兩器自綜課件

第四章制冷熱交換器在蒸氣壓縮式制冷裝置中壓縮機(jī)作為主機(jī)一類是主要設(shè)備：冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)等，這些是完成制冷循環(huán)必不可少的設(shè)備；另一類是輔助設(shè)備：各種貯存、分離和安全保護(hù)等設(shè)備，這些設(shè)備的作用是改善制冷系統(tǒng)的工作條件，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(zhì)（水或空氣）帶走。二、冷凝器的結(jié)構(gòu)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4—2分水器結(jié)構(gòu)

圖4—1立式殼管式冷凝器返回臥式殼管式冷凝器[ClosedShellandTubeCondenser]一、冷凝器1.船用冷凝器的構(gòu)造[Structure]圖4—6氨用套管式冷凝器

d)圖4—7氟用套管式冷凝器a）頂視圖b）側(cè)視圖c）管斷面圖

圖4—8橫管淋水式冷凝器返回圖4—9吸風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器1—風(fēng)機(jī)及電機(jī)2—擋水板3—喯淋管4—冷卻管組5—箱體6—進(jìn)風(fēng)格柵7—水箱8—水泵圖4—10鼓風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器空氣冷卻式冷凝器自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器

強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器

圖4—12強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器三、冷凝器的選擇和計(jì)算冷凝器選擇計(jì)算的目的：是通過熱力計(jì)算和傳熱計(jì)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(dòng)力計(jì)算，確定冷卻介質(zhì)的流量和流過冷凝器的阻力損失，從而選擇泵或風(fēng)機(jī)的容量及功率。冷凝器傳熱面積的確定：1）冷凝器熱負(fù)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(jī)械功所轉(zhuǎn)換的熱量?？捎孟率奖硎荆菏街校篞k——冷凝器在計(jì)算工況下的熱負(fù)荷（kW）；

Qo——壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的制冷量（kW）；Pi——壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的消耗功率（kW）。（4—1）冷凝器熱負(fù)荷也可按制冷循環(huán)的熱力計(jì)算確定，即（4—2）式中：G——制冷劑的質(zhì)量流量（kg／s）；h2——制冷劑進(jìn)入冷凝器的比焓（kJ／kg）；h3——制冷劑出冷凝器的比焓（kJ／kg）。圖4—13冷凝器負(fù)荷系數(shù)a）氨系統(tǒng)b）鹵代烴系統(tǒng)對(duì)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)，冷凝器熱負(fù)荷Qk也可按下式近似計(jì)算：（4—3）式中：ψ——冷凝器負(fù)荷系數(shù)，其值與制冷劑種類及運(yùn)行工況有關(guān)，具體數(shù)值可由圖4—2查得。2）冷凝器傳熱系數(shù)K（kW/m2·℃）。各類冷凝器的傳熱系數(shù)和熱流密度qf（kW/m2）的推薦值見表4—2。3）傳熱溫差Δtm?？砂聪率接?jì)算：℃（4—4）

式中：t1——冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度，℃；t2——冷卻介質(zhì)出口溫度，℃；tk——冷凝溫度，℃。傳熱溫差也可按表4—2推薦值選取。2.影響冷卻介質(zhì)側(cè)放熱的因素

冷卻介質(zhì)的性質(zhì)

冷卻水或空氣的流速影響

冷卻介質(zhì)的潔凈程度

五、清除和預(yù)防冷凝器結(jié)水垢的方法1．機(jī)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(tǒng)中的另一種換熱器。對(duì)制冷系統(tǒng)而言，它是從系統(tǒng)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(zhuǎn)變?yōu)檎魵獠⑽毡焕鋮s物體或介質(zhì)的熱量，達(dá)到制冷目的。因此蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中制取冷量和輸出冷量的設(shè)備。

冰箱蒸發(fā)器一、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(zhì)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

滿液式臥式殼管式工作流程制冷劑走殼管間→供液入殼底，液面高0.7~0.8D，液面有沸騰泡沫載冷劑走管束內(nèi)→同側(cè)水平進(jìn)出圖4—16氨臥式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)返回水箱型（沉浸式）蒸發(fā)器

直管式蒸發(fā)器

螺旋管式蒸發(fā)器蛇管（盤管）式蒸發(fā)器

圖4—19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(dòng)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—?dú)庖悍蛛x器返回圖4—20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

干式蒸發(fā)器圖4—22冷卻強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器干式殼管蒸發(fā)器[ClosedShell-tubeDryExpansionEvaporator]圖4—18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(jìn)口管4—右端蓋5—制冷劑蒸氣出口管6—載冷劑進(jìn)口管7—傳熱管8—折流管9—載冷劑出口管10—左端蓋冷風(fēng)機(jī)由空氣冷卻器和通風(fēng)機(jī)組成，它是強(qiáng)迫對(duì)流式的蒸發(fā)器。其傳熱系數(shù)比普通盤管大4—6倍，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，冷庫降溫速度快，庫內(nèi)溫度分布均勻，并可采用電熱融霜，融霜簡(jiǎn)便并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以使用日趨普遍。高溫伙食庫和冷藏艙、冷藏集裝箱等普遍采用。

冷風(fēng)機(jī)有使食品干耗大、蓄冷能力小，結(jié)霜嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞冷風(fēng)氣流等缺點(diǎn)，而且風(fēng)機(jī)還會(huì)增加熱負(fù)荷(在保溫期間約占熱負(fù)荷的20%～30%)。冷風(fēng)機(jī)的空氣冷卻器各蛇形管均采用并聯(lián)形式，以保證制冷劑進(jìn)人空氣冷卻器的壓降所對(duì)應(yīng)的飽和溫度差不超過4～5℃。冷風(fēng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大，降溫快，可(自控)電熱融霜。缺點(diǎn)：干耗大，蓄冷能力小，結(jié)霜堵塞，風(fēng)機(jī)發(fā)熱。冷風(fēng)機(jī)[FannedAirCooler]：用于各種冷庫冷劑平均蒸發(fā)溫度被冷卻介質(zhì)平均溫度傳熱系數(shù)傳熱面積傳熱溫差冷風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)盤管冷卻液體的蒸發(fā)器5~10oC氨：5oC氟利昂:6~10oC2.蒸發(fā)器的性質(zhì)蒸發(fā)器的制冷量:單位時(shí)間的吸熱量。蒸發(fā)器工作時(shí)的制冷量大致與傳熱溫差成正比。設(shè)計(jì)時(shí)增大傳熱溫差，即可在制冷量一定的情況下縮小蒸發(fā)器的尺寸，但這需降低蒸發(fā)溫度，會(huì)導(dǎo)致制冷裝置的制冷系數(shù)下降。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)總是將蒸發(fā)器的傳熱溫差選在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。一般冷風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)盤管取5～10℃，冷卻液體的蒸發(fā)器則氨取5℃，氟利昂取6～10℃。運(yùn)行中的蒸發(fā)器導(dǎo)致其性能降低的原因：1.冷劑供液不足：(這時(shí)過熱段延長(zhǎng)，過熱段傳熱系數(shù)要小得多，可視為A下降)、結(jié)霜嚴(yán)重或風(fēng)速降低(相當(dāng)于K降低)等，這時(shí)蒸發(fā)器性能曲線由Z1變?yōu)閆2，工況點(diǎn)由1變?yōu)?，則相應(yīng)的蒸發(fā)溫度t02(蒸發(fā)壓力p02)變低，制冷量Q02變小。2.設(shè)計(jì)時(shí)蒸發(fā)器面積太小或單機(jī)多庫中部分庫停用：也會(huì)有同樣影響。3.使用中壓縮機(jī)性能下降(包括選得太小或減缸運(yùn)行等)：其性能曲線由C變?yōu)镃’，則工況點(diǎn)1移至1’，則裝置蒸發(fā)溫度(蒸發(fā)壓力)提高，但制冷量也會(huì)下降。正常工作時(shí)隨庫溫由tr降為t’r蒸發(fā)器性能曲線和工況點(diǎn)左移，則蒸發(fā)溫度(蒸發(fā)壓力)和制冷量也會(huì)降低Q0t0(p0)tr1Z1(蒸發(fā)器)C(壓縮機(jī))制冷劑供液不足AK結(jié)霜嚴(yán)重風(fēng)速下降蒸發(fā)面積太小單機(jī)多庫部分庫停用壓縮機(jī)性能(減缸)下降t02C’1’庫溫降低trtr1制冷量Q0z三、蒸發(fā)器的選擇和計(jì)算1．蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器型式的選擇，主要是從生產(chǎn)工藝和供冷方式來考慮。對(duì)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；對(duì)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)，可采用水箱型（沉浸式）蒸發(fā)器，對(duì)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。蒸發(fā)器型式的選擇，可參照表4—6及本節(jié)介紹的蒸發(fā)器型式。

2．蒸發(fā)器選擇計(jì)算蒸發(fā)器的選擇計(jì)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(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(jì)算，或根據(jù)制冷壓縮機(jī)的制冷量來確定，同時(shí)應(yīng)考慮到冷損耗和裕度等。2）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K（kW/m2·℃）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(jì)算，或按蒸發(fā)器生產(chǎn)廠提供的資料進(jìn)行選取，作為初步估算也可采用經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的推薦數(shù)值。各種蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K和熱流密度qf（kW/m2）的推薦值見表4—7。3）傳熱溫差Δtm?？砂聪率接?jì)算：℃（4—11）式中：t1——載冷劑進(jìn)口溫度，℃；t2——載冷劑出口溫度，℃；to——蒸發(fā)溫度，℃。

Δtm或按表4—7選取。

4）傳熱面積A（m2）?？砂聪率接?jì)算：m2（4—12）

式中：qf——熱流密度，kW／m2，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可按表4—7所列推薦值選取。四、蒸發(fā)器的熱力分析

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(nèi)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(yīng)用板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)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(yùn)輸和安裝；②板式換熱器的當(dāng)量直徑小。；③制冷劑充注量小，大約只需殼管式換熱器的20％～40％；④換熱面積可通過改變板片數(shù)目任意調(diào)節(jié)；⑤適應(yīng)性強(qiáng)，可作冷凝器、蒸發(fā)器或冷卻器使用；⑥可靠性高；⑦工藝過程簡(jiǎn)單，適合于批量生產(chǎn)。板式換熱器也有一定缺點(diǎn)：①板片制造要求高，造價(jià)較高；②板片之間間隙較小，冷卻水中如有雜質(zhì)存在易堵塞，因此對(duì)水質(zhì)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(jí)或多級(jí)壓縮系統(tǒng)中，設(shè)置中間冷卻器，用來冷卻低壓級(jí)壓縮機(jī)的排氣，還對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑液體進(jìn)行過冷，以提高低壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷量和減少節(jié)流損失，同時(shí)對(duì)低壓級(jí)壓縮機(jī)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4—25氨中間冷卻器

圖4—26氟中間冷卻器二、回?zé)崞骰責(zé)崾綋Q熱器，可簡(jiǎn)稱為回?zé)崞?，用于鹵代烴制冷循環(huán)系統(tǒng)。通過回?zé)崾綋Q熱器間壁，造成高壓制冷劑液體與低壓制冷劑氣體的換熱，實(shí)現(xiàn)液體制冷劑過冷、氣體制冷劑的過熱，提高制冷效率，并保證壓縮機(jī)運(yùn)行的安全。