第4章 制冷系統(tǒng)熱交換設(shè)備

第4章制冷系統(tǒng)熱交換設(shè)備3/8/2023

熱交換設(shè)備是實(shí)現(xiàn)兩種（或兩種以上）溫度不同的流體間相互傳熱的設(shè)備，又稱換熱器。制冷系統(tǒng)中的熱交換設(shè)備主要用于制冷劑與熱源之間的換熱，同樣也用于不同工況下制冷劑、載冷劑間的換熱。因此，它是制冷系統(tǒng)中的主要熱力設(shè)備，傳熱效果的好壞，直接影響制冷機(jī)的性能。

制冷系統(tǒng)中的熱交換設(shè)備包括冷凝器、蒸發(fā)器和一些其他換熱器，如回?zé)崞?、過冷器及中間冷卻器等。它們的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。本章主要介紹這幾種熱交換設(shè)備。學(xué)習(xí)導(dǎo)引3/8/2023

1．學(xué)習(xí)要求本章重點(diǎn)是冷凝器、蒸發(fā)器的種類、工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍，通過學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到以下要求。（1）掌握冷凝器的作用和種類；了解冷凝器的傳熱方式和影響因素。（2）掌握殼管式冷凝器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍；了解套管式、螺旋板式和板式冷凝器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍。（3）了解自然對流風(fēng)冷冷凝器的常用結(jié)構(gòu)形式、工作原理、基本結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)；掌握強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷凝器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍。（4）了解淋激式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍；了解冷凝器的選擇計算。

學(xué)習(xí)導(dǎo)引3/8/2023（5）掌握蒸發(fā)器的作用和種類；了解蒸發(fā)器的傳熱方式和影響因素。（6）掌握臥式殼管式蒸發(fā)器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍；了解沉浸式蒸發(fā)器、板式蒸發(fā)器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍。（7）了解自然對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器的常用結(jié)構(gòu)形式、工作原理、基本結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)；掌握翅片式蒸發(fā)器、干式冷風(fēng)機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及適用范圍。（8）了解蒸發(fā)器—冷凝器組的基本結(jié)構(gòu)，冷凝蒸發(fā)器的常用結(jié)構(gòu)形式及基本結(jié)構(gòu)；了解蒸發(fā)器的選擇計算。（9）了解回?zé)崞鞯淖饔?、常用結(jié)構(gòu)形式及基本結(jié)構(gòu)，過冷器的作用及基本結(jié)構(gòu)，氨用及氟利昂用中間冷卻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。學(xué)習(xí)要求3/8/20232．本章難點(diǎn)（1）制冷系統(tǒng)中熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式較多，僅通過看結(jié)構(gòu)簡圖而掌握其基本結(jié)構(gòu)有一定難度。應(yīng)結(jié)合實(shí)訓(xùn)，通過觀察熱交換設(shè)備的具體實(shí)物或模型幫助理解。（2）實(shí)際工程中，對冷凝器和蒸發(fā)器進(jìn)行選擇計算需要一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到合理、熟練地選擇冷凝器和蒸發(fā)器有一定難度，應(yīng)結(jié)合例題與習(xí)題加強(qiáng)練習(xí)。

學(xué)習(xí)要求3/8/20234.1冷凝器

在制冷系統(tǒng)中，冷凝器是一個使制冷劑向外放熱的換熱器。冷凝器的作用是將經(jīng)制冷機(jī)壓縮升壓后的制冷劑過熱蒸氣向周圍常溫介質(zhì)（水或空氣）傳熱，從而冷凝還原為液態(tài)制冷劑，使制冷劑能循環(huán)使用。冷凝器按其冷卻介質(zhì)和冷卻方式，可分為水冷冷凝器、風(fēng)冷冷凝器、水和空氣聯(lián)合冷卻式冷凝器三種類型。3/8/20234.1.1冷凝器的傳熱方式和影響因素

制冷系統(tǒng)中所用的冷凝器，盡管結(jié)構(gòu)形式多樣，大多數(shù)仍屬于間壁式換熱器。其特點(diǎn)是冷卻介質(zhì)和制冷劑蒸氣兩種流體同時在金屬間壁的兩側(cè)流動，熱量通過壁面由制冷劑蒸氣傳遞給冷卻介質(zhì)（水或空氣）。在冷凝器中的傳熱液化過程中，由于制冷劑過熱蒸氣放出熱量后被冷卻、冷凝成液體，因此其傳熱量應(yīng)包括氣體冷卻熱、凝結(jié)熱，這就是冷凝器熱負(fù)荷。其中，凝結(jié)熱占總負(fù)荷的80％以上。基本傳熱公式為3/8/20231．影響制冷劑側(cè)傳熱的因素

（1）制冷劑蒸氣的流向和流速

當(dāng)蒸氣與凝結(jié)的液膜做同向運(yùn)動時，氣流能促使冷凝液膜減薄和較快地與冷卻壁面脫開，使傳熱系數(shù)增大。而當(dāng)制冷劑蒸氣與冷凝液膜反方向流動時，傳熱系數(shù)的大小取決于制冷劑蒸氣的流速。

考慮到制冷劑蒸氣的流速和流向?qū)鳠岬挠绊?，立式殼管式冷凝器的蒸氣進(jìn)口一般總是設(shè)在冷凝器高度2/3處的筒體側(cè)面，以便不使冷凝液膜太厚而影響傳熱。3/8/2023（2）傳熱壁面的粗糙度

同一種制冷劑若冷卻壁面光滑、清潔，液膜流動阻力小，凝結(jié)的液體能較快流去。使液膜層減薄，傳熱系數(shù)相應(yīng)增大。如果壁面粗糙，液膜的流動阻力增大，使液膜層增厚，傳熱系數(shù)也就降低，嚴(yán)重時傳熱系數(shù)下降20％～30％。

因而冷凝管表面應(yīng)保持光滑和清潔，以保證有較大的凝結(jié)傳熱系數(shù)。

3/8/2023（3）制冷劑蒸氣中含空氣或其他不凝性氣體

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。這些氣體隨制冷劑蒸氣進(jìn)入冷凝器，會顯著降低凝結(jié)傳熱系數(shù)。這是因?yàn)橹评鋭┱魵饽Y(jié)后，這些不凝性氣體將附著在凝結(jié)液膜附近。在液膜表面上，不凝性氣體的分壓力顯著增加，因而使得制冷劑蒸氣的分壓力減低。由于蒸氣分壓力的減小，就會大大影響制冷劑蒸氣的凝結(jié)放熱。為了防止冷凝器中不凝性氣體積聚過多，以致惡化傳熱過程，必須采取措施，既要防止空氣滲入制冷系統(tǒng)內(nèi)，又要及時地將系統(tǒng)中的不凝性氣體利用專門設(shè)備排出。

3/8/2023（4）制冷劑蒸氣中含油

制冷劑蒸氣中含油時對凝結(jié)傳熱系數(shù)的影響，與油在制冷劑中的溶解度有關(guān)。如氨和冷凍機(jī)油不易相溶，當(dāng)制冷劑蒸氣中混有冷凍機(jī)油時，油將沉積在冷卻壁面上形成熱導(dǎo)率很低的油膜，造成附加熱阻，使氨側(cè)的傳熱系數(shù)降低。厚度為0.1mm的油膜，其熱阻相當(dāng)于厚度為33mm鋼板的熱阻。但對于氟利昂系統(tǒng)，由于氟和冷凍機(jī)油容易溶解，因此當(dāng)含油濃度在一定范圍內(nèi)（小于6％～7％）時，可不考慮對傳熱的影響，超過此范圍時，也會使傳熱系數(shù)降低。可通過在制冷系統(tǒng)中要設(shè)置高效的油分離器，來減少制冷劑蒸氣中的含油量。

3/8/2023（5）冷凝器的結(jié)構(gòu)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)。這是因?yàn)榫哂幸欢ǜ叨鹊闹绷⒐艿南虏?，冷凝液膜層厚度較大。但是，對于蒸氣在水平管束外表面上的凝結(jié)放熱，由于下落的冷凝液可使下部管束外側(cè)的液膜增厚，使其平均傳熱系數(shù)也有所降低。水平管束在上下重疊的排數(shù)越多，這種影響就越大。所以，水平管束的平均傳熱系數(shù)，也有可能低于直立管的傳熱系數(shù)。一般立式殼管式冷凝器的傳熱系數(shù)較小，其立管下部積有較厚的液膜層是原因之一。從這個觀點(diǎn)來看，臥式冷凝器的筒體直徑不宜太大，否則傳熱系數(shù)會顯著降低。不管是何種結(jié)構(gòu)形式的冷凝器，要想提高凝結(jié)傳熱系數(shù)，就必須保證能迅速地將傳熱表面的冷凝液體排除，并保證傳熱表面的光滑和清潔。3/8/20232．影響冷卻介質(zhì)側(cè)傳熱的因素（1）冷卻介質(zhì)的性質(zhì)冷凝器的冷卻介質(zhì)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(zhì)的冷凝器的傳熱性能要優(yōu)于用空氣作冷卻介質(zhì)的冷凝器。另外，用水作冷卻介質(zhì)時，制冷系統(tǒng)的冷凝壓力明顯低于用空氣作冷卻介質(zhì)的，這有利于制冷系統(tǒng)的安全工作。（2）冷卻介質(zhì)的流速隨著冷卻介質(zhì)流速的增加，傳熱系數(shù)也增大，但是流速太大，會使設(shè)備中的流動阻力損失增加，使水泵和風(fēng)機(jī)的功率消耗增大，以及導(dǎo)致管壁腐蝕的增加。因此應(yīng)綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。一般冷凝器內(nèi)最佳的水流速度為0.8～1.2m/s，空氣流速為2～4m/s。3/8/2023（3）冷卻介質(zhì)的純凈度用水冷卻時，不管使用地下水或地表水。水中含有某些礦物質(zhì)和泥沙之類的雜質(zhì)，因此，使用一段時間后，在冷凝器的傳熱壁面上會逐步附著一層水垢，形成附加熱阻，使傳熱系數(shù)顯著下降。水垢層的厚度，取決冷卻水質(zhì)的好壞、冷凝器使用時間的長短及設(shè)備的操作管理情況等因素。用空氣作為冷卻的冷凝器，在長期使用后，其傳熱表面會被灰塵覆蓋，也可能被銹蝕或沾有油污。所有這些污垢，都會增加傳熱熱阻，使傳熱系數(shù)下降。因此，在制冷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期間，應(yīng)經(jīng)常對冷凝器的各種污垢進(jìn)行清除。3/8/20234.1.2水冷冷凝器

水冷冷凝器是一種用水作為冷卻介質(zhì)的熱交換設(shè)備，制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。冷卻水一般為循環(huán)水，在條件允許時（如水源較豐富的地區(qū)）也可用一次直排水。當(dāng)采用循環(huán)冷卻水時，需要配有冷卻水塔或冷卻水池。使用天然水冷卻時容易使冷凝器結(jié)垢，影響傳熱效果，因此必須經(jīng)常清洗。耗水量不大的小型裝置可以用自來水冷卻。大、中型水冷冷凝器用循環(huán)水冷卻，以減少水耗。目前采用的水冷冷凝器有殼管式、套管式、板式和螺旋板式等多種，多用于制冷裝置需固定安裝的場合。3/8/20231．殼管式冷凝器

殼管式冷凝器又分為立式和臥式二種。立式殼管式冷凝器主要用于大中型氨制冷系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)龐大，耗材多；臥式殼管式冷凝器則在氨系統(tǒng)和氟利昂系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。通常冷卻水在管內(nèi)流動，制冷劑在管間被冷凝。（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(nèi)壁呈膜狀流下，與大氣相通的冷凝器。3/8/20233/8/2023圖4.1立式殼管式冷凝器1.配水箱；2.進(jìn)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(dǎo)流管頭；11.管板；12.換熱管3/8/2023立式殼管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，可以垂直安裝在室外；冷卻水靠重力自上而下一次流過冷凝器，流動阻力小，且可清除鐵銹和污垢，清洗時不必停止制冷系統(tǒng)的運(yùn)行，較為方便。缺點(diǎn)是冷卻水的循環(huán)量大較大。立式殼管式冷凝器適用于水源充足，水質(zhì)較差的地區(qū)。

3/8/2023（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(nèi)多程往返流動的冷凝器。臥式殼管式冷凝器較普遍地應(yīng)用于大、中、小型的氨、氟利昂制冷系統(tǒng)中。3/8/20233/8/2023圖4.2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3/8/2023圖4.3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

3/8/20233/8/2023在換熱管選材方面，氨用臥式殼管式冷凝器內(nèi)換熱管多采用25mm×2.5mm、32mm×3mm或38mm×3mm的無縫鋼管。為了強(qiáng)化傳熱效果，目前國內(nèi)已采用碾軋槽管用于氨用臥式殼管式冷凝器高效換熱管。碾軋槽管可以分成兩類，一是橫向軋槽管，常稱為橫槽管;另一類是螺旋槽管。圖4.4碾軋槽管3/8/2023氟利昂用臥式殼管式冷凝器內(nèi)換熱管則多采用銅管。為強(qiáng)化傳熱，可采用如圖4.5所示的滾軋低肋管或鋸齒形管。圖4.5滾軋低肋管和鋸齒形管的結(jié)構(gòu)

3/8/2023小型氟利昂冷凝器不裝安全閥，而是在筒體下部裝一個易熔塞，當(dāng)冷凝器內(nèi)部或外部溫度達(dá)70℃以上時，易熔塞熔化釋放出制冷劑，可防止發(fā)生筒體爆炸事故。臥式殼管式冷凝器由于水側(cè)可做成多流程，故管內(nèi)水速較高，因而傳熱系數(shù)較大；其冷卻水溫升高，因而冷卻水循環(huán)量少，有可能獲得過冷液體，所以冷卻用水比立式殼管式冷凝器少。且其具有占空間高度小，有利于有限空間的利用，結(jié)構(gòu)緊湊，便于機(jī)組化，運(yùn)行可靠，操作方便等優(yōu)點(diǎn)；但對冷卻水水質(zhì)要求比立式冷凝器高、水溫要低、清洗時要停止工作、卸下端蓋才能進(jìn)行、材料消耗量大、造價較高等缺點(diǎn)。所以臥式殼管式冷凝器多用于水源豐富和水質(zhì)較好的地區(qū)，以及船舶、室內(nèi)、操作地方狹窄等場所。3/8/20232．套管式冷凝器

3/8/2023圖4.6氟利昂用套管式冷凝器

它是由兩種直徑不同的無縫鋼管和銅管所制成，通常其外管為52mm×2mm的無縫鋼管，管內(nèi)套有一根或數(shù)根紫銅管或低肋銅管，它們套在一起并用彎管機(jī)彎制成圓形、U形或螺旋狀。3/8/2023冷卻水在內(nèi)管中自下而上流動，高壓氟利昂制冷劑蒸氣則由上部進(jìn)入外套管內(nèi)，冷凝后的制冷劑液體從下部流出3/8/2023氨用套管式冷凝器

3/8/2023套管式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能夠比較理想地進(jìn)行逆流式換熱，傳熱效果好，其傳熱系數(shù)可達(dá)1200W/（m2·K），此外，它可以套放在壓縮機(jī)的周圍而不占用專門的位置，節(jié)省制冷機(jī)組的占地面積。它的缺點(diǎn)是：單位傳熱面積的金屬消耗量大，清洗水垢比較困難。它常用于制冷量小于40kW的小型氟利昂制冷系統(tǒng)中。3/8/20233．螺旋板式冷凝器

工作原理——兩塊4～5mm厚的鋼板螺旋成筒體，兩種流體逆向螺旋流動進(jìn)行熱交換，流動通道較大。圖4.7氨用螺旋板式冷凝器1.進(jìn)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(jìn)口管；7.出液管；8.隔板

3/8/20233/8/2023氨用螺旋板式冷凝器用板材代替管材，使成本降低，結(jié)構(gòu)緊湊，熱量損失少，冷卻水在狹道中流速較高，污垢不易沉積，單位體積的傳熱面積大，傳熱系數(shù)高。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)工作條件及介質(zhì)流速相同時，新的螺旋板式氨冷凝器的傳熱系數(shù)比殼管式冷凝器高50％左右。使用幾年后還可穩(wěn)定在950～990W/（m2·K）。但制造較復(fù)雜，制冷劑側(cè)的每圈鋼板上承受的壓力較大，鋼板又不宜過厚，承受壓力受到一定限制，用于氨制冷系統(tǒng)不應(yīng)小于2.45MPa。水側(cè)阻力大，壓降較大，使用時為了減少隔板上壓差，應(yīng)先通入冷卻水后再通入氨蒸氣。停用時先斷氨蒸氣再關(guān)閉冷卻水，并將剩水放盡，減少銹蝕。此外，它的內(nèi)部不易清洗和檢修，因此只能用軟水或中等硬度的水。3/8/20234．板式冷凝器

圖4.8板式冷凝器

整個換熱器由多塊不銹鋼波紋金屬板貫疊連接，板片之間焊接密封；板上的四個孔作為冷熱兩種流體的進(jìn)出口；在板四周的焊接線內(nèi)，形成傳熱板兩側(cè)的冷、熱流體通道。3/8/2023板式冷凝器中，制冷劑流道被冷卻水流道包圍，即冷凝器每一側(cè)最外一個流道總是冷卻水流道。在相同的換熱負(fù)荷情況下，板式冷凝器與殼管式冷凝器相比體積小，質(zhì)量輕，所需的制冷劑充灌量也大大節(jié)省。以水為例，在相同負(fù)荷和水速的條件下，板式冷凝器的傳熱系數(shù)可達(dá)2000～4650W/（m2·K），是殼管式冷凝器的2～5倍。板式冷凝器的結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小、傳熱效率高，而且換熱面積可通過改變板片數(shù)目任意調(diào)節(jié)。它的缺點(diǎn)是內(nèi)容積很小，不能儲存液體，制冷系統(tǒng)中必須另設(shè)儲液器，而且由于板片之間的間隙很小，冷卻水側(cè)容易被雜質(zhì)堵塞，所以一般應(yīng)在冷卻水側(cè)加裝過濾器。3/8/20234.1.3風(fēng)冷冷凝器風(fēng)冷冷凝器又稱空氣冷卻式冷凝器，是利用大氣環(huán)境中的空氣作為冷卻介質(zhì)來冷卻冷凝制冷劑蒸氣的換熱器。按空氣在冷凝器盤管外側(cè)流動的驅(qū)動動力來源，可分為自然對流和強(qiáng)制對流兩種型式。自然對流式冷凝器靠空氣自然流動，傳熱效率低，僅適用于制冷量很小的家用冰箱等場合。強(qiáng)制對流式冷凝器一般裝有軸流風(fēng)機(jī)，傳熱效率高，不需水源，應(yīng)用廣泛。3/8/20231．自然對流風(fēng)冷冷凝器

自然對流風(fēng)冷冷凝器主要用于壓縮機(jī)功率小于200W的小型電冰箱中，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為百葉窗式、鋼絲盤管式、內(nèi)藏式3種。（1）百葉窗式冷凝器

把5mm或6mm規(guī)格和銅管或鍍銅鋼管蛇形彎曲，點(diǎn)焊或卡裝在沖有百葉窗孔的薄鋼板上，形成百葉窗式冷凝器。

特點(diǎn)是制作容易，冷凝空氣與制冷劑管道的對流換熱效果一般。

3/8/2023（2）鋼絲盤管式冷凝器

圖4.10鋼絲盤管式冷凝器

盤管常選用復(fù)合鋼管（邦迪管），即焊接鋼管內(nèi)外表面鍍銅。在彎制好的盤管兩側(cè)點(diǎn)焊上1.6mm～2.0mm的鋼絲（有的鍍銅，有的不鍍銅）。這樣就制作成了鋼絲盤管式冷凝器。

特點(diǎn)是空氣對流換熱效果好（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比百葉窗式冷凝器約提高50％）、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、成本低，但對焊接工藝要求較高。

3/8/2023（3）內(nèi)藏式冷凝器內(nèi)藏式冷凝器又稱為平背式冷凝器。它是一種將制冷劑管道彎曲成蛇形管，然后被擠壓或粘合在冰箱背面或兩側(cè)面薄鋼板外殼內(nèi)側(cè)，利用鋼板有較強(qiáng)散熱性能與空氣進(jìn)行對流換熱。圖4.11內(nèi)藏式冷凝器1.管壓板；2.制冷劑管；3.散熱板；4.箱內(nèi)膽；5.保溫層；6.箱體外殼；7.鋁箔膠帶特點(diǎn)是外形美觀、整潔，制作工藝簡單，搬運(yùn)過程不易破壞。但其散熱性能較差，與前兩種相比換熱效果差，由于冷凝器藏在箱體內(nèi)，因而維修不方便，同時箱體內(nèi)保溫層需適當(dāng)加厚，以保證良好的制冷性能。3/8/20232．強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷凝器

強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷凝器一般制成長方形，由幾根蛇形管并聯(lián)成幾排組成，如圖4.12所示。制冷劑蒸氣從上部的分配集管進(jìn)入每根蛇管中，在管內(nèi)凝結(jié)成液體，沿蛇管下流，最后匯于下部的液體集管中，然后從冷凝器排出。此外，在盤管外加肋片，同時配以風(fēng)機(jī)，使空氣在風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制作用下橫向掠過肋片盤管，以加強(qiáng)換熱效果。圖4.12強(qiáng)制對流風(fēng)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(fēng)機(jī)；9.前風(fēng)板3/8/2023強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷凝器3/8/2023由于空氣側(cè)的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)小于管內(nèi)制冷劑冷凝時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，所以需要在空氣側(cè)采用肋管強(qiáng)化空氣側(cè)的傳熱。肋管通常采用銅管鋁片，鋼管鋼片或銅管銅片；換熱銅管有光管和內(nèi)螺紋管兩種。肋片多為連續(xù)整片，肋片根部翻邊后與基管外壁接觸，經(jīng)機(jī)械或液壓脹管后，二者緊密接觸以減少其傳熱熱阻。蛇形肋片管螺紋銅管3/8/2023對于冷凝負(fù)荷較大的風(fēng)冷冷凝器，其外形除像圖4.12單面進(jìn)風(fēng)外，還可以布置成為V形、U形、W形或倒M形。圖4.13為V形布置，空氣從機(jī)組兩側(cè)進(jìn)入冷凝器，由引風(fēng)機(jī)向上排出。在保證很大迎風(fēng)面積的情況下，可使制冷機(jī)組更緊湊。

圖4.13風(fēng)冷冷凝器V形布置（熱泵型機(jī)組）3/8/20233/8/2023風(fēng)冷冷凝器的迎面風(fēng)速控制在2～3m/s的范圍，冷凝溫度與進(jìn)口空氣溫度之間的溫差約為15℃左右，空氣進(jìn)出冷凝器溫差約為8～10℃；當(dāng)迎面速度為2～3m/s時，風(fēng)冷冷凝器的傳熱系數(shù)（以外表面積為準(zhǔn)）約為25～40W/（m2·K）。風(fēng)冷冷凝器最大優(yōu)點(diǎn)是不用冷卻水，因此特別適用于供水困難的地區(qū)。目前，風(fēng)冷冷凝器已廣泛應(yīng)用于中、小型氟利昂空調(diào)機(jī)組中，而且大型冷、熱水機(jī)組也已采用。3/8/20234.1.4水和空氣聯(lián)合冷卻式冷凝器

由水和空氣聯(lián)合冷卻方式的冷凝器包括淋激式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器兩大類。在這兩類冷凝器中，制冷劑在管內(nèi)冷凝，冷卻水噴灑在換熱管外。在淋激式中，制冷劑放出的熱量大部分依靠空氣自然對流帶走，少部分熱量是由水的蒸發(fā)吸熱帶走。在蒸發(fā)式中，制冷劑放出的熱量主要由水的蒸發(fā)吸熱帶走，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸氣由強(qiáng)制流動的空氣帶走，少部分熱量通過管壁傳給管外壁上的水膜，由水膜傳給空氣。

3/8/20231．淋激式冷凝器

淋激式冷凝器是用冷卻水淋灑在大氣中的水平管排上，使管內(nèi)制冷劑凝結(jié)的冷凝器。淋激式冷凝器又稱為淋水式冷凝器。根據(jù)換熱管排列不同分為兩種，一種是用無縫鋼管制成蛇形管組，稱為橫管淋激式冷凝器（一般簡稱為淋激式冷凝器）；另一種用無縫鋼管彎制成螺旋形管組裝而成，稱為螺旋管淋激式冷凝器。3/8/2023圖4.14橫管淋激式冷凝器1.配水箱；2.放空氣閥；3.儲氨器；4.放油閥

3/8/2023淋激式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；便于清洗水垢和檢修；檢修時分組進(jìn)行，可不必停產(chǎn)；對水質(zhì)要求低，用水量比殼管式冷凝器要少，單位面積冷卻水用量約是0.8～1.0m3/（m2·h）。由于部分冷卻水蒸發(fā)，所以需按循環(huán)水量的10％～12％補(bǔ)充新鮮水量。淋激式冷凝器有較高的傳熱系數(shù)[K=698～1046W/（m2·K）]；但易受氣候條件影響，當(dāng)氣溫和濕度較高時，其傳熱系數(shù)會發(fā)生明顯下降，冷卻水需求量增大；并且占地面積、金屬耗用量也較大。因此淋激式冷凝器一般適用于氣溫與濕度都較低、水源一般、水質(zhì)較差的地區(qū)及空氣通暢的場合，一般多裝在屋頂或?qū)ｉT建筑物上。3/8/20232．蒸發(fā)式冷凝器

蒸發(fā)式冷凝器是利用空氣強(qiáng)制循環(huán)和水分的蒸發(fā)將制冷劑凝結(jié)熱帶走的冷凝器。為了強(qiáng)化蒸發(fā)式冷凝器內(nèi)空氣的流動，及時帶走蒸發(fā)的水蒸氣，要安裝通風(fēng)機(jī)吹風(fēng)或吸風(fēng)，根據(jù)通風(fēng)機(jī)在箱體中的安裝位置，蒸發(fā)式冷卻冷凝器可分為吸風(fēng)式、吹風(fēng)式和預(yù)冷式等類型。圖4.15蒸發(fā)式冷凝器

3/8/2023蒸發(fā)式冷凝器

3/8/2023蒸發(fā)式冷凝器

3/8/2023圖4.16一種新型蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)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(jìn)口導(dǎo)風(fēng)板；6.循環(huán)水泵；7.PVC換熱層；8.集水槽；9.內(nèi)裝走道；10.擋水板；11.風(fēng)機(jī)它與傳統(tǒng)的蒸發(fā)式冷凝器相比，冷凝盤管與氣流間呈叉流換熱，使結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，安裝方便。而且，冷凝器分成上下兩個部分，冷凝盤管安裝在上部，下部為高效聚乙烯換熱層，用于進(jìn)一步降低噴淋水溫度，從而降低系統(tǒng)中的冷凝壓力。3/8/2023蒸發(fā)式冷凝器主要是利用冷卻水汽化的潛熱來吸收制冷劑的熱量，所以消耗水量很小，其耗水量僅是水冷式冷凝器的5％～10％?？諝獾牧髁恳膊淮?，通過蛇形盤管間的風(fēng)速一般為3～5m/s。蒸發(fā)式冷凝器每1kW的熱負(fù)荷所需的風(fēng)量為85～160m3/h，冷卻水量為50～80kg/h，補(bǔ)水量約為循環(huán)水量的5％～10％。蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，可安裝在屋頂上，節(jié)省占地面積。蒸發(fā)式冷凝器的缺點(diǎn)是：冷卻水不斷循環(huán)使用，水垢層增長較快，需要使用經(jīng)過軟化處理的水。蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)口空氣濕球溫度對換熱量影響很大。進(jìn)口空氣濕球溫度越低，則空氣相對濕度越小，在同樣的冷凝溫度和風(fēng)量情況下，冷卻水蒸發(fā)量大，冷凝效果好。蒸發(fā)式冷凝器特別適合用于缺水和氣候干燥的地區(qū)。

3/8/20234.1.5冷凝器的選擇和計算

在制冷系統(tǒng)設(shè)計中，遇到的較多問題是根據(jù)需要從現(xiàn)有產(chǎn)品中選出一個換熱設(shè)備。這就需要進(jìn)行必要的選擇和計算。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，以及通過流體動力計算，確定冷卻介質(zhì)的流量和流過冷凝器的阻力損失，進(jìn)而選擇泵或風(fēng)機(jī)的容量及功率。3/8/20231．冷凝器的選擇冷凝器形式的選擇，取決于當(dāng)?shù)氐乃?、水溫、水質(zhì)、水量、氣象條件、制冷劑的種類以及制冷機(jī)房布置要求等因素。對于冷卻水水質(zhì)較差、水溫較高、水量充足的地區(qū)宜采用立式殼管式冷凝器；水質(zhì)較好，水溫較低的地區(qū)宜采用臥式殼管式冷凝器；小型制冷裝置可選用套管式冷凝器；在水源不足的地區(qū)或夏季室外空氣濕度小、溫度較低的地區(qū)可采用蒸發(fā)式冷凝器。在實(shí)際工程中要根據(jù)工藝要求和各種類型冷凝器的特點(diǎn)及適用范圍，綜合比較衡量后來確定較合理的選用方案。表4.3列舉了常用冷凝器的主要特點(diǎn)與適用范圍，以供選型時參考。3/8/20232．冷凝器選擇計算

冷凝器的選擇計算主要是確定冷凝器的傳熱面積，選定適用型號的冷凝器，計算冷卻介質(zhì)（水或空氣）的流量，以及冷卻介質(zhì)通過冷凝器時的流動阻力。（1）冷凝器傳熱面積的確定①冷凝器的熱負(fù)荷k

冷凝器的熱負(fù)荷是指制冷劑蒸氣在冷凝器中單位時間所放出的總熱量。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(jī)械功。k=0+Pi

冷凝器熱負(fù)荷也可按循環(huán)熱力計算確定

k=qm（h2-h3）

3/8/2023對單級壓縮制冷循環(huán)，冷凝器熱負(fù)荷也可按下式近似計算k=0

圖4.17冷凝器負(fù)荷系數(shù)

3/8/2023②冷凝器的傳熱系數(shù)K

其值可按傳熱學(xué)中有關(guān)公式計算，或根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品樣本來確定，也可參考有關(guān)設(shè)計手冊與設(shè)備手冊提供的數(shù)據(jù)確定。表4.4列舉了常用冷凝器的傳熱系數(shù)K與熱流密度qk，以供參考。③平均傳熱溫差tm

制冷劑在冷凝器中，由過熱狀態(tài)的蒸氣冷卻冷凝成液體甚至過冷，因此，制冷劑的溫度并不是定值。但是，為了計算的簡便，一般情況下，可用冷凝溫度表示。這樣，在冷凝器中，制冷劑和冷卻介質(zhì)之間的平均溫差可按下式計算。

平均傳熱溫差也可按表4.4推薦值選取。

3/8/2023④冷凝器的傳熱面積A

由式（4-1）可得冷凝器的傳熱面積計算式為

計算出傳熱面積A后，再按照A去選擇定型的冷凝器。因?yàn)槔淠魇褂靡欢螘r間后，由于污垢的影響，會降低其傳熱性能，所以選擇冷凝器面積應(yīng)有10％～15％的裕量。此外，如果要求液體制冷劑在冷凝器內(nèi)有一定的過冷，選擇臥式殼管式冷凝器時，應(yīng)比計算出的傳熱面積加大5％～10％。3/8/2023（2）冷卻介質(zhì)流量的計算

冷卻介質(zhì)（水或空氣）流量的計算是基于熱量平衡原理，即冷凝器中制冷劑放出的熱量等于冷卻介質(zhì)所帶走的熱量淋激式冷凝器的冷卻水量、補(bǔ)充水量可按表4.4推薦值選取。蒸發(fā)式冷凝器的冷卻水量、通風(fēng)量，除按表4.4推薦值選取外，還可按每1kW冷凝熱負(fù)荷所需循環(huán)水量為0.05～0.07m3/h、所需通風(fēng)量為85～160m3/h選取。3/8/2023（3）冷凝器冷卻水的阻力計算

立式冷凝器和淋激式冷凝器的冷卻水，都是從頂部靠重力沿管壁流下的，故不需進(jìn)行流動阻力計算。強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器所需的風(fēng)機(jī)及水泵，均已由生產(chǎn)廠配置好，故在工程中不需要另行選取。臥式殼管式冷凝器的冷卻水泵需要在工程設(shè)計中進(jìn)行選配，為此，需計算冷卻水的流動阻力，以提供選配水泵的必要數(shù)據(jù)。首先根據(jù)選定的型號，從產(chǎn)品樣本上查出冷凝器在給定流量（或水速）和水流程數(shù)時的水阻力損失。在缺少此數(shù)據(jù)時，可查出冷凝器的換熱管數(shù)目、管道直徑、每根管長度及水流程數(shù)，然后進(jìn)行計算。冷卻水流速可按下式計算3/8/2023冷卻水的總流動阻力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式求得

3/8/20234.2蒸發(fā)器3/8/2023蒸發(fā)器也是制冷系統(tǒng)中的主要熱交換設(shè)備之一。它的作用是依靠節(jié)流后的低溫低壓制冷劑液體在蒸發(fā)器管路內(nèi)的沸騰（習(xí)慣上稱蒸發(fā)），吸收被冷卻介質(zhì)的熱量，達(dá)到制冷降溫的目的。蒸發(fā)器位于節(jié)流閥和制冷壓縮機(jī)回氣總管之間或連接于汽液分離設(shè)備的供液管和回氣管之間，并安裝在需要冷卻、凍結(jié)的冷間或場所。按照被冷卻介質(zhì)的不同，蒸發(fā)器可分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。

3/8/20234.2.1蒸發(fā)器的傳熱方式和影響因素

蒸發(fā)器的傳熱過程與冷凝器相似，但熱流方向相反。由熱力學(xué)分析可知：節(jié)流后并處于蒸發(fā)壓力下的制冷劑以液態(tài)或氣液混合態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，通過蒸發(fā)器的傳熱間壁吸收被冷卻介質(zhì)的熱量，使被冷卻介質(zhì)釋放顯熱而溫度降低，而制冷劑液體則在較穩(wěn)定的低溫和低壓下沸騰汽化成干飽和蒸氣或過熱蒸氣，經(jīng)輸出蒸發(fā)器后被制冷機(jī)吸入。和冷凝器一樣，蒸發(fā)器的傳熱量和傳熱面積、傳熱溫差和傳熱系數(shù)有關(guān)。而設(shè)法提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)對提高其傳熱效果具有實(shí)際意義。3/8/2023蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱效果也象冷凝器一樣，受到制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)、傳熱表面污垢物的熱阻及被冷卻介質(zhì)側(cè)的傳熱系數(shù)等因素的影響。其中后兩種因素的影響基本上與冷凝器的情況相同，但制冷劑側(cè)液體沸騰傳熱系數(shù)與氣體凝結(jié)時的傳熱系數(shù)，卻有著本質(zhì)上的差別。制冷裝置中蒸發(fā)器內(nèi)的溫差不大，因此制冷劑液體的沸騰總處于泡狀沸騰。沸騰時，在傳熱表面產(chǎn)生許多氣泡。這些氣泡逐漸變大、脫離表面并在液體中上升。它們上升后，在該處又連續(xù)地產(chǎn)生一個個的氣泡。沸騰傳熱系數(shù)與氣泡的大小、氣泡上升的速度等因素有關(guān)。下面分析影響制冷劑液體沸騰換熱的主要因素。3/8/20231．制冷劑液體的物理性質(zhì)制冷劑液體的熱導(dǎo)率、密度、黏度和表面張力等有關(guān)物理性質(zhì)，對沸騰傳熱系數(shù)有著直接的影響。熱導(dǎo)率較大的制冷劑，在傳熱方向的熱阻就小，其沸騰傳熱系數(shù)就較大。蒸發(fā)器在正常工作條件下，蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑與傳熱壁面的溫差，一般僅有2～5℃，其對流換熱的強(qiáng)烈程度，取決于制冷劑液體在汽化過程中的對流運(yùn)動程度。沸騰過程中，氣泡在液體內(nèi)部的運(yùn)動，使液體受到擾動，這就增加了液體各部分與傳熱壁面接觸的可能性，使液體從傳熱壁面吸收熱量更為容易，沸騰過程更為迅速。密度和黏度較小的制冷劑液體，受到這種擾動就較強(qiáng)，其對流傳熱系數(shù)就較大。密度大和黏度大的制冷劑液體，受到的這種擾動就較弱，對流傳熱系數(shù)也就較小。

3/8/2023制冷劑液體的密度及表面張力越大，汽化過程中氣泡的直徑就較大，氣泡從生成到離開傳熱壁面的時間就越長，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的氣泡就少，傳熱系數(shù)也就小。氟利昂與氨的物理性質(zhì)有著顯著的差別，一般來說，氟利昂的熱導(dǎo)率比氨的小，密度、黏度和表面張力都比氨的大。3/8/20232．制冷劑液體的潤濕能力如果制冷劑液體對傳熱表面的潤濕能力強(qiáng)，則沸騰過程中生成的氣泡具有細(xì)小的根部，能夠迅速地從傳熱表面脫離，傳熱系數(shù)也就較大。相反，若制冷劑液體不能很好地潤濕傳熱面時，則形成的氣泡根部很大，減少了汽化核心的數(shù)目，甚至沿傳熱表面形成氣膜，使熱阻增大，傳熱系數(shù)顯著降低。常用的一些制冷劑液體均具有良好的潤濕性能，因此具有良好的傳熱效能，但氨的潤濕能力比氟利昂的強(qiáng)得多。3/8/2023制冷劑的沸騰溫度越高，飽和溫度下的液體與蒸氣的密度差就越小，沸騰時產(chǎn)生的氣泡直徑也就越小，則氣泡從生成到離開壁面的時間變短，沸騰就更強(qiáng)烈，傳熱系數(shù)就更大。3．制冷劑的沸騰溫度

3/8/2023此外，制冷劑的沸騰傳熱系數(shù)還與蒸發(fā)器的構(gòu)造如管徑、管長以及管子的排列方式等有關(guān)；也與制冷劑流動的流速和流向以及制冷劑中有無潤滑油有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明：就制冷劑沸騰傳熱系數(shù)而言，翅片管的大于光管的；管束上的大于單管上的；制冷劑流動自下而上時的大于自上而下時的。3/8/20234.2.2冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器

冷卻液體的蒸發(fā)器用于直接冷卻液體，冷卻的載冷劑液體有水、鹽水和其他液體，再由低溫載冷劑去冷卻制冷空間的空氣和物體。載冷劑液體用泵作強(qiáng)制循環(huán)。在冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器中，有殼管式蒸發(fā)器、沉浸式蒸發(fā)器（包括立管式、螺旋管式、蛇管式）、板式蒸發(fā)器、螺旋板式蒸發(fā)器等。

3/8/20231．臥式殼管式蒸發(fā)器

（1）滿液式殼管蒸發(fā)器圖4.18滿液式殼管蒸發(fā)器1.安全閥接頭；2.壓力表接頭；3.制冷劑蒸氣出口；4.浮球閥接頭；5.放空氣旋塞接頭；6.液位管；7.載冷劑接口；8.泄水旋塞接頭；9.放油管接頭；10.換熱管3/8/2023滿液式殼管蒸發(fā)器工作時，殼體內(nèi)應(yīng)充裝相當(dāng)數(shù)量的液體制冷劑，一般其靜液面的高度為殼體直徑的70％～80％，所以也稱滿液式蒸發(fā)器，此時會有1～3排管子露在液面以上。沸騰過程中，這些管子會被帶上來的液體潤濕，因而也能起傳熱作用。如果液成保持較低，則蒸發(fā)器管不能充分發(fā)揮其傳熱作用；反之如果液面保持過高，則有將液體帶入壓縮機(jī)的危險。

3/8/2023氨蒸發(fā)器的底部焊有集油器，可定期放出沉集其中的潤滑油。這種形式的蒸發(fā)器具有傳熱性能好，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但是，當(dāng)采用水為載冷劑時，如操作不當(dāng)，則易發(fā)生凍結(jié)事故。在氟利昂制冷系統(tǒng)中也可以采用這種蒸發(fā)器。為了提高制冷劑的沸騰傳熱系數(shù)，換熱管大多采用低肋銅管。但是，由于充液量大，并且蒸發(fā)器內(nèi)的潤滑油返回壓縮機(jī)困難，因此，在氟利昂制冷系統(tǒng)中建議采用干式殼管蒸發(fā)器。3/8/2023（2）干式殼管蒸發(fā)器干式殼管蒸發(fā)器的外形和結(jié)構(gòu)，與滿液式殼管蒸發(fā)器基本相同。主要不同點(diǎn)在于：干式殼管蒸發(fā)器中制冷劑在換熱管內(nèi)汽化吸熱，制冷劑液體的充灌量很少，大約為管組內(nèi)容積的35％～40％，而且制冷劑在汽化過程中，不存在自由液面，所以稱為“干式蒸發(fā)器”。在干式蒸發(fā)器中，液體載冷劑在管外流動，為了提高載冷劑的流速，在筒體內(nèi)橫跨管束裝有多塊折流扳。3/8/2023氟利昂直管式干式殼管蒸發(fā)器

3/8/2023氟利昂直管式干式殼管蒸發(fā)器的換熱管一般用銅管制造，可以用光管，也可以用內(nèi)肋管。由于載冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較高，所以管外不設(shè)肋片。內(nèi)肋銅管的傳熱系數(shù)較大，流程數(shù)可減少。但光管比內(nèi)肋管加工制造容易，價格便宜，特別是近年來多采用小管徑（例如12mm×1mm）光管密排的方法，使光管的傳熱系數(shù)接近于內(nèi)肋管的傳熱系數(shù)。根據(jù)國外資料介紹，當(dāng)采用一般的銅光管時，傳熱系數(shù)K為523～580W/（m2·K）；如果采用小口徑光管密排時，其傳熱系數(shù)K可達(dá)1000～1160W/（m2·K）。3/8/2023氟利昂U形管式干式殼管蒸發(fā)器

3/8/20233/8/2023干式殼管式蒸發(fā)器不僅克服了臥式殼管式蒸發(fā)器的一些缺點(diǎn)，而且由于制冷劑在管內(nèi)汽化，管外被水或鹽水包圍，冷量損失較??；管外空間的充水量較大，有一定的熱穩(wěn)定性，而且不會發(fā)生管子結(jié)凍而脹裂的現(xiàn)象。但是干式殼管式蒸發(fā)器的裝配工藝較復(fù)雜；管外（水垢）清洗比較困難。而且折流板與殼體及管子之間存在間隙，影響載冷劑的正常流動及傳熱效果。為了在氨制冷系統(tǒng)中減少氨的充灌量，近年來國外研制了氨干式蒸發(fā)器，使充氨量只有原來使用滿液式蒸發(fā)器時的5％～10％。換熱管采用鋼與銅雙金屬管。其接觸氨一側(cè)用鋼管，外包銅管，既耐氨腐蝕又耐水腐蝕。在氨制冷系統(tǒng)中，采用了與氨互溶的聚二醇（PAG）作為冷凍機(jī)油，在活塞式氨壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中運(yùn)行2000h，傳熱及回油情況良好。3/8/20232．沉浸式蒸發(fā)器

沉浸式蒸發(fā)器又稱為水箱式蒸發(fā)器，其特點(diǎn)是蒸發(fā)器的管組沉浸在水或鹽水中，制冷劑在管內(nèi)吸熱汽化，水或鹽水在攪拌器作用下，在水箱內(nèi)流動，以增強(qiáng)換熱。根據(jù)水箱中蒸發(fā)器管組的形式不同，沉浸式蒸發(fā)器又分為直立管式、螺旋管式及蛇管式等幾種。3/8/2023（1）直立管式蒸發(fā)器

圖4.20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(yuǎn)距離液面指示器接口；11.集氣管；13.放水口；14.隔板

直立管式蒸發(fā)器主要用于氨制冷裝置

3/8/2023直立管式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn):傳熱性能好，由于充水量大，凍結(jié)的危險小。缺點(diǎn):體積龐大，金屬消耗量大，由于水或鹽水直接暴露在空氣中，所以對金屬的腐蝕比較嚴(yán)重。

3/8/2023（2）螺旋管式蒸發(fā)器圖4.21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

3/8/2023螺旋管式蒸發(fā)器3/8/2023螺旋管式蒸發(fā)器除了具有直立管式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)外，其傳熱性能更好，結(jié)構(gòu)緊湊，在相同的傳熱面積下，比直立管式蒸發(fā)器的體積小25％～40％，可節(jié)省金屬材料15％，有逐漸代替立管式蒸發(fā)器的趨勢。3/8/2023（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蒸發(fā)器。圖4.22氟利昂蛇管式蒸發(fā)器

3/8/20233．板式蒸發(fā)器

板式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與板式冷凝器相同，只是它們在制冷系統(tǒng)中的作用不同，所以使用的溫度及壓力范圍也有所不同。在熱泵冷熱水機(jī)組中，制冷循環(huán)中作為冷凝器的板式換熱器，在熱泵循環(huán)時就作為蒸發(fā)器使用；而作為蒸發(fā)器使用的板式換熱器，在熱泵循環(huán)時就作為冷凝器使用了。在制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)兩種情況下，制冷劑的流動方向相反，而水流方向不變。由于冷凝器的負(fù)荷大于蒸發(fā)器負(fù)荷，所以設(shè)計時應(yīng)考慮當(dāng)板式換熱器作為冷凝器使用時為逆流換熱，而作為蒸發(fā)器工作時為順流換熱。3/8/2023板式蒸發(fā)器必須豎直安裝，并使制冷劑下進(jìn)上出，以保證制冷劑均勻分配。板式蒸發(fā)器的冷水管可以是下進(jìn)上出，也可以安排上進(jìn)下出，但上進(jìn)下出時必須有泄水旋塞。泄水旋塞可以裝在蒸發(fā)器的后面，也可以直接裝在管路上。為了確保板片式蒸發(fā)器總是充滿水，在冷水出口處應(yīng)有一個向上的U形彎。圖4.23板式蒸發(fā)器制冷劑和冷水進(jìn)出口管示意圖

3/8/2023近年來開始使用的板翅式換熱器就是在板式換熱器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。板翅式換熱器是在不銹鋼平板之間緊密地夾嵌波紋狀金屬導(dǎo)熱翅片，并在四周加上側(cè)封條組成單元體，對各個單元體進(jìn)行不同的迭積和適當(dāng)?shù)呐帕?，再進(jìn)行整體釬焊。上、下兩塊平金屬板稱為平隔板。圖4.24板翅式換熱器的單元體1.平隔板；2.側(cè)條；3.翅片；4.流體

翅片是板翅式換熱器最基本的元件，翅片傳熱面積大約為換熱器總傳熱面積的67％～88％。3/8/20234.2.3冷卻空氣的蒸發(fā)器

冷卻空氣的蒸發(fā)器均為制冷劑在管內(nèi)直接蒸發(fā)來冷卻管外的空氣，故又稱為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器，按照空氣的運(yùn)動狀態(tài)分自然對流和強(qiáng)制對流兩種形式。1．自然對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器

自然對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器主要應(yīng)用于電冰箱、冷柜、冷藏庫等中小型制冷設(shè)備中。根據(jù)蒸發(fā)器傳熱面的結(jié)構(gòu)形式不同，主要有鋁復(fù)合板式、管板式、單脊翅片管式、層架盤管式以及冷卻排管等種類。3/8/2023（1）鋁復(fù)合板式蒸發(fā)器鋁復(fù)合板式蒸發(fā)器由鋁—鋅—鋁或鋁—鋁金屬板冷軋復(fù)合而成。在兩薄板間吹脹形成管道并彎曲成特定的形狀，在進(jìn)、出口處裝上銅接頭就形成了有管道的復(fù)合板式蒸發(fā)器。其特點(diǎn)是傳熱性能好、容易制作、成本低。目前在國內(nèi)外家用電冰箱中使用較普遍。圖4.25鋁復(fù)合板式蒸發(fā)器

3/8/2023（2）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(jié)構(gòu)有兩種。

圖4.26管板式蒸發(fā)器

3/8/2023（3）單脊翅片管式蒸發(fā)器圖4.27單脊翅片管式蒸發(fā)器

它是在鋁制盤管上連接上一條鋁制帶狀翅片，然后再彎曲成形，翅片高15～20mm。它的特點(diǎn)是加工方便，換熱效果較好，主要用作雙門直冷式電冰箱的冷藏室蒸發(fā)器。

3/8/2023（4）層架盤管式蒸發(fā)器目前較流行的冷凍室下置內(nèi)抽屜直冷式電冰箱，普遍采用層架盤管式蒸發(fā)器。圖4.28層架盤管式蒸發(fā)器

盤管既是蒸發(fā)器，又是抽屜擱架，這種蒸發(fā)器制造工藝簡單，位于檢修，成本較低（可用鋁管或邦迪管），而且有利于溫度的均勻分布，冷卻速度快。

3/8/2023（5）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(nèi)流動并汽化而吸收箱（或庫）內(nèi)儲存的物體的熱量，并達(dá)到冷藏溫度。排管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)簡單，但形式多樣。按排管在室內(nèi)安裝的方式，可分為墻排管及頂排管兩類。墻排管是靠墻安裝，頂排管則是吊裝在頂棚的下面。此外在冷庫的凍結(jié)間中，有時還使用一種擱架式排管。它被放置在庫房的中央，并作為放置被冷凍食品的擱架。3/8/2023圖4.29排管式蒸發(fā)器

排管式蒸發(fā)器具有存液量少，其充液量約為排管內(nèi)容積的40％左右，操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。但存在管內(nèi)制冷劑流動阻力大，蒸發(fā)后的蒸氣不易排出。同時由于管外空氣為自由運(yùn)動，傳熱系數(shù)較低，一般在6.3～8.1W/（m2·K）)范圍。

3/8/20232．強(qiáng)制對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器

強(qiáng)制對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器是依靠風(fēng)機(jī)驅(qū)動空氣強(qiáng)制通過蒸發(fā)器盤管的表面，在與管內(nèi)流動的制冷劑交換熱量過程中，制冷劑沸騰汽化，空氣得到冷卻。強(qiáng)制對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器主要有空調(diào)用翅片式蒸發(fā)器和冷凍冷藏用冷風(fēng)機(jī)（空氣冷卻器）。

（1）翅片式蒸發(fā)器

1.分配器；2.換熱管；3.翅片；4.擋板；5.風(fēng)機(jī)；6.集氣管

3/8/20233/8/2023（2）冷風(fēng)機(jī)冷風(fēng)機(jī)用于空氣強(qiáng)制循環(huán)式冷卻的庫房，又稱為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。按冷卻空氣所用的方式，可分為干式、濕式和干濕混合式等三種。下面介紹廣泛使用的干式冷風(fēng)機(jī)。干式冷風(fēng)機(jī)主要由空氣冷卻換熱管組、風(fēng)機(jī)和除霜裝置組成，它依靠風(fēng)機(jī)的作用，強(qiáng)迫空氣流過箱體內(nèi)的換熱管組進(jìn)行熱交換，達(dá)到降低庫溫或室溫的目的。氨用冷風(fēng)機(jī)的換熱管一般是繞片式，也用套片式。氟利昂冷風(fēng)機(jī)一般是套片式。冷風(fēng)機(jī)有落地式和吊頂式兩種。3/8/2023①落地式冷風(fēng)機(jī)

圖4.31落地式冷風(fēng)機(jī)1.風(fēng)機(jī)；2.換熱盤管；3.接水盤

3/8/2023②吊頂式冷風(fēng)機(jī)

吊頂式冷風(fēng)機(jī)的換熱管組和落地式冷風(fēng)機(jī)基本相同，管組上部有融霜淋水管，下部設(shè)置接水盤，進(jìn)風(fēng)口裝有軸流風(fēng)機(jī)，出風(fēng)口和出風(fēng)管連接，以保證冷風(fēng)合理分布。整個冷風(fēng)機(jī)吊裝在冷間的平頂下，送風(fēng)形式有單向送風(fēng)（見圖4.32）和雙向送風(fēng)（見圖4.33）。

3/8/2023圖4.32單側(cè)送風(fēng)吊頂式冷風(fēng)機(jī)1.排水管；2.接水盤；3.沖霜水進(jìn)水管；4.風(fēng)機(jī)；5.進(jìn)風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板；6.換熱盤管；7.回氣管；8.出風(fēng)口；9.供液管

3/8/2023圖4.33雙側(cè)送風(fēng)吊頂式冷風(fēng)機(jī)1.沖霜水進(jìn)水管；2.換熱盤管；3.回氣管；4.出風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板；5.供液管；6.接水盤；7.排水管；8.風(fēng)機(jī)；9.進(jìn)風(fēng)口3/8/2023吊頂式冷風(fēng)機(jī)也有氨用與氟用兩大類。吊頂式冷風(fēng)機(jī)采用氨制冷劑時，通常采用25mm2.5mm無縫鋼管，管外繞片或套片。制成的后翅片管要鍍鋅，以提高抗銹蝕能力。采用氟利昂為制冷劑的冷風(fēng)機(jī)，管組多用16mm紫銅管，管外套銅或鋁翅片。吊頂式冷風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，不占庫房使用面積，不足之處是當(dāng)融霜水處理不當(dāng)時，會濺滴到室內(nèi)食品或地坪上；當(dāng)氣流組織不好時，會形成室內(nèi)溫度不均勻及死角。它多用于小型凍結(jié)間、冷卻間、中低溫穿堂及冷藏車、船上。3/8/20234.2.4蒸發(fā)器的選擇和計算蒸發(fā)器的選擇計算主要是根據(jù)計算制冷量和生產(chǎn)工藝的要求，確定蒸發(fā)器的傳熱面積，選擇合適形式的蒸發(fā)器及計算載冷劑的循環(huán)量。1．蒸發(fā)器的選擇

蒸發(fā)器形式的選擇，主要是從生產(chǎn)工藝和供冷方式來考慮。在選用時，除了需考慮蒸發(fā)器的類型、傳熱面積外，還需考慮載冷劑的循環(huán)量、流動阻力以及相配套的攪拌器等流動輸送設(shè)備。一般可按下列原則而定。

3/8/2023（1）對于自帶冷源的空氣調(diào)節(jié)機(jī)組，應(yīng)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(diào)冷水系統(tǒng)，可采用沉浸式蒸發(fā)器蒸發(fā)器。在大型的乳制品廠用鹽水作載冷劑時，也采用沉浸式蒸發(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(diào)冷水系統(tǒng)，應(yīng)采用臥式殼管式蒸發(fā)器。（4）冷庫中的冷卻間、凍結(jié)間和冷卻物冷藏間宜采用干式冷風(fēng)機(jī)；凍結(jié)物冷藏間宜采用墻排管、頂排管，當(dāng)食品有良好包裝時，可選用微風(fēng)速干式冷風(fēng)機(jī)。（5）冷藏船上的冷藏貨艙宜用光滑頂排管，若設(shè)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。3/8/20232．蒸發(fā)器選擇計算

（1）蒸發(fā)器傳熱面積的確定①制冷量0

制冷量0即蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，一般是給定的，也可根據(jù)生產(chǎn)工藝或空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行計算，或根據(jù)制冷壓縮機(jī)的制冷量來確定，同時應(yīng)考慮到冷損耗和裕度等。②蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K和熱流密度qf

蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K可按傳熱學(xué)公式進(jìn)行計算，或根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品樣本來確定，也可參考有關(guān)設(shè)計手冊與設(shè)備手冊提供的數(shù)據(jù)確定。作為初步估算也可采用經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的推薦數(shù)值。表4.6列舉了常用蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K與熱流密度qf，以供選用時參考。3/8/2023③平均傳熱溫差tm

平均傳熱溫差也可按表4.6推薦值選取。

④傳熱面積A（m2）

3/8/2023（2）蒸發(fā)器中載冷劑流量對于液體載冷劑流量為

對于空氣載冷劑流量為

3/8/20234.3蒸發(fā)器冷凝器組和冷凝蒸發(fā)器

3/8/20234.3.1蒸發(fā)器—冷凝器組

蒸發(fā)器—冷凝器組是離心式冷水機(jī)組的重要換熱設(shè)備，它將原分開設(shè)置的冷凝器和蒸發(fā)器合并在一個圓筒形的密閉容器內(nèi)，來同時完成制冷循環(huán)中的冷凝，節(jié)流和蒸發(fā)過程。3/8/2023單筒式蒸發(fā)器—冷凝器是將蒸發(fā)器和冷凝器裝在一個簡體內(nèi)，中間用直板或圓弧形隔熱板分開。圖4.34R123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(jī)排氣導(dǎo)管

3/8/20233/8/20234.3.2冷凝蒸發(fā)器

冷凝蒸發(fā)器是用于復(fù)疊式制冷裝置。其作用是用高溫級制冷劑制取的冷量來使低溫級壓縮機(jī)排出的制冷劑蒸氣凝結(jié)。它既是高溫級循環(huán)的蒸發(fā)器，又是低溫級循環(huán)的冷凝器。其結(jié)構(gòu)形式主要有立式殼管式、立式盤管式和套管式等。3/8/20231．立式殼管式冷凝蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)與一般的殼管式冷凝器相似。工作時，高溫級的制冷劑在管程內(nèi)汽化吸熱；低溫級的制冷劑在殼程內(nèi)冷卻冷凝放熱。這種冷凝蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)簡單，但高溫制冷劑充灌量較大，制冷劑液體的靜液壓對蒸發(fā)溫度的影響也較大。圖4.35立式殼管式冷凝蒸發(fā)器1.高溫級制冷劑進(jìn)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(jìn)口管

3/8/2023這種冷凝蒸發(fā)器是將一組多頭盤管裝在一個圓筒形殼體中構(gòu)成的。高溫級制冷劑液體從殼體側(cè)部上端，經(jīng)分配器進(jìn)入盤管內(nèi)，在管程內(nèi)汽化后從殼體側(cè)部下端引出；低溫級制冷劑蒸氣由上部進(jìn)入殼體，在盤管外冷凝，液體由下部引出。

2．立式盤管式冷凝蒸發(fā)器

圖4.36立式盤管式冷凝蒸發(fā)器1.高溫級制冷劑進(jìn)口管；2.低溫級制冷劑進(jìn)口管；3.高溫級制冷劑出口管；4.低溫級制冷劑出口管

3/8/20233．套管式冷凝蒸發(fā)器

結(jié)構(gòu)與套管式冷凝器相似。高溫級制冷劑在管間汽化吸熱，低溫級制冷劑在小管內(nèi)冷卻冷凝。這種冷凝蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)很簡單，但橫向尺寸較大，一般適宜于小型低溫設(shè)備。3/8/20234.4其他熱交換設(shè)備

3/8/2023在制冷系統(tǒng)的熱交換設(shè)備中，除了冷凝器和蒸發(fā)器之外，為了提高制冷裝置工作時的效率和經(jīng)濟(jì)性，以及保證制冷裝置運(yùn)行