制冷技術(shù) 課件 第5章 制冷換熱設(shè)備

第五章制冷換熱設(shè)備

制冷換熱設(shè)備第一講蒸發(fā)器Evaporator第二講冷凝器Condenser第三講其他換熱設(shè)備Otherheatexchangeequipment

制冷換熱設(shè)備

冷凝器和蒸發(fā)器是重要的熱交換設(shè)備，其傳熱效果直接影響制冷裝置的重量、性能及運行經(jīng)濟性。本章內(nèi)容：

介紹常用的幾種冷凝器和蒸發(fā)器的工作特點，結(jié)構(gòu)形式和選擇計算方法。制冷換熱設(shè)備

第一講

蒸發(fā)器Evaporator蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理影響蒸發(fā)器換熱的因素蒸發(fā)器的設(shè)計計算5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

蒸發(fā)器的作用：制冷系統(tǒng)的吸熱設(shè)備，制取和輸出冷量。蒸發(fā)器的種類：按照供液方式滿液式：立管式、螺旋管式和臥式殼管式非滿液式：干式殼管式、直接蒸發(fā)式（直接膨脹式）、冷卻排管。循環(huán)式淋激式按照被冷卻介質(zhì)的種類：冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器冷卻空氣的蒸發(fā)器5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理1、臥式殼管式蒸發(fā)器特點:構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于操作維護傳熱性能好水或鹽水為載冷劑，可實現(xiàn)封閉循環(huán)，特別是減輕鹽水對管道和設(shè)備的腐蝕。優(yōu)點：缺點：制冷劑充裝量大液體靜壓力對蒸發(fā)溫度影響較大冷凍水溫≥4~5℃對氟利昂系統(tǒng)，要采取一定回油措施。5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理P0teR22R717-101.70.4-303.31.1-609.54.51m深處蒸發(fā)溫度的升高值制冷劑液體靜壓力對蒸發(fā)溫度的影響5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理2、干式蒸發(fā)器

dryexpansionevaporator工作過程：制冷劑在管內(nèi)氣化，載冷劑在管外降溫特點：制冷劑充裝量少，約為管內(nèi)容積的35－40％管內(nèi)流速≥4m/s，保證帶油回壓縮機載冷劑熱穩(wěn)定性好，冷凍水溫可低為1～2℃制冷劑在管內(nèi)分配不均勻優(yōu)點：缺點：5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理3、水箱式蒸發(fā)器直立管式：氨螺旋管式：氨蛇管式：氟利昂蒸發(fā)管組浸放于水或鹽水箱中工作進程：特點：充水量大，熱穩(wěn)定性好，適用空調(diào)噴水室體積大鹽水敞開空氣中，對金屬腐蝕大分類：按蒸發(fā)管組型式5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理用水作為載冷劑可冷卻到1℃，適用于空調(diào)系統(tǒng)；用鹽水作為載冷劑，可冷卻到-10～-20℃，適用于制冰或食品冷藏加工。5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理制冷劑在管內(nèi)氣化，冷卻管外空氣工作過程：分類：二、冷卻空氣的蒸發(fā)器空調(diào)機組，分體機的室內(nèi)機，冷風機冷卻排管：管外空氣自然流動可分為墻排管、頂排管及擱架式排管。直接蒸發(fā)式表面冷卻器（直膨式表冷器）管外空氣被風機強迫流動

5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理氨及氟利昂冷風機用蒸發(fā)器的不同制冷劑氨氟利昂管材Φ15~Φ38光管Φ7～Φ18紫銅管翅片0.5～1mm鋼片0.3～0.4mm鋁片或銅片翅距8～10mm2～4mm供液方式下供液、上回氣上供液、下回氣5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理分液器的作用分液頭：保證各路制冷劑狀態(tài)相同毛細管：保證各路制冷劑流量相同設(shè)置位置：蒸發(fā)器供液前冷風機的蒸發(fā)器由多根并聯(lián)的蛇形管組成作用：5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.1蒸發(fā)器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素蒸發(fā)器內(nèi)的沸騰換熱水平管外大空間沸騰換熱（滿液式臥式殼管蒸發(fā)器）

對流沸騰，泡態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰肋管外的沸騰換熱大于光管管束外的沸騰換熱大于單管2000≤Ψ≤6000沸騰換熱與制冷劑物性有關(guān)制冷劑中含油量影響沸騰換熱蒸發(fā)器的傳熱分析5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素管內(nèi)沸騰換熱（冰箱式蒸發(fā)器、冷卻液體干式蒸發(fā)器直接蒸發(fā)式空氣冷卻器）垂直管內(nèi)沸騰換熱水平管內(nèi)沸騰換熱濕壁區(qū)、蒸干區(qū)和過熱蒸汽區(qū)

5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素表面結(jié)露表面結(jié)霜載冷劑在蒸發(fā)器中的換熱液體載冷劑——對流換熱系數(shù)空氣：結(jié)露（低于露點溫度）和結(jié)霜（低于凝固點）5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素蒸發(fā)器的傳熱分析傳熱過程：制冷劑側(cè)換熱－傳熱表面污垢熱阻－被冷卻介質(zhì)側(cè)換熱沸騰換熱－泡狀沸騰與氣泡大小及速度有關(guān)影響制冷劑液體沸騰換熱的因素1、制冷劑液體物理性質(zhì)

熱導率、密度、粘度和表面張力。5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素1、制冷劑液體物理性質(zhì)熱導率大，傳熱方向熱阻小，換熱強。密度和粘度小，液體易受擾動，對流運動強烈，與傳熱壁面接觸多，沸騰強烈。密度和表面張力大，氣泡直徑大，單位時間氣泡生成少，換熱弱。氟與氨比，熱導率小，密度、粘度及表面張力大，因此其沸騰換熱系數(shù)小。5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素2、制冷劑液體潤濕能力潤濕能力強，氣泡根部細小，易脫離傳熱表面，沸騰換熱系數(shù)大。氨比氟利昂潤濕能力強。3、制冷劑沸騰溫度沸騰機理：氣泡在傳熱表面生成，長大，脫離壁面，浮升及破裂。氣泡離壁直徑取決于浮力及表面張力的平衡。浮力及表面張力與飽和溫度下氣相和液相密度差有關(guān)，進而與蒸發(fā)溫度有關(guān)。5.2影響蒸發(fā)器換熱的因素3、制冷劑沸騰溫度沸騰溫度越高，飽和氣液密度差越小，氣化更迅速，沸騰換熱越強。4、蒸發(fā)器構(gòu)造的影響蒸發(fā)器有效傳熱表面是與液體接觸部分。肋片管沸騰換熱大于光管。保證液體制冷劑進入蒸發(fā)器。5、制冷劑含油對沸騰換熱的影響與含油濃度有關(guān)。5.3蒸發(fā)器的設(shè)計計算蒸發(fā)器的設(shè)計計算基本傳熱公式Q＝KF△tm對數(shù)平均溫差的計算△tmax和△tmin分別為冷熱流體的最大與最小溫差屬表面式換熱器

5.3蒸發(fā)器的設(shè)計計算直接蒸發(fā)式空氣冷卻器的計算方法直接蒸發(fā)式空氣冷卻器表面與濕空氣之間的熱濕交換直接蒸發(fā)式空氣冷卻器的冷卻效率直接蒸發(fā)式空氣冷卻器的傳熱系數(shù)析濕系數(shù)：總換熱量與顯熱換熱量的比值傳熱系數(shù)冷卻面積計算5.3蒸發(fā)器的設(shè)計計算傳熱系數(shù)K的選取常用蒸發(fā)器的K確定實際設(shè)計傳熱面積計算出的傳熱面積基礎(chǔ)上再考慮10－15％的裕量后的面積5.3蒸發(fā)器的設(shè)計計算5.3蒸發(fā)器的設(shè)計計算

第二講

冷凝器Condenser冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理影響冷凝器換熱的因素冷凝器的設(shè)計計算5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

放熱Qc＝Q0＋Pi

冷凝器的種類：水冷式：循環(huán)冷卻水，冷卻塔和冷卻水池、水泵等空氣冷卻式（風冷式或空冷式）：直通式，水一次流過蒸發(fā)式：制冷劑在管內(nèi)冷卻并凝結(jié)自然對流和強迫對流式兩種冷凝器的作用：制冷劑冷卻－凝結(jié)－過冷5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

一、水冷式冷凝器

water-cooledcondenser臥式殼管式冷凝器(closedshellandtubecondenser)構(gòu)造：外殼+管板+管束工作過程：水走管內(nèi)~制冷劑蒸氣在管外凝結(jié)特點：結(jié)構(gòu)緊湊、室內(nèi)安裝、傳熱系數(shù)大、冷卻水耗量少。缺點：水質(zhì)要求高，水流動阻力較大適用任何制冷劑的制冷系統(tǒng)5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

臥式殼管式冷凝器構(gòu)造5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

管子殼體管板5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

立式殼管式冷凝器（openshellandtubecondenser.）適用大中型氨制冷系統(tǒng)和臥式相比：構(gòu)造：垂直安裝，無端蓋工作過程：制冷劑與冷卻水的流動方式相同特點：優(yōu)點：露天安裝、水質(zhì)要求不高、可在運行中清洗水管。缺點：傳熱系數(shù)小、冷卻水耗量多、體積大、灰塵易落入。

5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

套管式冷凝器(tube-in-tubecon.)

適用小型氟利昂空調(diào)機組，且單機制冷量小于25kW。構(gòu)造：不同直徑的管子套在一起工作過程：制冷劑與冷卻水的流動方式相同特點：

優(yōu)點：實現(xiàn)理想逆流換熱，套放在壓縮機上，節(jié)省占地。缺點：后部積存凝結(jié)液體，傳熱面未充分利用；單位傳熱面積的金屬消耗量大。5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

套管式冷凝器5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

套管式冷凝器5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理

焊接板式冷凝器構(gòu)造：一組不銹鋼波紋金屬板疊裝焊接而成，內(nèi)部有冷、流體通道；工作過程：冷卻水下進上出，制冷劑蒸汽從上面進入，冷凝后的液態(tài)制冷劑從下面流出；優(yōu)點：體積小、重量輕、傳熱效率高、可靠性好、加工過程簡單（傳熱系數(shù)可達2000~4650W/(m2.K)，是殼管式換熱器的2~5倍）缺點：主要消除不凝性其他的存在；水質(zhì)要求高，容易產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞問題5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理二、風冷式冷凝器管外空氣流動方式:

空氣作用：帶走制冷劑冷卻和冷凝放出的熱量適用場合：小型氟利昂制冷裝置缺水地區(qū)或者不便于使用水冷式冷凝器的場合。小型空氣調(diào)節(jié)機組窗式空調(diào)器冰箱冷藏車輛等制冷設(shè)備結(jié)構(gòu)形式：多為蛇形管式（翅片）自然對流(K＝5～10W/m2K)強迫對流式(K=24~40W/m2K)5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理風冷式冷凝器特點

傳熱系數(shù)低，傳熱溫差大；

冷凝溫度受環(huán)境影響大，氣溫高時冷凝壓力高；

不需要配冷卻水系統(tǒng)，不會產(chǎn)生腐蝕；

露天布置，不需要機房；

翅片清洗不方便5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理三、蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)：

制冷劑冷卻和冷凝放出的熱量同時被空氣和水帶走分類：吸入式制冷劑冷凝管組：光管或翅片管組成的蛇形管組冷卻水系統(tǒng)：水池、水泵及噴水管風系統(tǒng)：風機、風口及擋水板壓送式原理：

5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理蒸發(fā)式冷凝器5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理特點：屋頂或室外安裝冷卻水的用量少利用水的氣化潛熱，理論上耗水量只是水冷式的1/70~1/100。管外易結(jié)水垢，易腐蝕，維修困難。適用于缺水地區(qū)，尤其氣候干燥地區(qū)。安裝位置：優(yōu)點：缺點：5.4冷凝器的種類、基本構(gòu)造和工作原理5.5影響冷凝器換熱的因素各形式冷凝器換熱系數(shù)5.5影響冷凝器換熱的因素三、冷凝器的傳熱過程冷凝器的傳熱過程：制冷劑的冷凝換熱，金屬壁、垢層的導熱以及冷卻劑的吸熱過程。一、制冷劑在管壁與平板壁上的冷凝換熱二、水平管束上的冷凝三、水平肋管表面的冷凝制冷劑的冷凝換熱冷卻劑的換熱管壁與垢層的熱阻5.5影響冷凝器換熱的因素管壁熱阻:對于銅管，導熱系數(shù)高，可以考慮；對于鋼管等，應考慮；管壁與垢層的熱阻油膜熱阻:對于氨，取0.35×10-3~0.6×10-3m2.K/W;對于氟利昂，可不考慮；污垢熱阻：污垢熱阻包括水垢、銹蝕以及其他污垢造成的附加熱阻。接觸熱阻：對于肋片管若肋片與基管接觸不嚴，形成接觸熱阻，可取0.86×10-3m2.K/W5.6冷凝器設(shè)計計算冷凝器傳熱面積確定的計算公式確定Qc、k、△tm以后，方能求得所需的傳熱面積A

四、冷凝器設(shè)計計算目的：確定冷凝器的傳熱面積，選擇合適型號的冷凝器，確定冷卻介質(zhì)（水或空氣）流量和通過冷凝器時的流動阻力。

5.6冷凝器設(shè)計計算冷凝器熱負荷Qc指示功率制冷量

簡化冷凝器負荷系數(shù)值冷凝器選擇

5.6冷凝器設(shè)計計算制冷劑的變化過程：過熱蒸氣→飽和蒸氣→飽和液體→過冷液體

制冷劑的溫度并不是定值平均對數(shù)傳熱溫差冷凝器中制冷劑和冷卻劑溫度變化示意圖平均傳熱溫差Δtm

5.6冷凝器設(shè)計計算合理地確定冷凝溫度tc和冷卻劑出口溫度t2從運行費和設(shè)備投資兩方面綜合考慮水冷式冷凝器冷卻水溫升（t2-t1）一般為：立式殼管冷凝器1.5～4℃，臥式殼管和套管式冷凝器4～8℃?？绽涫嚼淠骺諝鉁厣╰2-t1）不大于8℃。水冷式冷凝器5～7℃，風冷式冷凝器8～12℃

冷卻水流量

第三講

其他換熱設(shè)備Otherheatexchangeequipment再冷卻器回熱器中間冷卻器冷凝-蒸發(fā)器5.7其他換熱設(shè)備其他換熱設(shè)備包括兩種傳熱介質(zhì)均是制冷劑的換熱器，如復疊式制冷劑中的蒸發(fā)-冷凝器、兩級壓縮機制冷劑的中間冷卻器和回熱換熱器。圖5-36所示為套管式氨再冷卻器。冷卻水在內(nèi)管中自下而上流動，氨液在內(nèi)管外部環(huán)形空間中自上而下流動。這種與冷凝器分離的再冷卻器，一則可以使之進行強迫對流換熱，再則可使冷卻水與氨液之間呈逆流式換熱，因此，再冷卻能力較強。再冷卻器其他換熱設(shè)備5.7其他換熱設(shè)備回熱器回熱器是指氟利昂制冷裝置中使節(jié)流裝置前制冷劑液體與蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣進行換熱的氣液換熱器，它的作用是:①對于R12、R134a和R502，通過回熱提高制冷裝置的制冷系數(shù);②使得節(jié)流裝置前制冷劑液體再冷以免汽化，保證正常節(jié)流;③使蒸發(fā)器出口制冷劑蒸汽中夾帶的液體汽化，以提高制冷壓縮機的容積效率和防止壓縮機液擊。對于大中型制冷裝置多采用盤管式回熱器;0.5~15kW容量的制冷裝置可采用套管式回熱器和繞管式回熱器。盤管式回熱器如圖5-37所示?；責崞魍鈿殇撝茍A筒，內(nèi)裝銅制螺旋盤管。來自冷凝器的高壓高溫制冷劑液體在盤管內(nèi)流動，而來來自蒸發(fā)器的低壓低溫制冷劑蒸氣則從盤管外部空間通過，使液體再冷卻。5.7其他換熱設(shè)備中間冷卻器氨中間冷卻器的結(jié)構(gòu)如圖