷卻水的水質(zhì)要求較高，水溫低，清洗水垢不方便。第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2）套管式冷凝器套管式冷凝器是兩種不同直徑的管子套在一起，冷卻水在內(nèi)管內(nèi)由下向上流動，制冷劑在套管的夾層內(nèi)自上而下流動。由于接近于理想的逆流換熱，因而傳熱效果較好，傳熱系數(shù)較大。當(dāng)內(nèi)管為縱向外肋片銅管時，肋片系數(shù)為3.2，制冷劑為R22時，其傳熱系數(shù)K=930W/m2K，它還不占用專門安裝位置。套管式冷凝器的缺點：1、冷凝液體存積在管下部，使傳熱面積不能充分利用。2、水垢不易清除，對水質(zhì)要求高。3、單位傳熱面積的金屬消耗量較大。4、只用于單機制冷量小于25KW的小型氟里昂空調(diào)機組上。第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二3）螺旋板式冷凝器如圖，由本體和接管組成。本體部分由兩張平行的鋼板在專用卷材機上卷制成具有二個螺旋通道的螺旋體，中心部分用隔板將二個通道隔開，螺旋通道上下端分別加有頂蓋，最外圈通道端部焊有漸擴形冷卻水進水口，冷卻水出水口由中央引出。與殼管式相比，螺旋板式不但體積小，重量輕，而且傳熱系數(shù)也高，缺點是不適用于高壓，而且內(nèi)部清洗檢修較困難，對水質(zhì)要求比較高。第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二風(fēng)冷冷凝器多用于小型氟里昂系統(tǒng)中，如冰箱、冷柜、空調(diào)機等場合。無論是自然對流還是強迫對流，風(fēng)冷冷凝器的傳熱系數(shù)都較低，24-29W/m2K，冷凝溫度也較高（45-50℃），它要求冷凝壓力較低的制冷劑。由于殼管式需要冷卻水，風(fēng)冷式傳熱系數(shù)較低，因此克服兩者缺點的結(jié)構(gòu)是蒸發(fā)式、淋激式冷凝器。蒸發(fā)式冷凝器如右圖，冷卻水在水泵作用下，噴到蛇行管上，有一部分水蒸發(fā)使制冷劑冷卻，由空氣將水蒸氣帶走，擋水板是為了防止水滴被帶走，增大冷卻水的消耗量。

水泵擋水板制冷劑第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二殼管式冷凝器中水的溫升一般在4-8℃，即每kg冷卻水能帶走25-35kJ的熱量。蒸發(fā)式冷凝器每汽化1kg水可吸收2450kJ熱量。對于1KW的熱負(fù)荷，循環(huán)水量約為50-70kg，水的補充量為2.5-4.5kg，空氣流量為85-160m3，水泵及風(fēng)機的電耗約為0.017-0.026kW.h。因此，蒸發(fā)式冷凝器特別適用于缺水地區(qū)。蒸發(fā)式冷凝器的鼓風(fēng)機可設(shè)在盤管上部，稱為“吸入式”，也可以在盤管下部的側(cè)面，稱為“鼓風(fēng)式”。對吸入式，由于冷凝器盤管處于負(fù)壓區(qū)，水的蒸發(fā)溫度低，傳熱效果好，但風(fēng)機在潮濕條件下運行，易發(fā)生故障；鼓風(fēng)式則相反，由于鼓風(fēng)式的使用效果比吸入式好，因此被廣泛采用。蒸發(fā)式的缺點是水中的礦物質(zhì)會積留在盤管表面，水垢層增長快，因此，對水質(zhì)要求高。第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)冷凝器的傳熱分析

1、傳熱過程冷凝器中的傳熱，包括制冷劑的冷凝放熱，通過金屬管壁和污垢層的導(dǎo)熱，冷卻介質(zhì)的吸熱（忽略管道導(dǎo)熱的影響）。

2、影響制冷劑側(cè)放熱的因素制冷劑側(cè)蒸氣凝結(jié)放熱的影響，如珠狀凝結(jié)/膜狀凝結(jié)

液膜：液膜的熱阻、液膜厚度制冷劑的流速，壁面粗糙度3、影響冷卻介質(zhì)側(cè)放熱的因素冷卻介質(zhì)性質(zhì)（是水還是空氣）流速：水一般為0.8—1.2m/s；空氣一般為2—4m/s冷卻介質(zhì)中雜質(zhì)含量——垢層的厚薄第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二冷凝器的選擇計算

目的：根據(jù)制冷量的大小，確定冷凝器需要的傳熱面積，其計算公式如下：F=Qk/（KΔt）上式中：Qk為冷凝器熱負(fù)荷

K為冷凝器的傳熱系數(shù)

Δt為冷凝器中制冷劑與空氣間的平均溫差1、型式選擇：水/風(fēng)/蒸發(fā)立式/臥式，經(jīng)濟性分析2、冷凝器的熱負(fù)荷：

QK=Qo+Q1=G（h2-h4）（千卡/時）

Qo為制冷機的制冷量，

Q1為制冷壓縮機帶入的熱當(dāng)量

G為每小時制冷劑的循環(huán)量，

h2,h4為冷凝器進出口制冷劑焓值第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二在制冷劑循環(huán)量G不能確定時，可按下式計算：

Qk=Qo+860*N

N為電機功率單位KW

第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二3、換熱對數(shù)平均溫差根據(jù)試驗，冷凝過程的傳熱量占總熱量80～85%，因此一般用蒸氣冷凝時的情況計算傳熱平均溫差設(shè)冷凝器入口的冷卻介質(zhì)（如空氣）溫度為t1，出口溫度為t2，計算冷凝溫度為tk；則換熱對數(shù)平均溫差定義如下。

對水冷冷凝器t2-t1=2～4℃,tk-t2=2～3℃對風(fēng)冷冷凝器t2-t1=8～10℃,tk-t1=10～15℃

第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二4、傳熱系數(shù)K風(fēng)冷式傳熱系數(shù)K與單位面積熱負(fù)荷值qf有如下關(guān)系：冷凝器的K值（w/m2.k）熱負(fù)荷qf（w/m2）

氨14-35140-350氟里昂24-28240-280水冷式傳熱系數(shù)K與單位面積熱負(fù)荷值有如下關(guān)系冷凝器的K值（w/m2.k）熱負(fù)荷qf（w/m2）氨立式700-8004000-4500臥式700-9004000-5000氟里昂臥式800-9004500-5000套管式11003500-4000

第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二5、冷卻介質(zhì)流量計算

冷卻水量：VS=Qk/ρCp(t2-t1)m3/h式中：ρ為冷卻水平均密度

Cp為冷卻水比熱容

t2-t1

為冷卻水在冷凝器進出口溫差冷卻風(fēng)量：G=Qk/Cp’(t2-t1)kg/h式中：Cp’為空氣的定壓比熱容第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二6、冷卻介質(zhì)流動阻力計算（泵的壓頭）1立式殼管式冷凝器：由于冷卻水由管道上部靠重力自流，沒有泵，因此不進行阻力計算2臥式殼管式冷凝器：

由經(jīng)驗公式求出總流動阻力（Pa）上式中：df—管內(nèi)徑（m）ω

—冷凝水的流速Z—冷卻水流程數(shù)L—冷凝器管長度（m）ρ

—冷卻水平均密度kg/m2f—摩擦阻力系數(shù)f=0.1786df-0.25

第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二7.蒸發(fā)式冷凝器的設(shè)計計算參數(shù)選擇1冷凝溫度：

tk=ts1+(5～10)℃式中：ts1—冷凝器入口處空氣的濕球溫度2換熱平均溫差、傳熱系數(shù)與單位面積熱負(fù)荷

Δtm取2-3℃，K取580-750w/m2k，qf取1400-1800w/m23空氣量計算

當(dāng)室外空氣濕球溫度為20-28℃，1kW冷凝熱需要空氣流量為85-160m3/h；當(dāng)空氣濕球溫度大于28℃，還要增大空氣流量

4循環(huán)噴淋水量以及補充水量對應(yīng)于1kW冷凝熱，需要循環(huán)噴水量為50-70kg/h，補充水量取循環(huán)水量的5-10%第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)蒸發(fā)器的分類與結(jié)構(gòu)1、蒸發(fā)器的分類1）冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器

殼管式：臥式、干式

水箱式：直立式、螺旋管式、蛇管式2）冷卻空氣的蒸發(fā)器（直接蒸發(fā)式）

冷卻排管（自然循環(huán)）

空氣冷卻器（強迫循環(huán)）第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二如圖為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器結(jié)構(gòu)，包括：膨脹閥1、分液器2、分液管3、匯集管4、回氣管5和感溫包6膨脹閥1功能是節(jié)流分液器2和分液管3的功能是均勻分配制冷劑蒸發(fā)后的制冷劑匯合到匯集管4并通過回氣管5被壓縮機吸收感溫包6可以控制膨脹閥的開啟度1234562、直接蒸發(fā)式空氣冷卻器結(jié)構(gòu)第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第四節(jié)蒸發(fā)器的傳熱分析影響蒸發(fā)器傳熱效果的主要因素：1、液態(tài)制冷劑物理性質(zhì)的影響制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)越大，傳熱系數(shù)越大液態(tài)制冷劑的粘度與密度越小，對流換熱越好2、液態(tài)制冷劑濕潤表面能力的影響濕潤能力越強，傳熱效果越好常用制冷劑都是濕潤性液體，其中氨的濕潤性大于氟里昂第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二3、蒸發(fā)溫度的影響蒸發(fā)溫度越高，氣化過程加快，傳熱效果好飽和液體與飽和蒸氣的密度差越大，飽和蒸氣越不容易克服液體表面的張力而脫離換熱壁表面，影響傳熱效果。因此飽和液體與飽和蒸氣的密度差越小，傳熱效果越好。4、蒸發(fā)器構(gòu)造的影響實驗表明：翅片管沸騰傳熱系數(shù)大于光管、管束大于單管蒸發(fā)器內(nèi)液體制冷劑合理的流量可以提高傳熱效果第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二

蒸發(fā)器的選擇計算步驟1、確定蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)型式選用原則：1）盡可能選擇直接冷卻式2）冷水機組或鹽水機組選臥式殼管式結(jié)構(gòu)3）氟里昂制冷機組選干式殼管式4）大、中型制冷機組選直立或螺旋管水箱式第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2、傳熱面積計算1）傳熱面積計算公式

F=Qo/KΔtm=Qo/qf公式中：

Qo為制冷量

K為蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)

Δtm為蒸發(fā)器的傳熱溫差

qf

為單位面積傳熱量計算出傳熱面積后，一般需要考慮10%-15%的富裕量第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2）傳熱溫差的計算公式中：載冷劑或空氣在蒸發(fā)器入口的溫度為t1，出口溫度為t2，計算蒸發(fā)溫度為t0一般取t1-t2=4～6℃

t2比t0高2～4℃對于載冷劑（冷水或鹽水），t2按照工藝要求確定對于直接蒸發(fā)式，傳熱溫差取7～15℃3）傳熱系數(shù)K和單位面積傳熱量qf

一般通過查空調(diào)設(shè)計手冊得到第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二3、載冷劑循環(huán)量的計算當(dāng)采用冷水或鹽水作為載冷劑時，載冷劑的循環(huán)量用下面公式計算：

公式中：

t1t2為載冷劑在蒸發(fā)器入口、出口溫度

Cp—對于水取4.186；鹽水按照濃度查有關(guān)資料

第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二本節(jié)思考題1、冷凝器分為哪幾類2、蒸發(fā)器分為哪幾類3、影響蒸發(fā)器傳熱效果的因素有哪些4、冷凝器選擇與熱力計算的步驟第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第八章節(jié)流設(shè)備與

輔助設(shè)備第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)節(jié)流裝置節(jié)流機構(gòu)的作用：將冷凝器中高壓飽和液體節(jié)流降至蒸發(fā)壓力，同時根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器制冷劑的流量。常用的節(jié)流機構(gòu)：

手動節(jié)流閥、浮球節(jié)流閥、熱力膨脹閥和毛細(xì)管。

前面兩種主要應(yīng)用于氨制冷系統(tǒng)中，并逐步被后面兩種所替代。第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二一、熱力膨脹閥熱力膨脹閥既可以作為制冷的輔助設(shè)備，起節(jié)流降壓，閃發(fā)氣化，使高溫高壓的液態(tài)制冷劑變成低溫低壓的濕蒸氣的作用外，它還有一個重要的作用即調(diào)節(jié)流量1、內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)與作用原理如圖為內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，它由閥體、感溫包、毛細(xì)導(dǎo)管、感應(yīng)膜片、頂桿、節(jié)流閥孔、針閥、調(diào)整彈簧、填料壓蓋、螺帽等組成。第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二除了節(jié)流閥孔起節(jié)流作用外，其余零件都是用于流量調(diào)節(jié)。其中感應(yīng)包是傳感部分，它感應(yīng)蒸發(fā)器出口的溫度，并變成壓力，通過感溫膜片變成一個位移信號輸出；傳動桿為傳遞信號之用，調(diào)節(jié)彈簧及其預(yù)緊力針閥就是執(zhí)行機構(gòu)，通過針閥位移，獲得不同的開度，實現(xiàn)制冷劑的流量調(diào)節(jié)。內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的流量調(diào)節(jié)原理如下第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二由感溫包溫度控制的工質(zhì)壓力P3；由節(jié)流閥孔節(jié)流后的蒸發(fā)壓力P1(經(jīng)傳動桿周圍間隙進入感應(yīng)膜片下方)；由頂桿傳遞上來調(diào)整彈簧的預(yù)緊力P2；在這三個力作用下，當(dāng)P3=P1+P2時，針閥保持不動，閥口有一定的開度，即有一定的流量。P3P1P2由結(jié)構(gòu)可知：針閥的開度取決于感溫膜片的力平衡，感溫膜片上作用有三個力：第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二

感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口的C點，其感受的壓力和溫度是Pc和tc；返回第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二內(nèi)平衡式熱力膨脹閥作用原理當(dāng)制冷機負(fù)荷減小，則全部液態(tài)制冷劑氣化完畢時，過熱度減小，B點將左移B’，使C點的tc減小因而P3減小，P3-P2減小，在彈簧力作用下，針閥將上移，關(guān)小閥門開度，減小制冷劑流量。反之，如果制冷機負(fù)荷增大，則B點將右移，出口處過熱度將加大，使C點的tc將變大，P3-P2變大，使針閥開度增大，流量也隨之增大。如圖第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二

感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口的C點，其感受的壓力和溫度是Pc和tc；返回第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二外平衡式與內(nèi)平衡式結(jié)構(gòu)基本相同，只是它增加了一根平衡管。平衡管一端與蒸發(fā)器出口處聯(lián)通，一端與感溫膜下方的空腔聯(lián)通，（如圖）即感溫膜盒下方不再作用蒸發(fā)壓力P1，而是蒸發(fā)器出口處的壓力P5。為什么要這樣改動呢？

外平衡式熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)與作用原理第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二返回第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二在內(nèi)平衡式熱力膨脹閥工作原理分析時，有一假設(shè)：制冷劑在蒸發(fā)器中的流動阻力忽略不計，即PA=PB=P1，但如果蒸發(fā)器的制冷劑流動通路過長，不能忽略流動阻力時，即使PA=P1，但PB=P1-△P（△P為阻力下降）。由于PB的降低，制冷劑在B點的飽和溫度tB也將低于t1，因而在C點的tc將降低（如圖）這導(dǎo)致感溫包溫度降低，P3減小，膜片向下的推力減小，針閥的開度將被關(guān)小。第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二注意：這個開度關(guān)小并不是由蒸發(fā)器負(fù)荷減小引起的，而是因阻力引起的，這將導(dǎo)致供液不足，蒸發(fā)器過熱面積增大，效率降低，最終產(chǎn)冷量減小。而改用外平衡式熱力膨脹閥時，感溫膜片下方作用的制冷劑蒸氣壓力不是P1，而是隨時變化的蒸發(fā)器出口處的壓力P5，即由于蒸發(fā)器流動阻力而使制冷劑飽和溫度降低（因而影響C點的溫度）時，Pc也同步降低（這是與內(nèi)平衡式膨脹閥的根本區(qū)別），兩者互相抵消，使針閥仍維持原有的開度。

見圖第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實際上，制冷劑在管道內(nèi)流動，阻力損失是不可避免的，由于阻力降導(dǎo)致閥門關(guān)小，過熱度增大，固然會降低蒸發(fā)器效率，但也可有效避免“液擊”，因此只要在一定限度內(nèi)，還是允許的。實驗證明，蒸發(fā)器出口處的過熱度只要不超過5-6℃，蒸發(fā)器效率下降不多，是允許的。相應(yīng)的可采用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的阻力損失范圍如下R12在t1=10℃，允許15kPa的壓降；在t1=-10℃，允許10kPa的壓降；在t1=-30℃，允許5kPa的壓降；一般來說，機械冷藏車、空調(diào)客車都采用外平衡式。第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二由上可見：1）要打開針閥，必須使P3>P1，即蒸發(fā)器出口處必須要有過熱度，所以我們說熱力膨脹閥是利用蒸發(fā)器出口處的過熱度來調(diào)節(jié)制冷劑流量的。2）若管路阻力損失超過上面的值，則宜采用外平衡式。3）熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)靈敏度較低，存在滯后，這是因為感溫包有熱慣性。因此國外也研制了采用電熱元件作傳感器的電熱式膨脹閥。

第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二感溫包毛細(xì)導(dǎo)管閥芯彈簧調(diào)節(jié)插座感應(yīng)膜片第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2、熱力膨脹閥的基本調(diào)節(jié)特性關(guān)閉過熱度、可變過熱度與工作過熱度

蒸發(fā)器出口處的過熱度所轉(zhuǎn)換成的壓力P1’，使閥有一定的開度，若減小出口處的過熱度，則閥的開度將減小，當(dāng)其減小到某一值時，閥門將被關(guān)閉，這時的過熱度稱為“關(guān)閉過熱度”。關(guān)閉過熱度可通過調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮力來控制，若不計摩擦阻力，它也是使閥門開啟所必須的過熱度（一般開啟過熱度比關(guān)閉過熱度大0.2—1℃）；若使閥在開啟后保持一定開度，則還要繼續(xù)壓縮彈簧，這一增加的過熱度是用來控制閥的開度的，它和負(fù)荷相對應(yīng)稱“可變過熱度”。第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二一般，關(guān)閉過熱度在2—8℃之間，可變過熱度最大可達5℃。保持針閥一定開度時的過熱度稱“工作過熱度”即：工作過熱度=關(guān)閉過熱度+可變過熱度當(dāng)彈簧被松開，即預(yù)緊力為零時，對應(yīng)的用于克服P3的過熱度稱最小關(guān)閉過熱度，若彈簧被壓死即最大預(yù)緊力時對應(yīng)的過熱度稱最大關(guān)閉過熱度。第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力，可調(diào)節(jié)關(guān)閉過熱度大小，進而調(diào)節(jié)制冷劑流量。制冷劑流量調(diào)整合適的標(biāo)志：吸氣管發(fā)生凝水或結(jié)霜，吸氣截止閥甚至壓縮機機體也有凝水或結(jié)霜，則制冷劑流量過大，應(yīng)放松調(diào)節(jié)彈簧。調(diào)節(jié)時，應(yīng)擰1/4—3/4圈，等十幾分鐘，系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，再考慮是否作進一步調(diào)整。第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)制冷機的其它輔助設(shè)備

制冷系統(tǒng)中，壓縮機稱為“主機”。蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹閥稱為“輔助設(shè)備”。在上述設(shè)備中，制冷劑狀態(tài)都發(fā)生變化其它輔助設(shè)備是指制冷劑在其中