第2章制冷系統(tǒng)熱交換設備

1、第2章制冷系統(tǒng)熱交換設備1.學習要求2.本章難點2.1蒸發(fā)器2.2冷凝器2.3蒸發(fā)器冷凝器組和冷凝蒸發(fā)器2.4其他熱交換設備實訓3熱交換設備的結構認識與清洗思考與練習2.1蒸發(fā)器2.1.1蒸發(fā)器的傳熱方式和影響因素1.制冷劑液體的物理特性2.制冷劑液體的潤濕能力3.制冷劑的沸騰溫度4.蒸發(fā)器的結構形式2.1.2冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器1.殼管式蒸發(fā)器(1)滿液式殼管蒸發(fā)器滿液式殼管蒸發(fā)器的結構如圖2-1所示。2.1蒸發(fā)器(2)干式殼管蒸發(fā)器干式殼管蒸發(fā)器的外形和結構，與滿液式殼管蒸發(fā)器基本相同。圖2-2干式殼管蒸發(fā)器a)直管式b)U形管式1、7端蓋2筒體3換熱管4螺塞5支座6折流板2.沉浸式蒸發(fā)

2、器(1)直立管式蒸發(fā)器直立管式蒸發(fā)器主要用于氨制冷裝置，其結構如圖2-3所示。2.1蒸發(fā)器圖2-3直立管式蒸發(fā)器1下集管2集油器3均壓管4氣液分離器5上集管6換熱立管7水箱8溢流口9攪拌器10、12遠距離液面指示器接口11集氣管13放水口14隔板2.1蒸發(fā)器(2)螺旋管式蒸發(fā)器如圖2-4所示，螺旋管式蒸發(fā)器的結構與直立管式蒸發(fā)器的結構基本相同。圖2-4螺旋管式蒸發(fā)器1攪拌器2供液總管3水箱4氣液分離器5浮球閥6集油器7螺旋管組2.1蒸發(fā)器圖2-5氟利昂蛇管式蒸發(fā)器(3)蛇管式蒸發(fā)器蛇管式蒸發(fā)器是小型氟利昂裝置中常用的一種2.1蒸發(fā)器蒸發(fā)器。3.板式換熱器圖2-6板式換熱器結構及其板片形式的示意

3、圖2.1蒸發(fā)器圖2-7板翅式換熱器的單元體1平隔板2側條3翅片4流體2.1蒸發(fā)器2.1.3冷卻空氣的蒸發(fā)器圖2-8排管式蒸發(fā)器a)墻排管b)頂排管c)擱架式排管2.1蒸發(fā)器1.自然對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器(1)排管式蒸發(fā)器主要用于冷藏箱和冷藏庫中，是利用制冷劑在排管內流動并汽化而吸收箱(或庫)內儲存的物體的熱量，使其達到冷藏溫度。圖2-9鋁復合板式蒸發(fā)器2.1蒸發(fā)器(2)鋁復合板式蒸發(fā)器目前在國內、外家用電冰箱中使用較普遍。(3)管板式蒸發(fā)器管板式蒸發(fā)器又稱為盤管式蒸發(fā)器，其典型結構有兩種。圖2-10管板式蒸發(fā)器2.強制對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器2.1蒸發(fā)器(1)翅片式蒸發(fā)器翅片式蒸發(fā)器及其翅片管形

4、式如圖2-11所示。圖2-11翅片式蒸發(fā)器及其翅片管形式a)蒸發(fā)器總體結構b)繞片管c)套片管1分液器2換熱管3翅片4擋板5風機6集氣管(2)冷風機冷風機用于空氣強制循環(huán)式冷卻的庫房，又稱為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。2.1蒸發(fā)器1)落地式冷風機。圖2-12氨用落地式冷風機結構示意圖1風機2換熱盤管3接水盤2.1蒸發(fā)器2)吊頂式冷風機。圖2-13單向送風吊頂式冷風機1排水管2接水盤3沖霜水進水管4風機5進風導風板6換熱盤管7回氣管8出風口9供液管2.1蒸發(fā)器圖2-14雙向送風吊頂式冷風機1沖霜水進水管2換熱盤管3回氣管4出風導風板5供液管6接水盤7排水管8風機9進風口2.1蒸發(fā)器2.1.4蒸發(fā)器的選

5、擇和計算1.蒸發(fā)器的選擇1)對于自帶冷源的空氣調節(jié)機組，應采用翅片式蒸發(fā)器。2)對于不揮發(fā)載冷劑的開式循環(huán)系統(tǒng)，如集中噴霧式空調冷水系統(tǒng)，可采用沉浸式蒸發(fā)器。3)對具有揮發(fā)性的載冷劑循環(huán)系統(tǒng)，或采用閉式循環(huán)的集中空調冷水系統(tǒng)，應采用臥式殼管式蒸發(fā)器。4)冷庫中的冷卻間、凍結間和冷卻物冷藏間宜采用干式冷風機；凍結物冷藏間宜采用墻排管、頂排管，當食品有良好包裝時，可選用微風速干式冷風機。2.1蒸發(fā)器5)冷藏船上的冷藏貨艙宜用光滑頂排管，若設光滑墻排管時需要有防撞裝置；冷藏船上采用間接冷卻系統(tǒng)時，可選用臥式殼管式蒸發(fā)器。表2-1常用蒸發(fā)器的主要特點與適用范圍2.1蒸發(fā)器表2-1常用蒸發(fā)器的主要特點與

6、適用范圍2.1蒸發(fā)器表2-1常用蒸發(fā)器的主要特點與適用范圍2.1蒸發(fā)器2.蒸發(fā)器的選擇計算(1)蒸發(fā)器傳熱面積的確定1)制冷量0。2)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K和熱流密度qf。表2-2常用蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K與熱流密度2.1蒸發(fā)器3)平均傳熱溫差tm。4)傳熱面積A。(2)蒸發(fā)器中載冷劑流量。1)對于液體，載冷劑流量為2)對于空氣，載冷劑流量為2.2冷凝器2.2.1冷凝器的傳熱方式和影響因素1.影響制冷劑側蒸氣凝結放熱的因素(1)制冷劑蒸氣的流向和流速制冷劑在冷凝器中的凝結一般都是膜狀凝結。(2)制冷劑蒸氣中含油制冷劑蒸氣中含油時對凝結傳熱系數(shù)的影響，與油在制冷劑中的溶解度有關。(3)制冷劑蒸氣中含空氣

7、或其他不凝性氣體在制冷系統(tǒng)中，總會有一些空氣及制冷劑和潤滑油在高溫下分解出來的不凝性氣體存在。(4)傳熱壁面的表面粗糙度對于同一種制冷劑，若冷卻壁面光滑、清潔，液膜流動阻力小，凝結的液體能較快流走，使液膜層減薄，傳熱系數(shù)相應增大。2.2冷凝器(5)冷凝器的結構形式制冷劑蒸氣在橫放單管外表面冷凝時的傳熱系數(shù)一般大于直立管的傳熱系數(shù)。2.影響冷卻介質側放熱的因素(1)冷卻介質的性質冷凝器的冷卻介質通常采用水或空氣，由于水的熱容量大于空氣的熱容量，因此用水作冷卻介質的冷凝器的傳熱性能要優(yōu)于用空氣作冷卻介質的冷凝器。(2)冷卻介質的流速傳熱系數(shù)隨著冷卻介質流速的增加而增大，但是流速太大，會使設備中的流

8、動阻力增加，使水泵和風機的功率消耗增大，并增加管壁腐蝕。2.2冷凝器(3)冷卻介質的純凈度在水冷式冷凝器中，因為水中含有某些礦物質和泥沙之類的雜質，運行一段時間后，在冷凝器的傳熱壁面上會逐漸附著一層水垢，形成附加熱阻，致使傳熱系數(shù)降低；用空氣作為冷卻介質的冷凝器，在長期使用后，其傳熱表面會被灰塵覆蓋，也可能被銹蝕或粘有油污，所有這些污垢，都會增加傳熱熱阻，使傳熱系數(shù)下降。2.2.2水冷冷凝器1.殼管式冷凝器(1)立式殼管式冷凝器立式殼管式冷凝器是指換熱管和殼體垂直放置，冷卻水沿管子內壁呈膜狀流下，與大氣相通的冷凝器。2.2冷凝器圖2-15立式殼管式冷凝器a)立式殼管式冷凝器的結構b)導流管結構

9、1配水箱2進氣管接頭3壓力表4放油管5出液管接頭6混合氣管接頭7平衡管接頭8安全閥9放空氣管10導流管頭11管板12換熱管2.2冷凝器表2-3氨立式殼管式冷凝器傳熱系數(shù)(2)臥式殼管式冷凝器臥式殼管式冷凝器是指換熱管和殼體水平放置，在壓力作用下的冷卻水在冷凝器換熱管內多程往返流動的冷凝器。2.2冷凝器圖2-16氨用臥式殼管式冷凝器1放空氣旋塞2平衡管接頭3安全閥4壓力表5放空氣閥6端蓋7集油包8支座9放水旋塞10筒體2.2冷凝器圖2-17氟利昂用臥式殼管式冷凝器1換熱管2管板3橡膠密封圈4端蓋5筒體6支座2.2冷凝器圖2-18碾軋槽管2.2冷凝器圖2-19滾軋低肋管和鋸齒形管a)梯形肋片管b)

10、矩形肋片管c)鋸齒形管2.套管式冷凝器2.2冷凝器圖2-20氟利昂用套管式冷凝器3.螺旋板式冷凝器2.2冷凝器圖2-21氨用螺旋板式冷凝器1進氣管2壓力表接管3平衡管4放氣口5冷卻水出口管6冷卻水進口管7出液管8隔板2.2冷凝器2.2.3風冷冷凝器1.自然對流風冷冷凝器圖2-22自然對流風冷冷凝器a)平板式b) 百葉窗式c) 鋼絲盤管式(1)平板式冷凝器它由蛇形管和起整體肋作用的金屬平板組成。2.2冷凝器(2)百葉窗式冷凝器為了增加散熱面積和改善通風條件，強化對流換熱，把金屬平板做成百葉窗形式，將?5mm或?6mm規(guī)格的銅管或鍍銅鋼管蛇形彎曲，點焊或卡裝在該鋼板上，形成百葉窗式冷凝器。(3)鋼

11、絲盤管式冷凝器這種冷凝器的盤管常選用復合鋼管(邦迪管)，即焊接鋼管內、外表面鍍銅。2.強制對流風冷冷凝器圖2-23強制對流風冷冷凝器1液體集管2彎頭3分配集管4上封板5換熱管6肋片7螺釘8風機9前風板2.2冷凝器圖2-24風冷冷凝器V形布置(熱泵型機組)2.2冷凝器2.2.4蒸發(fā)式冷凝器圖2-25蒸發(fā)式冷凝器的結構示意圖a)吸風式b)吹風式c)預冷式2.2冷凝器圖2-26一種新型蒸發(fā)式冷凝器的結構簡圖1噴淋水噴頭2氣態(tài)制冷劑入口3冷凝盤管4液態(tài)制冷劑出口5空氣進口導風板6循環(huán)水泵7PVC換熱層8集水槽9內裝走道10擋水板11風機2.2冷凝器2.2.5冷凝器的選擇計算1.冷凝器的選型表2-4常用

12、冷凝器的主要特點與適用范圍2.冷凝器的選擇計算2.2冷凝器(1)冷凝器傳熱面積的確定1)冷凝器的熱負荷k。圖2-27冷凝器負荷系數(shù)a)氨系統(tǒng)b)氟利昂系統(tǒng)2.2冷凝器2)冷凝器的傳熱系數(shù)K。表2-5冷凝器的傳熱系數(shù)K和熱流密度的推薦值2.2冷凝器表2-5冷凝器的傳熱系數(shù)K和熱流密度的推薦值2.2冷凝器表2-5冷凝器的傳熱系數(shù)K和熱流密度的推薦值2.2冷凝器3)平均傳熱溫差tm。4)冷凝器的傳熱面積A。(2)冷卻介質流量的計算(3)冷凝器冷卻水的阻力計算立式冷凝器的冷卻水是從頂部靠重力沿管壁流下的，故不需進行流動阻力的計算。例2-1已知制冷量為300kW的氨制冷系統(tǒng)，蒸發(fā)溫度t0= -15，冷卻

13、水溫度t1=30，如果選用臥式殼管式冷凝器，試計算其傳熱面積和冷卻水量。解：1)冷凝器的熱負荷k。冷卻水為循環(huán)水，取冷卻水溫升為5，則出水溫度t2=t1+5=(30+5)=35，冷凝溫度tk比冷卻水平均溫度高5，則冷凝溫度tk=+/2+5=37.5，可取38。根據(jù)圖2-27查得=1.24，則2.2冷凝器2)傳熱系數(shù)K。3)平均傳熱溫差tm。4)冷凝器的傳熱面積A。5)冷卻水量qV,k。2.3蒸發(fā)器冷凝器組和冷凝蒸發(fā)器2.3.1蒸發(fā)器冷凝器組圖2-28R123單筒式蒸發(fā)器冷凝器組1氣液分離器2蒸發(fā)器3制冷劑液位計4制冷劑充灌閥5膨脹節(jié)流管6排液螺塞7冷凝器8緩沖板9壓縮機排氣導管2.3蒸發(fā)器冷凝

14、器組和冷凝蒸發(fā)器2.3.2冷凝蒸發(fā)器1.立式殼管式冷凝蒸發(fā)器圖2-29立式殼管式冷凝蒸發(fā)器1高溫級制冷劑進口管2低溫級制冷劑出口管3高溫級制冷劑出口管4低溫級制冷劑進口管2.3蒸發(fā)器冷凝器組和冷凝蒸發(fā)器2.立式盤管式冷凝蒸發(fā)器圖2-30立式盤管式冷凝蒸發(fā)器1高溫級制冷劑進口管2低溫級制冷劑進口管3低溫級制冷劑出口管4高溫級制冷劑出口管2.3蒸發(fā)器冷凝器組和冷凝蒸發(fā)器3.套管式冷凝蒸發(fā)器2.4其他熱交換設備2.4.1回熱器(1)盤管式回熱器盤管式回熱器多用于大、中型氟利昂制冷系統(tǒng)中，其結構如 所示。(2)套管式回熱器套管式回熱器的內管由外側帶有翅片的翅片管制成，其結構如 所示。圖2-31盤管式回熱器1盤管2擋板2.4其他熱交換設備(3)繞管式回熱器繞管式回熱器多用于小型氟利昂制冷裝置中，它將供液管與回氣管接觸或焊接在一起，如圖2-33所示，通過兩根緊貼在一起