第五章壓縮式制冷系統(tǒng)的設(shè)備和自控

第五章壓縮式制冷系統(tǒng)的設(shè)備和自控第一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四第五章壓縮式制冷系統(tǒng)的設(shè)備和自控裝置第二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器

一、冷凝器的種類、構(gòu)造和工作原理冷凝器的作用是將壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸氣的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)（空氣或水）后冷凝為高壓液體，以達(dá)到制冷循環(huán)的目的。冷凝器按其冷卻介質(zhì)的不同，可分為水冷式、空冷式（風(fēng)冷式）、水-空氣冷卻式三類。（一）水冷式冷凝器這一類冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，常用的冷卻水有江水、河水、自來水等。冷卻水可以一次流過冷凝器，也可以經(jīng)過冷卻塔冷卻后再循環(huán)使用。常用的水冷式冷凝器有立式殼管式冷凝器、臥式殼管式冷凝器和套管式冷凝器等，現(xiàn)分別介紹如下。第三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器1、立式殼管式冷凝器這種冷凝器的構(gòu)造如圖5-1所示，其外殼是由鋼板卷焊而成的大圓筒，上下兩端各焊一塊多孔管板，板上用脹管法或焊接法固定著許多無縫鋼管。冷凝器頂部裝有配水箱，箱內(nèi)設(shè)有均水板。冷卻水自頂部進(jìn)入水箱后，被均勻地分配到各個管口，每根鋼管

圖5-1立式殼管式冷凝器圖5-2導(dǎo)流管嘴

1—導(dǎo)流管嘴2—管板第四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

頂端裝有一個帶斜槽的導(dǎo)流管嘴，如上頁圖5-2所示。冷卻水通過斜槽沿切線方向流入管中，并以螺旋線狀沿管內(nèi)壁向下流動，在管內(nèi)壁形成一層水膜，這樣可使冷卻水充分吸收制冷劑的熱量而節(jié)省水量。沿管壁順流而下的冷卻水流入冷凝器下部的鋼筋混凝土水池內(nèi)，通常在冷凝器的一側(cè)需裝設(shè)扶梯，便于攀登到配水箱進(jìn)行檢查和清除污垢。高溫高壓的氨氣從冷凝器上部管接頭進(jìn)入管束外部空間，凝結(jié)成的高壓液體從下部管接頭排至貯液器。此外，在冷凝器的外殼上還設(shè)有液面指示器、壓力表、安全閥、放空氣管、平衡管（即均壓管）、放油管和放混合氣（即不凝性氣體）等管接頭，以便與相應(yīng)的設(shè)備和管路相連接。立式殼管式冷凝器的優(yōu)點是，垂直安裝，占地面積小，可安裝在室外，無凍結(jié)危險，便于清除水垢，而且清洗時不必停止制冷系統(tǒng)的運行，對冷卻水的水質(zhì)要求不高。主要缺點是耗水量大、笨重、搬運不方便，制冷劑在里泄漏不易發(fā)現(xiàn)。盡管如此，目前我國大中型氨制冷裝置中多采用此種冷凝器。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

2、臥式殼管式冷凝器圖5-3為臥式殼管式冷凝器。臥式殼管式冷凝器用鋼板焊成臥式圓筒形殼體，殼體內(nèi)裝有許多根無縫鋼管，用焊接或脹接法固定在筒體兩端的管板上，兩端管板的外面用帶有隔板的封蓋封閉，使冷卻水在筒內(nèi)分成幾個流程。冷卻水在管內(nèi)流動，從一端封蓋的下部進(jìn)入，按順序通過每個管組，最后從同一端封蓋上部流出。這樣可以提高冷卻水的流動速度，增強(qiáng)傳熱效果。高壓高溫的氨氣從上部進(jìn)入冷凝器管間，與管內(nèi)冷卻水充分發(fā)生熱量交換后，氨氣冷凝為氨液從下部排至貯液器。筒體上設(shè)有安全閥、平衡管、放空氣管和壓力表、冷卻水進(jìn)出口等管接頭。此外，在封蓋上還設(shè)有放空氣閥和放水閥，在冷凝器開始運轉(zhuǎn)時，可打開放空氣閥，以排除冷卻水管內(nèi)的空氣，冷凝器檢修或停止運轉(zhuǎn)時，可利用放水閥將其冷卻水排出。臥式殼管式冷凝器的主要優(yōu)點是傳熱系數(shù)較高，耗水量較少，操作管理方便，但是要求冷卻水的水質(zhì)要好，清洗水垢時不太方便，需要停止冷凝器的工作。這種冷凝器一般應(yīng)用在中、小型制冷裝置中，特別是壓縮式冷凝機(jī)組中使用最為廣泛。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-3臥式殼管式冷凝器

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

氟利昂用臥式殼管式冷凝器與氨用臥式殼管式冷凝器不同之處在于用銅管代替無縫鋼管，由于氟利昂側(cè)放熱系數(shù)較低，所以在銅管外表面軋成肋片狀。此外，由于氟利昂能和潤滑油相溶解，潤滑油隨氟利昂一起在整個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，所以不需要設(shè)放油管接頭。冷凝器的下側(cè)還設(shè)有一個安全塞，它是用易熔合金制成，當(dāng)遇火災(zāi)或嚴(yán)重缺水時，熔塞自行熔化，氟利昂能自動地從冷凝器排出，避免發(fā)生爆炸。

3、套管式冷凝器套管式冷凝器一般用于小型氟利昂制冷機(jī)組，例如柜式空調(diào)機(jī)、恒溫恒濕機(jī)組等。其構(gòu)造見下頁圖5-4。它的外管采用φ50的無縫鋼管，內(nèi)管套有一根或若干根紫銅管或低肋銅管，內(nèi)外管套在一起后，用彎管機(jī)彎成圓螺旋形。冷卻水在內(nèi)管流動，流向為下進(jìn)上出，制冷劑在大管內(nèi)小管外的管間流動，制冷劑由上部進(jìn)入，凝結(jié)后的制冷劑液體從下面流出。制冷劑與冷卻水的流動方向相反，呈逆流換熱，因此，它的傳熱效果好。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

套管式冷凝器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、體積小、緊湊、占地少、傳熱效果好。缺點是冷卻水流動阻力大、清洗水垢不方便、單位傳熱面積的金屬消耗量大。圖5-4套管式冷凝器圖5-5空氣冷卻式冷凝器

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（二）空冷式冷凝器

空冷式冷凝器又稱風(fēng)冷式冷凝器，它是用空氣作為冷卻介質(zhì)使制冷劑蒸氣冷凝為液體。根據(jù)空氣流動的方式可分為自然對流式和強(qiáng)迫對流式。自然對流冷卻的空冷式冷凝器傳熱效果差，只用在電冰箱或微型制冷機(jī)中，強(qiáng)迫對流冷卻的冷凝器廣泛應(yīng)用于中小型氟利昂制冷和空調(diào)裝置。上頁圖5-5所示為空氣冷卻式冷凝器，制冷劑蒸氣從進(jìn)氣口進(jìn)入各列傳熱管中，空氣以2~3m/s的迎面流速橫向掠過管束，帶走制冷劑的冷凝熱，制冷劑液體由下部排出冷凝器?？绽涫嚼淠饔捎诳諝鈧?cè)的放熱系數(shù)較小，其傳熱系數(shù)為：強(qiáng)迫對流式（以外表面積為準(zhǔn)）約為24~28W/（m2·℃），自然對流式約為7~9W/（m2·℃）。為了強(qiáng)化空氣側(cè)的傳熱，傳熱管均采用肋片管。肋片管分為銅管鋁片、銅管銅片和鋼管銅片，通常采用銅管鋁片。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

空冷式冷凝器和水冷式凝器相比較，其優(yōu)點可以不用水，使冷卻系統(tǒng)變得十分簡單，因此它適宜于缺水地區(qū)或用水不適合的場所（如冰箱、冷藏車等）。一般情況下，它不受污染空氣的影響（即一般不會產(chǎn)生腐蝕）。而水冷式冷凝器用冷卻塔的循環(huán)水時，則水有被污染的可能，進(jìn)而腐蝕設(shè)備。這種冷凝器的冷凝溫度受環(huán)境溫度影響很大。夏季的冷凝溫度可高達(dá)50℃左右，而冬季的冷凝溫度就很低。太低的冷凝壓力會導(dǎo)致膨脹閥的液體通過量減小，使蒸發(fā)器缺液而制冷量下降。因此，應(yīng)注意防止空冷式冷凝器冬季運行時壓力過低。也可采用減少風(fēng)量或停止風(fēng)機(jī)運行等措施彌補。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器是以水和空氣作為冷卻介質(zhì)。它是利用冷卻水噴淋時蒸發(fā)吸熱，吸收高壓制冷劑蒸氣的熱量，同時利用軸流風(fēng)機(jī)使空氣由下而上通過蛇形管使管內(nèi)制冷劑氣體冷凝為液體。根據(jù)蒸發(fā)冷凝器中軸流風(fēng)機(jī)安裝的位置不同可分為吸入式和壓送式，其構(gòu)造見圖5-6（a）、（b），它是由換熱盤管、供水噴淋系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)三部分組成。

圖5-6蒸發(fā)式冷凝器示意圖（a）吸入式（b）壓送式1—風(fēng)機(jī)2—淋水裝置3—盤管4—擋水板5—水泵6—水盤7—浮球閥補水第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點：

1）與水冷式冷凝器相比，循環(huán)水量和耗水量減少。水冷式冷凝器靠水的溫升帶走制冷劑的熱量，1kg水大約帶走25～35KJ（溫升6～8℃）的熱量，而1kg水蒸發(fā)帶走2450KJ的熱量，所以理論上蒸發(fā)式冷凝器耗水量只是水冷式耗水量的1%。實際上，由于漏水和空氣中夾帶水滴等的耗水，補水量約為水冷式冷凝器耗水量的5%～10%，此外，蒸發(fā)式冷凝器中循環(huán)水量以能夠形成管外水膜為度，水量不需要很大，所以，降低了水泵的耗功率。

2）與風(fēng)冷式冷凝器相比，其冷凝溫度低，尤其是干燥地區(qū)更明顯。蒸發(fā)式冷凝器的缺點：

1）蛇形盤管容易腐蝕，管外易結(jié)垢，且維修困難。

2）既消耗水泵功率，又消耗風(fēng)機(jī)功率。但風(fēng)機(jī)和水泵的電耗不是很大，對于每1KW的熱負(fù)荷，循環(huán)水量為0.014～0.019kg/S，空氣流量為0.024～0.048m3/S,而水泵和風(fēng)機(jī)的耗電量為0.02～0.03KW。蒸發(fā)式冷凝器適用于缺水地區(qū)，可以露天安裝，廣泛應(yīng)用于中小型氨制冷系統(tǒng)。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

二、冷凝器的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。（一）冷凝器選擇的原則

1、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；

2、水質(zhì)較好，水溫較低的地區(qū)宜采用臥式殼管式冷凝器；

3、小型制冷裝置可選用套管式冷凝器；

4、在水源不足的地區(qū)或夏季室外空氣濕球溫度較低的地區(qū)可采用蒸發(fā)式冷凝器；

5、冷卻水采用循環(huán)使用時，應(yīng)根據(jù)制冷裝置的要求進(jìn)行合理的選擇。

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四（二）冷凝器傳熱面積的計算

1、冷凝器傳熱面積的計算公式冷凝器傳熱基本方程式

Φk=KA△t（5-1）式中ΦK——冷凝器的熱負(fù)荷（KW）；

K——冷凝器的傳熱系數(shù)[W/（m2·℃）]；

A——冷凝器的傳熱面積（m2）；△t——冷凝器的傳熱平均溫差（℃）。因此，冷凝器傳熱面積計算公式為

ΦKΦKA=——=——（5-2）

K△t

ψ式中ψ——冷凝器的熱流密度（W/m2）。

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

2、冷凝器的熱負(fù)荷ΦK

冷凝器的熱負(fù)荷是指制冷劑在冷凝器中放給冷卻水（或空氣）的熱量。如果忽略掉壓縮機(jī)和排氣管表面散失的熱量，那么，高壓制冷劑蒸氣在冷凝器中所放給冷卻水（或空氣）的熱量應(yīng)等于制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量（制冷量ΦO），再加上低壓制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中壓縮成高壓制冷劑蒸氣所消耗的功轉(zhuǎn)化成熱量。這樣，冷凝器的熱負(fù)荷為

ΦK=Φo+Pi

（5-3）由于壓縮機(jī)的指示功率Pi與制冷量有關(guān)，因此上式也可簡化為

ΦK=φΦo

（5-4）式中φ——冷凝負(fù)荷系數(shù)。它與冷凝溫度tk、蒸發(fā)溫度to、制冷劑種類等因素有關(guān)。蒸發(fā)溫度愈低，冷凝溫度愈高，φ值就愈大。φ值可由圖5-7、5-8和圖5-9查得；也可由制冷工程設(shè)計手冊中查得。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

圖5-7R717制冷壓縮機(jī)冷凝負(fù)荷系數(shù)圖5-8R12制冷壓縮機(jī)冷凝負(fù)荷系數(shù)

圖5-9R22制冷壓縮機(jī)冷凝負(fù)荷系數(shù)

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、冷凝器的傳熱系數(shù)K1）對于水冷式（立式殼管式和臥式殼管式）冷凝器，按外表面計算

1

dO1 K=——+R1+——（R2+——）

（5-5）

αodiαW

式中αO·αW——分別為制冷劑的凝結(jié)放熱系數(shù)和水側(cè)的放熱系數(shù)[W/（m2·℃）]；

R1·R2——分別為油膜熱阻和水垢熱阻[（m2·℃）/W]；

do·di——分別為傳熱管的外徑和內(nèi)徑（m）。

2）采用肋片銅管的殼管式冷凝器，按外表面（包括肋片的面積）計算

11K=———+τ（R2+———）（5-6）

ηαo

αW式中η——肋干管總效率，對于低肋管η=1；

τ——外表面與內(nèi)表面的面積比。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器4、傳熱平均溫差△t

制冷劑在冷凝器中冷卻冷凝時是一個變溫過程。進(jìn)入冷凝器的制冷劑是過熱蒸氣，通過與冷卻介質(zhì)發(fā)生熱量交換，由過熱蒸氣冷卻冷凝為飽和蒸氣→飽和液體→過冷液體。因此，在冷凝器內(nèi)制冷劑的溫度并不是定值，如下頁圖5-10所示。即分為過熱區(qū)、飽和區(qū)和過冷區(qū)三個區(qū)。冷卻水一側(cè)則由進(jìn)水溫度升高到出水溫度，空氣也一樣。這樣計算兩者之間的傳熱平均溫差就很復(fù)雜，考慮到制冷劑的放熱主要在中間的冷凝段，即由飽和蒸氣凝結(jié)成飽和液體，而此時的溫度是一定的，為了簡化計算，把制冷劑的溫度認(rèn)定為冷凝溫度，因此在計算傳熱平均溫差時應(yīng)用下面的公式。

（5-7）

式中t1·t2——分別為冷卻劑的進(jìn)出口溫度（℃）；

tk——制冷劑的冷凝溫度（℃）。由此可見，只要確定制冷劑的冷凝溫度tk和冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度t1、t2，就可求得△t。知道了φk、K和△t之后，即可利用公式（5-2）計算傳熱面積。各種冷凝器的K值和ψ值見表5-1。第十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-10冷凝器中制冷劑和冷卻劑溫度變化示意圖（a）無過冷（b）有過冷1—過熱蒸氣冷卻2—凝結(jié)3—液態(tài)制冷劑過冷4—冷卻劑溫度第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四表5-1各種冷凝器的k和ψ值表型式傳熱系數(shù)K/[W/（m2·K）]熱流密度ψ/（W/m2）使用條件氨冷凝器立式殼管冷凝器700-8003500-4500單位面積冷卻水量1～1.7m3/（m2·h）臥式殼管冷凝器700-9003500-4600單位面積冷卻水量0.5-0.9m3/(m2·h)蒸發(fā)式冷凝器580-700單位面積循環(huán)水量0.12-016m3/(m2·h),單位面積通風(fēng)量300-340m3/(m2·h),補充水按循環(huán)水量5%-10%計。R12R22冷凝器臥式管殼冷凝器（肋管）870-9304650-5230水流速為1.7～2.5m/s，平均傳熱溫差5～7℃套管式冷凝器11003500-4000水流速為1～2m/s風(fēng)冷式冷凝器24-30230-290空氣迎面風(fēng)速為2-3m/s,平均傳熱溫差8～12℃第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）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。

φK=MCP（t2–t1）

φKM=————（5-8）

CP（t2–t1）式中φK——冷凝器的熱負(fù)荷（KW）；

M——冷卻介質(zhì)的質(zhì)量流量（kg/s）；

t1、t2——冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口溫度（℃）；

CP——冷卻介質(zhì)的比熱[KJ/（kg·℃）],海水的CP=4.312，空氣的CP=1.005，淡水的CP=4.186。

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

對于冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口溫差的確定，應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析:

（1）提高冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫差，可以提高傳熱平均溫差，對于一定的冷凝負(fù)荷，可減少傳熱面積，顯然可以節(jié)省設(shè)備的初投資，同時可以減少冷卻介質(zhì)的流量，又可減少泵或風(fēng)機(jī)的動力消耗。（2）一般冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度是由自然條件決定的，所以提高進(jìn)出口溫差實際上是提高出口溫度，其結(jié)果必然是提高了冷凝溫度，因為冷凝溫度要比冷卻介質(zhì)的出口溫度高3～5℃，而冷凝溫度升高會使壓縮機(jī)的耗功率增加，同時還會使壓縮機(jī)的容積效率降低，排氣溫度升高。所以在選擇冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口溫差時必須綜合考慮，合理地選擇。

1）水冷式冷凝器進(jìn)出口溫差一般為立式殼管式冷凝器2～4℃；臥式殼管式和套管式冷凝器4～6℃。

2）空冷式冷凝器進(jìn)出口溫差不宜超過8℃。

3）傳熱平均溫差△t可按下列數(shù)據(jù)選取：水冷式冷凝器5～7℃

空冷式冷凝器8～12℃第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

蒸發(fā)式冷凝器傳熱平均溫差可按下式計算△t=tK–tpj

式中tpj——空氣的平均溫度，其取值為進(jìn)口溫度加1℃。而冷凝溫度為

tK=tS+（8～15℃）式中tS——夏季空調(diào)室外計算濕球溫度（℃）。

[例5-1]某氨制冷系統(tǒng)、冷凝器用循環(huán)水，進(jìn)水溫度t1=31℃，當(dāng)蒸發(fā)溫度tO=-15℃時，壓縮機(jī)制冷量φO=93100W；試計算臥式冷凝器的傳熱面積和冷卻水量。

[解]①冷凝器的熱負(fù)荷φK

冷卻水為循環(huán)水，取冷卻水溫升△t=5℃，出水溫度

t2=t1+5=31+5=36℃，冷凝溫度tK

比冷卻水平均溫度高5℃，則冷凝溫

度，可取39℃，根據(jù)圖5-7查得φ=1.245，則

φK=1.245×93100=115910W第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四②傳熱系數(shù)K查表5-1，取K=820[W/(m2·K)]③傳熱平均溫差△t④冷凝器的傳熱面積AφK115910A=————=—————=27.72m2K△t820×5.1考慮10%的裕量，則A=1.1×27.72=30.49m2根據(jù)產(chǎn)品樣本或設(shè)備手冊,選DWN-32臥式殼管式冷凝器一臺,其傳熱面積A=33.65m2。⑤冷卻水流量MφK115910M=——————=———————=5.54kg/s(19.93T/h）

CP（t2–t1）4.186（36–31）第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（四）提高冷凝器換熱效率的途徑提高冷凝器換熱效率有兩個方面，其一是設(shè)備制作的優(yōu)化設(shè)計，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上有利于提高換熱效率；其二是設(shè)備用戶在運行管理中應(yīng)當(dāng)排除各種不利因素，使得設(shè)備總是處于高效的換熱狀態(tài)，要想達(dá)到上述目標(biāo)，應(yīng)采取以下措施：

1）改變傳熱表面的幾何特征

2）及時排除制冷系統(tǒng)中的混合氣體（又稱不凝性氣體）。

3）要及時將系統(tǒng)中的潤滑油分離出去。

4）要及時清洗水垢。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

三、蒸發(fā)器的種類、構(gòu)造和工作原理蒸發(fā)器也是一種熱交換設(shè)備，它的作用是低壓低溫的制冷劑液體在其中蒸發(fā)吸熱，吸收被冷卻物體的熱量，以達(dá)到制冷的目的。根據(jù)供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為滿液式、非滿液式、循環(huán)式和噴淋式四種，如圖5-11所示。圖5-11蒸發(fā)器的種類

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器滿液式非滿液式循環(huán)式噴淋式第二十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類不同可分為冷卻液體（水或鹽水）的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。冷卻液體的蒸發(fā)器：直立管式蒸發(fā)器、螺旋管式蒸發(fā)器、臥式殼管式蒸發(fā)器、盤管式蒸發(fā)器。冷卻空氣的蒸發(fā)器：冷卻排管、冷風(fēng)機(jī)、直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。（一）冷卻液體的蒸發(fā)器

1、直立管式蒸發(fā)器這種蒸發(fā)器如下頁圖5-12所示。蒸發(fā)管組裝在一個長方形的鋼板水箱內(nèi)，水箱由鋼板焊接而成，其中裝有二排或多排蒸發(fā)管組，每排蒸發(fā)管組由上集管、下集管和許多焊在兩集管之間的末端微彎的立管所組成。上集管的一端焊有氣液分離器（即粗豎管），分離器下面有一根立管與下集管相通，使分離出來的液滴流回下集管。下集管的一端與集油器相連，集油器的上端接有均壓管與吸氣管相通。每組蒸發(fā)管組的中部有一根穿過上集管通向下集管的豎管，如圖中剖面Ⅰ-Ⅰ，這樣，保證液體直接進(jìn)入下集管，并能均勻地分配到各根立管。立管內(nèi)充滿液態(tài)制冷劑，其液面幾乎達(dá)到上集管。制冷劑液體在管內(nèi)吸收冷凍水的熱量后不斷氣化，氣化后的制冷劑通過上集管經(jīng)氣液分離器分離后，液體返回下集管，蒸氣從上部引出被壓縮機(jī)吸走。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-12直立管式蒸發(fā)器1—水箱2—管組3—液體分離器4—集油罐5—均壓管6—螺旋攪拌器7—出水口8—溢流口9—泄水口10—隔板11—蓋板12—保溫層第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第二十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

冷凍水從上部進(jìn)入水箱，被冷卻后由下部流出。水箱中裝有攪拌器和縱向隔板，使水箱中的冷凍水按一定的方向和速度循環(huán)流動，通常水流速度為0.5～0.7m/S。水箱上部裝有溢水口，當(dāng)冷凍水（或鹽水）過多時可從溢水口排出。底部又裝有泄水口，以備檢查清洗時將水放空。直立管式蒸發(fā)器傳熱效果良好，當(dāng)用于冷卻淡水時，其傳熱系數(shù)約為500～550w/（m2?k），冷卻鹽水時，傳熱系數(shù)約為400～450w/（m2?k），廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)。為減少冷量損失，水箱底部和四周外表面應(yīng)作隔熱層。這種蒸發(fā)器屬于敞開式設(shè)備，其優(yōu)點是便于觀察、運行和檢修。缺點是用鹽水作為載冷劑時，與大氣接觸容易吸收空氣中水分降低了鹽水濃度，須經(jīng)常加入固體鹽，同時會使腐蝕加快。

2、螺旋管式蒸發(fā)器為了降低直立管式蒸發(fā)器的高度和提高傳熱效果，我國一些冷凍機(jī)廠生產(chǎn)了螺旋管式蒸發(fā)器，并在氨制冷系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。這種蒸發(fā)器與直立管式蒸發(fā)器的主要區(qū)別在于用許多雙圈螺旋管代替兩集管之間的直立管，因此，當(dāng)傳熱面積相同時，其外型尺寸比直立管小，結(jié)構(gòu)緊湊，又可減少焊接的工作量，傳熱系數(shù)比直立管式要大。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四3、臥式殼管式蒸發(fā)器這種蒸發(fā)器的構(gòu)造如圖5-13。它的構(gòu)造與臥式冷凝器相似，其外殼是用鋼板焊成圓筒體，在筒體的兩端焊有管板，鋼管用焊接或脹接在管板上。制冷劑在管外空間氣化，載冷劑（冷凍水或鹽水）在管內(nèi)流動，為了保證載冷劑在管內(nèi)具有一定的流速，在兩端蓋內(nèi)鑄有隔板，使載冷劑多流程通過蒸發(fā)器。制冷劑液體通過浮球閥節(jié)流降壓后，由殼體下部進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)吸收冷凍水或鹽水的熱量而氣化，氣化后的制冷劑蒸氣上升至干氣室（起氣液分離作用），分離出的液滴流回蒸發(fā)器內(nèi)，蒸氣被壓縮機(jī)吸走。氨蒸發(fā)器殼體底部焊有集油器，沉積下來的潤滑油可從放油管放出。圖5-13臥式殼管式蒸發(fā)器

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

為了能觀察到蒸發(fā)器內(nèi)的液位，在頂部干氣室和殼體之間裝設(shè)一根旁通管，旁通管上的結(jié)霜處即表示蒸發(fā)器內(nèi)的液位。為了避免未氣化的液體被帶出蒸發(fā)器，其充液量應(yīng)該不浸沒全部傳熱表面，一般氨制冷系統(tǒng)，其充液高度約為筒徑的70%～80%；氟利昂制冷系統(tǒng)，其充液量為筒徑的55%～65%。臥式殼管式蒸發(fā)器傳熱性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，制冷劑為氨時，平均傳熱溫差Δt為5～6℃，蒸發(fā)溫度在+5～-15℃的范圍內(nèi)，管內(nèi)水流速υ=1.0-1.5m/s時，其傳熱系數(shù)約為450-500w/（m2?k）。但是，當(dāng)用來冷卻普通淡水時，其出水溫度應(yīng)控制在2℃以上，否則易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，致使傳熱管凍裂。在氟利昂系統(tǒng)中，目前也使用臥式殼管式蒸發(fā)器，所不同的是采用低肋銅管代替光滑鋼管，這樣可以提高制冷劑的沸騰放熱系數(shù)。為了使?jié)櫥碗S制冷劑蒸氣返回壓縮機(jī)，采用干式殼管式蒸發(fā)器（屬非滿液式蒸發(fā)器），即制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)吸熱，冷凍水在管間流動。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四4、盤管式蒸發(fā)器盤管式蒸發(fā)器是小型氟利昂開式循環(huán)制冷裝置中常用的一種水冷卻器，其結(jié)構(gòu)如圖5-14所示，它是由若干組銅管盤繞成蛇形管組成。蛇形管用純銅管彎制，氟利昂液體經(jīng)分液器從蛇形管的上部進(jìn)入，氣化產(chǎn)生的蒸氣由下部導(dǎo)出，蛇形管組沉浸在水（或鹽水）箱中，水在攪拌器的作用下，在箱內(nèi)循環(huán)流動。圖5-14氟利昂蛇管式蒸發(fā)器1—水箱2—攪拌器3—蛇形管組4—蒸氣集管5—分液器第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（二）冷卻空氣的蒸發(fā)器冷卻空氣的蒸發(fā)器主要用于冷藏庫、冰柜中，在空調(diào)中采用直接蒸發(fā)式空氣冷卻器（又稱表冷器）來冷卻進(jìn)入空調(diào)房間的空氣。在冷藏庫中，根據(jù)庫房采用的冷卻方式不同可采用冷卻排管或冷風(fēng)機(jī)。一般在自然對流式冷卻的庫房中設(shè)置冷卻排管；強(qiáng)制循環(huán)式冷卻的庫房中設(shè)置冷風(fēng)機(jī)；混合冷卻式庫房中則同時采用冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)。

1、冷卻排管根據(jù)冷卻排管的安裝位置不同，可分為墻排管、頂排管、擱架式排管，按傳熱管表面形式分有光滑排管和肋片排管。（1）盤管式墻排管這種冷卻排管多采用直徑為38×2.2mm的無縫鋼管制成，管組中每根管子總長度一般不超過12m，管子中心之間的距離為110—220mm，角鋼支架的距離為3m。管子根數(shù)為雙數(shù)，以便進(jìn)液和回氣在同一側(cè)，有利于管道的安裝連接。在重力供液系統(tǒng)中，氨液從下部進(jìn)入，氨氣則從上部引出。在氨泵供液系統(tǒng)中也可采用上進(jìn)下出。氨制冷系統(tǒng)中采用的盤管式墻排管有兩種類型，一種是光滑盤管，另一種是肋片盤管。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

圖5-15所示為光滑盤管式墻排管，它的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。

圖5-15光滑盤管式墻排管

圖5-15所示為光滑盤管式墻排管，它的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。在氟利昂制冷系統(tǒng)中采用盤管式墻排管，液體從上部進(jìn)入，氣體從下部排出，從而保證了潤滑油在系統(tǒng)中的正常循環(huán)。

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四（2）立管式墻排管

這種墻排管如圖5-16所示。一般采用直徑38×2.2mm或57×3.5mm的無縫鋼管，高度為2.5～3.5m的豎管組成，管間的中心距離為110～130mm，豎管焊接在76×3.5mm或89×3.5mm的上、下橫管上。

氨液從下橫管進(jìn)入，氨氣

由上橫管排出。

它的優(yōu)點是制冷劑氣體容易排出，保證了傳熱效果，其缺點是當(dāng)墻排管高度較高時，由于液柱靜壓的作用，從而使下部制冷劑的蒸發(fā)溫度提高。圖5-16立管式墻排管

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（3）頂排管如圖5-17所示。它是吊裝在冷藏或冷凍間的頂棚或樓板下面；光滑頂排管是用直徑38×2.2mm的無縫鋼管制作，每組排管上各有上下兩根集管，下集管進(jìn)液，上集管回氣。圖5-17光滑頂排管

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（4）擱架式排管這種排管主要用于凍結(jié)盤裝食品，其構(gòu)造如下頁圖5-18所示。排管一般采用38×2.2mm或57×3.5mm無縫鋼管制作，寬度為800～1200mm，管子水平間距為100～200mm，最低一層排管離地面不小于250mm，根據(jù)裝放食品盒的高度，每層管子的垂直中心距為200～400mm。需要冷凍加工的食品裝在凍盤內(nèi)直接放在擱架上。通常用來冷凍魚類、禽類等小塊食品。氨液從下部進(jìn)入，從上部排出氨氣。這種排管的優(yōu)點是容易制作，結(jié)構(gòu)緊湊，不需要維修，但是鋼材耗量較大，貨物進(jìn)出勞動強(qiáng)度大。圖5-18擱架式排管第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

2、冷風(fēng)機(jī)冷風(fēng)機(jī)是由蒸發(fā)管組和通風(fēng)機(jī)所組成，依靠通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制作用，把蒸發(fā)管組制冷劑所產(chǎn)生的冷量吹向被冷卻物體，從而達(dá)到降低庫溫的目的。冷風(fēng)機(jī)按其安裝位置的不同可分為落地式冷風(fēng)機(jī)和吊頂式冷風(fēng)機(jī)兩種。下頁圖5-19為落地式GN—250干式冷風(fēng)機(jī)構(gòu)造圖。在箱體下部裝有兩組翅片蒸發(fā)管組，冷卻面積為250m2，氨液從管組下部進(jìn)入，氨氣從上部排出，管組的上方設(shè)有沖霜淋水管，淋水管的上方配有一個雙面進(jìn)風(fēng)的離心式通風(fēng)機(jī)。整個冷風(fēng)機(jī)座落在水盤上。在通風(fēng)機(jī)的作用下，空氣從下部回風(fēng)口進(jìn)入，通過蒸發(fā)管組冷卻后送出。這種冷風(fēng)機(jī)用于±0℃的冷藏間和預(yù)凍間，當(dāng)用于貯存鮮蛋、水果等食品時，可根據(jù)工藝要求，在冷風(fēng)機(jī)出口上增設(shè)送風(fēng)管道，借助于送風(fēng)口將冷風(fēng)均勻地送到冷藏間各處。吊頂式冷風(fēng)機(jī)與落地式冷風(fēng)機(jī)工作原理基本相同，前者是吊裝在屋頂，這里不再講述，參見有關(guān)設(shè)備手冊。

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第三十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-19GN250干式冷風(fēng)機(jī)第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、直接蒸發(fā)式空氣冷卻器圖5-20所示為空調(diào)用直接蒸發(fā)式空氣冷卻器，它一般由4排、6排或8排肋管組成，肋片管一般采用Φ10～18mm的銅管，外套約0.2～0.3mm厚的鋁片，片距為2～4mm。其優(yōu)點是不用載冷劑，冷損失小，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)自動化控制。但傳熱系數(shù)較低。圖5-20直接蒸發(fā)式空氣冷卻器

第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）分液器分液器的作用是保證各管路制冷劑液體分配均勻，平衡各組蒸發(fā)排管的壓力。下頁圖5-21是目前常用的五種分液器結(jié)構(gòu)形式。其中（a）所示的是離心式分液器，來自節(jié)流閥的制冷劑沿切線方向進(jìn)入小室，得到充分混合的氣液混合物從小室頂部沿徑向分送到各路肋管。(b)、(c)為碰撞式分液器，來自節(jié)流閥的制冷劑以高速進(jìn)入分液器后，首先與壁面碰撞使之成為均勻的氣液混合物，然后再進(jìn)入各路肋管。（d）、（e）為降壓式分液器，其中（d）是文氏管型，其壓力損失較小。這種類型分液器是使制冷劑首先通過縮口，增大流速以達(dá)到氣液充分混合，克服重力影響，從而保證制冷劑均勻地分配給各個蒸發(fā)管組。這些分液器可以水平安裝，也可垂直安裝，但多為垂直安裝。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-21典型的分液器示意圖（a）離心式分液器（b）（c）碰撞式分液器（d）（e）降壓式分液器第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

四、蒸發(fā)器的選擇計算（一）蒸發(fā)器的選型蒸發(fā)器型式的選擇應(yīng)根據(jù)載冷劑及制冷劑的種類和供冷方式而定。

1）空氣處理設(shè)備采用水冷式表面冷卻器，并以氨為制冷劑時，則可采用臥式殼管式蒸發(fā)器。如以R12為制冷劑時，宜采用干式蒸發(fā)器。

2）如空氣處理設(shè)備采用淋水室時，宜采用水箱式蒸發(fā)器（即直立管、螺旋管、盤管式蒸發(fā)器）。在大型的乳制品廠用鹽水作載冷劑時，也采用水箱式蒸發(fā)器。

3）在冷藏庫中，一般采用冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（二）蒸發(fā)器的選擇計算

1、蒸發(fā)器的傳熱面積A

蒸發(fā)器的傳熱面積按下式計算：

Φ0Φ0A=———=——（5-9）

K△tΨ

式中Φ0—制冷裝置的制冷量，即蒸發(fā)器的熱負(fù)荷（KW）。它等于用戶的耗冷量與制冷系統(tǒng)本身（即供冷系統(tǒng)）冷量損失之和。用戶實際的耗冷量一般由工藝或空調(diào)設(shè)計給定的，也可根據(jù)冷庫工藝和空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行計算，而供冷系統(tǒng)的冷量損失一般用附加值計算。對于直接供冷系統(tǒng)一般附加5%～7%，對于間接供冷系統(tǒng)一般附加7%～15%；

K——蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)[W/（m2·℃）]；△t——傳熱平均溫差（℃）；

ψ——蒸發(fā)器的熱流密度（W/m2）。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四2、蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K按傳熱面的外表面為基準(zhǔn)的蒸發(fā)器傳熱系數(shù)可用下式計算：

1δτ-1K=－+∑－+－（5-10）

αOλαw式中αO、αW——分別是管外和管內(nèi)的放熱系數(shù)，即一側(cè)為制冷劑的沸騰放熱系數(shù)，另一側(cè)為水、鹽水或空氣的放熱系數(shù)[W/（m2·K）]；

δ∑——管壁及管壁附著物熱阻[（m2·K）/W]；

λτ——肋化系數(shù)，管外表面積（含肋片）與管內(nèi)表面積之比。對于氨蒸發(fā)器，一般都采用光管，τ可取管外徑與管內(nèi)徑之比。通常K值按生產(chǎn)廠家提供的資料選取，也可采用經(jīng)實際驗證的推薦數(shù)值。各種蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)值見表5-2。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、傳熱平均溫差Δt表5-2各種蒸發(fā)器的K和ψ值蒸發(fā)器型式傳熱系數(shù)k/[W/（m2K）]熱流密度ψ/（W/m2）備注滿液式臥式殼管式氨–水450～5002200～3000△t=5～6℃υ=1～1.5m/s氟利昂–水350～4501800～2500△t=5～6℃υ=1～1.5m/s水箱式氨–水500～5502500～3000△t=5～6℃υ=0.5～0.7m/s氨–鹽水400～4502000～2500非滿液式干式殼管氟利昂–水500～5502500～3000△t=5～6℃直接蒸發(fā)式空氣冷卻器氟利昂–空氣30～40450～500以外肋表面為準(zhǔn)△t=15～17℃冷排管（自然對流）氟利昂–空氣8～12～光管△t=8～10℃4～7～以外肋表面積計△t=8～10℃冷風(fēng)機(jī)（供冷庫用）氟利昂–空氣17～35～第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

傳熱平均溫差可按表5-2選取，也可按下式進(jìn)行計算：

（5-11）式中t1——載冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器的溫度（℃）；

t2——載冷劑出蒸發(fā)器的溫度（℃）；

t0——制冷劑的蒸發(fā)溫度（℃）。t1和t2往往是由空凋和冷庫工藝確定的，t0是制冷工藝設(shè)計中選定的。4、載冷劑的循環(huán)量M1φ0M1=——————（5-12）

CP（t1–t2）式中CP——載冷劑（水、鹽水或空氣）的比熱[kJ/（kg·k）]；

t1、t2——載冷劑（水、鹽水或空氣）進(jìn)、出蒸發(fā)器的溫度（℃）。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四[例5-2]有一臺8AS12、5型制冷壓縮機(jī)，在t0=5℃，tK=40℃的工況下運行，其制冷量為558KW。選配一臺臥式殼管式蒸發(fā)器或直立管式蒸發(fā)器（即水箱式蒸發(fā)器），試計算它們需要多少傳熱面積。

[解]確定蒸發(fā)器的傳熱面積按下式計算：

φ0φ0A=———=———K△tψ1、臥式殼管式蒸發(fā)器：（Ψ=2600W/m2）

558A=————×1000=215m226002、直立管式蒸發(fā)器（Ψ=2800W/m2）

558

A=————×1000=156m22800第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第四十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）提高蒸發(fā)器傳熱效率的途徑影響蒸發(fā)器換熱的因素除了制冷劑本身的物理性質(zhì)及傳熱表面的幾何特征外，在實際設(shè)計和運行中也有一些需要考慮的問題。為強(qiáng)化蒸發(fā)器中的傳熱，應(yīng)采取以下措施：

1）在氨制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，要定期排放油污。否則傳熱面上油膜太厚，會影響其傳熱效果。

2）適當(dāng)提高載冷劑的流速，這樣可以提高載冷劑一側(cè)的放熱系數(shù)。

3）及時清除載冷劑側(cè)水垢。

4）要防止蒸發(fā)溫度過低，避免在傳熱面上結(jié)冰。

5）在冷藏庫中，冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)要定期除霜，以免霜層結(jié)厚增加傳熱熱阻，影響其傳熱效果。第一節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器第五十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備

一、節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流機(jī)構(gòu)是制冷裝置的重要部件，是制冷系統(tǒng)的四大部件之一。它的作用是：

1）對高壓制冷劑液體進(jìn)行節(jié)流降壓，保證冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差，以使蒸發(fā)器中的制冷劑液體在低壓下蒸發(fā)吸熱，從而達(dá)到制冷的目的。

2）調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變化，使制冷裝置更加有效地運行。節(jié)流機(jī)構(gòu)的形式很多，結(jié)構(gòu)也各不相同，常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有手動膨脹閥、浮球膨脹閥、熱力膨脹閥及毛細(xì)管等。在大、中型制冷裝置中常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)有：手動膨脹閥、浮球膨脹閥、熱力膨脹閥。在小型制冷裝置（如電冰箱）中節(jié)流機(jī)構(gòu)采用毛細(xì)管。第五十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（一）手動膨脹閥手動膨脹閥又稱節(jié)流閥或調(diào)節(jié)閥。手動膨脹閥的結(jié)構(gòu)與普通截止閥相似，與截止閥的主要區(qū)別是閥芯為針形錐體或帶V形缺口的錐形，如圖5-22所示。閥桿采用細(xì)牙螺紋，便于微量啟閉閥芯。當(dāng)轉(zhuǎn)動閥桿上面的手輪時，就能保證閥門的開啟度緩慢地增大或關(guān)小，以適應(yīng)制冷量的調(diào)節(jié)變化。手動膨脹閥的開啟度為手輪旋轉(zhuǎn)的1/8～1/4周，不能超過一周。如果開啟過大，起不到節(jié)流降壓的作用。圖5-22手動膨脹閥閥芯（a）針形閥芯

（b）具有V缺口的閥芯

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（二）浮球膨脹閥浮球膨脹閥是一種自動膨脹閥，它的作用是根據(jù)滿液式蒸發(fā)器液面的變化來控制蒸發(fā)器的供液量，同時進(jìn)行節(jié)流降壓，也可控制蒸發(fā)器的液面高度。浮球膨脹閥根據(jù)節(jié)流后的液體制冷劑是否通過浮球室而分為直通式和非直通式兩種，如圖5-23和圖5-24所示。

圖5-23直通式浮球閥圖5-24非直通式浮球閥1—液體進(jìn)口2—閥針3—支點1—液體進(jìn)口2—閥針3—支點4—浮球5—液體連通管

4—浮球5—液體連通管6—氣體連通管6—氣體連通管7—節(jié)流后的液體出口第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

這兩種浮球膨脹閥的工作原理都是依靠浮球室中的浮球受液面的作用而降低或升高，去控制一個閥門的開啟或關(guān)閉。直通式直通式浮球膨脹閥與非直通式浮球膨脹閥的主要區(qū)別是：直通式浮球閥節(jié)流后的制冷劑液體通過浮球室，然后由液體平衡管進(jìn)入蒸發(fā)器。其優(yōu)點是構(gòu)造簡單。缺點是浮球室液面波動和沖擊很大，容易使浮球閥失靈，其次需較大口徑的平衡管。非直通式浮球閥節(jié)流后的制冷劑液體不通過浮球室，而是通過管道直接進(jìn)入蒸發(fā)器。其優(yōu)點是浮球室液面平穩(wěn)，但構(gòu)造和安裝比較復(fù)雜。

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

浮球膨脹閥一般安裝在蒸發(fā)器，氣液分離器、中間冷卻器前液體管路上。圖5-25為氨浮球閥接管示意圖。

圖5-25氨浮球閥接管示意圖

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）熱力膨脹閥熱力膨脹閥與浮球膨脹閥不同的是：它是靠控制蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸氣的過熱度來控制蒸發(fā)器的供液量。同時起節(jié)流降壓作用。熱力膨脹閥用于氟利昂制冷系統(tǒng)（即非滿液式蒸發(fā)器中）。它主要由熱力膨脹閥、毛細(xì)管、感溫包組成。熱力膨脹閥根據(jù)膜片下部的氣體壓力不同可分為內(nèi)平衡式熱力膨脹閥和外平衡式熱力膨脹閥。若膜片下部的氣體壓力為膨脹閥節(jié)流后的制冷劑壓力稱為內(nèi)平衡式熱力膨脹閥；若膜片下部的氣體壓力為蒸發(fā)器出口的制冷劑壓力稱為外平衡式熱力膨脹閥。

1、內(nèi)平衡式熱力膨脹閥圖5-26是內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的工作原理圖。從圖中可以看出，它是由閥芯、閥座、彈性金屬膜片、彈簧、感溫包和調(diào)整螺絲等組成。閥體裝在蒸發(fā)器的供液管路上，感溫包緊扎在蒸發(fā)器的回氣管路上，感溫包內(nèi)充有與制冷系統(tǒng)相同的液態(tài)制冷劑。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

1、內(nèi)平衡式熱力膨脹閥圖5-26是內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的工作原理圖。從圖中可以看出，它是由閥芯、閥座、彈性金屬膜片、彈簧、感溫包和調(diào)整螺絲等組成。閥體裝在蒸發(fā)器的供液管路上，感溫包緊扎在蒸發(fā)器的回氣管路上，感溫包內(nèi)充有與制冷系統(tǒng)相同的液態(tài)制冷劑。圖5-26內(nèi)平衡式熱膨脹閥1—閥芯2—彈簧金屬膜片3—彈簧4—調(diào)整螺絲5—感溫包第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

作用在彈簧金屬膜片上的力主要有三個：

P1—閥后制冷劑的蒸發(fā)壓力，作用在膜片下部，其作用方向向上，使閥門向關(guān)閉方向移動。

P2—彈簧力，作用在膜片下部，其作用方向向上，使閥門向關(guān)閉方向移動。彈簧力的大小可以通過調(diào)整螺絲予以調(diào)整。

P3—感溫包內(nèi)制冷劑的壓力，作用膜片的上部，其作用方向向下，其趨勢是使閥門開大，它的大小決定于感溫包內(nèi)充注制冷劑的性質(zhì)以及感受溫度的高低。當(dāng)膨脹閥調(diào)整結(jié)束并保持一定的開啟度穩(wěn)定工作時，作用在膜片上、下部的三個力處于平衡狀態(tài)，即P3=P1+P2，這時膜片不動，即閥門的開啟度不變。而當(dāng)其中一個力發(fā)生變化，就會破壞原有平衡，此時P3≠P1+P2，膜片開始位移，閥口開啟度也隨之變化，直到建立新的平衡為止。

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

當(dāng)蒸發(fā)器負(fù)荷增加時，顯得供液量不足，蒸發(fā)器出口的制冷劑蒸氣過熱度增大，感溫包內(nèi)制冷劑溫度升高，這時則感溫包的壓力P3>P1+P2，閥針向下移動，閥門開大。當(dāng)蒸發(fā)器負(fù)荷減小時，顯得供液量過大，過熱度減小，這時P3<P1+P2，彈簧力推動傳動桿向上移動，閥門關(guān)小。內(nèi)平衡式熱力膨脹閥只適用于蒸發(fā)器內(nèi)部阻力較小的場合，廣泛應(yīng)用于小型制冷機(jī)和空調(diào)機(jī)。對于大型的制冷裝置及蒸發(fā)器阻力較大的場合，由于蒸發(fā)器出口處的壓力比進(jìn)口處下降較大，若使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，將增加閥門的靜裝配過熱度，相應(yīng)減少了閥門的工作過熱度，導(dǎo)致熱力膨脹閥供液不足或根本不能開啟，影響蒸發(fā)器的工作。對于蒸發(fā)器管路較長，或是多組蒸發(fā)器裝有分液器時，應(yīng)采用外平衡式熱力膨脹閥。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第五十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

2、外平衡式熱力膨脹閥外平衡式熱力膨脹閥如上圖5-27所示。圖5-27外平衡式熱力膨脹閥1—閥芯2—彈簧金屬膜片3—彈簧4—調(diào)節(jié)螺絲5—感溫包6—平衡管第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

外平衡式熱力膨脹閥與內(nèi)平衡式熱力膨脹閥基本相同，其不同之處是金屬膜片下部空間與膨脹閥出口互不相通，而是通過一根小口徑的平衡管與蒸發(fā)器出口相連。這樣，膜片下部制冷劑的壓力P1不是膨脹閥出口壓力（即蒸發(fā)器進(jìn)口壓力）PA，而是等于蒸發(fā)器的出口壓力PC，此時，熱力膨脹閥的工作不受蒸發(fā)排管流動阻力的影響。若供液量多時，蒸發(fā)器出口處C點的溫度降低，感溫包內(nèi)的溫度也降低，感溫包內(nèi)壓力P3減小，而膜片下部壓力P1+P2不變，這時P1+P2推動閥桿向上移動，閥門關(guān)小，減小其供液量。相反供液量不足時（即蒸發(fā)器負(fù)荷增大時），蒸發(fā)器出口C點的過熱度增大，感溫包內(nèi)溫度升高，P3增大，而P1+P2

不變，閥門開大，增大其供液量。所以說閥門的開啟度可使蒸發(fā)器出口的溫度基本上等于5℃，即只有5℃的過熱度，從而消除了蒸發(fā)器流動阻力的影響。外平衡式熱力膨脹閥可以改善蒸發(fā)器的工作條件，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝與調(diào)試比較麻煩，因此，只有蒸發(fā)器的壓力損失較大時才采用此種膨脹閥。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、熱力膨脹閥的安裝熱力膨脹閥是安裝在蒸發(fā)器入口處的供液管路上，閥體應(yīng)垂直安裝，不能傾斜，更不能顛倒安裝。蒸發(fā)器配有分液器時，分液器應(yīng)直接裝在膨脹閥的出口側(cè)，這樣使用效果較好。熱力膨脹閥的感溫包應(yīng)裝設(shè)在蒸發(fā)器出口處的吸氣管路上，要遠(yuǎn)離壓縮機(jī)吸氣口1.5m以上。在實際工程中是將感溫包包扎在吸氣管道上的，如下頁圖5-28所示。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備圖5-28感溫包的安裝方法第六十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備

在安裝感溫包時，不能把感溫包安裝在有積存液體的吸氣管處。為了防止膨脹閥錯誤操作，蒸發(fā)器出口處吸氣管需要垂直安裝時，吸氣管垂直安裝處應(yīng)有存液管，否則，只得將感溫包裝在出口處的立管上，如圖5-29所示。圖5-29感溫包的安裝位置

第六十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

4、熱力膨脹閥的調(diào)試熱力膨脹閥安裝完畢后需要在制冷裝置調(diào)試的同時也予以調(diào)試，使它在實際工況下執(zhí)行自動調(diào)節(jié)。調(diào)整熱力膨脹閥時，必須在制冷裝置正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行。對于中低溫制冷裝置，如果掛霜后用手摸上去有一種將手粘住的陰涼感覺，表明此時膨脹閥的開度適宜。在空調(diào)制冷裝置中，蒸發(fā)溫度一般在0℃以上，回氣管應(yīng)該結(jié)露滴水。但若結(jié)露直至壓縮機(jī)附近，說明閥口過大，則應(yīng)調(diào)小一些，在裝有回?zé)崞鞯南到y(tǒng)中，回?zé)崞鞯幕貧夤艹隹谔幉粦?yīng)結(jié)露。相反，蒸發(fā)器出口處如果不結(jié)露，則說明閥口過小，供液不足，應(yīng)調(diào)大一些。調(diào)試工作要細(xì)致認(rèn)真，一般分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩段進(jìn)行。粗調(diào)每次可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺絲（即調(diào)節(jié)螺桿）一周左右，當(dāng)接近需要的調(diào)整狀態(tài)時，再進(jìn)行細(xì)調(diào)。細(xì)調(diào)時每次旋轉(zhuǎn)1/4周，調(diào)整一次后觀察20min左右，直到符合要求為止。調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動的周數(shù)不宜過多（調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動一周），過熱度變化約改變1～2℃。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（四）毛細(xì)管毛細(xì)管作為制冷循環(huán)的流量控制和節(jié)流降壓部件，應(yīng)用于小型全封閉式氟利昂制冷裝置中，如家用冰箱、冰柜、空氣調(diào)節(jié)器和小的制冷機(jī)組。毛細(xì)管通常采用直徑為0.7～2.5mm，長度為0.6～6m細(xì)而長的紫銅管代替膨脹閥，連接在蒸發(fā)器與冷凝器之間，圖5-30為制冷裝置工作原理圖。圖5-30制冷裝置工作原理圖

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

二、輔助設(shè)備（一）貯液器貯液器又稱貯液桶。按其用途和所承受工作壓力的不同，可分為高壓貯液器、低壓循環(huán)貯液器（桶）和排液桶。按其外形可分為立式和臥式貯液器。

1、高壓貯液器高壓貯液器在制冷系統(tǒng)中起穩(wěn)定制冷劑循環(huán)量的作用，并可用來貯存液體制冷劑。圖5-31為臥式高壓貯液器示意圖。圖5-31高壓貯液器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-32貯液器與冷凝器重疊安裝示意圖

圖5-32為臥式貯液器與臥式冷凝器重疊安裝示意圖。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

2、低壓循環(huán)貯液桶低壓循環(huán)貯液桶是裝設(shè)在氨泵供液制冷系統(tǒng)中，它的作用是保證充分供應(yīng)氨泵所需的低壓氨液，同時也起氣液分離的作用。其結(jié)構(gòu)如圖5-33所示。貯液桶的進(jìn)氣管與回氣調(diào)節(jié)站總管連接，而出氣管與壓縮機(jī)的吸氣管相接，下部設(shè)有出液管與氨泵進(jìn)液口連接。氨液是通過浮球調(diào)節(jié)閥進(jìn)入桶內(nèi)并保持一定的液面高度，當(dāng)浮球閥損壞時，可用手動節(jié)流閥進(jìn)行供液。圖5-33低壓循環(huán)貯液桶

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、排液桶排液桶的作用是當(dāng)冷庫某些設(shè)備檢修或冷庫的冷卻排管和冷風(fēng)機(jī)沖霜時，將液體制冷劑排入其中。其構(gòu)造如圖5-34所示，它與高壓貯液器的構(gòu)造基本相同，但管路接頭用途不同，桶上降壓管用來降低桶內(nèi)壓力，它與氣液分離器的進(jìn)氣管連接。圖5-34排液桶

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第六十九頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（二）油分離器油分離器的作用是用來分離制冷系統(tǒng)所帶的潤滑油。在制冷裝置中制冷劑氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后處于高溫高壓的過熱蒸氣，氣體排出時流速大、溫度高，致使氣缸壁的潤滑油被霧化帶出，進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器等熱交換設(shè)備中。潤滑油進(jìn)入冷凝器、蒸發(fā)器，管壁上會形成一層油膜，這樣會影響傳熱效率，降低制冷效果。由于上述原因，所以在壓縮機(jī)和冷凝器之間裝設(shè)油分離器，以便將高壓高溫制冷劑蒸氣中的潤滑油分離出去。油分離器根據(jù)工作原理不同可分為慣性式、洗滌式、離心式、過濾式等四種。

1、慣性式油分離器慣性式油分離器的工作原理是采用降低流速，改變氣流方向，使比重較大的油滴分離出來。第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四圖5-35干式氨油分離器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備圖5-35所示為干式氨油分離。它是用鋼板或無縫鋼管焊制而成，外加冷卻水套，這部分冷卻水是利用氣缸套冷卻水的排水，它從油分離器的下部進(jìn)入，上部排出。通過水的冷卻作用，降低了氣體的溫度，使一部分油蒸氣凝結(jié)成油滴，從而提高油分離器的分離效果。

第七十一頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

圖5-36氟利昂油分離器

1—氟利昂氣體進(jìn)口2—氟利昂氣體出口3—濾網(wǎng)

4—手動回油閥5—浮球閥6—回油閥7—殼體第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備

圖5-36氟利昂油分離器。它也是慣性油分離器的一種，其回油管和壓縮機(jī)的曲軸箱連接，進(jìn)氣管的下端增設(shè)過濾層，并設(shè)有浮球閥自動回油裝置。當(dāng)容器底部的油積聚到足夠使浮球閥開啟時，分離器中的油進(jìn)入壓縮機(jī)的曲軸箱中，當(dāng)油位逐漸下降到使浮球閥下落時，閥就自動關(guān)閉。正常運行時，由于浮球閥的反復(fù)工作，因而回油管時冷時熱。回油時管子就熱，停止回油時管子就冷。如果回油管一直冷或一直熱，說明閥已經(jīng)失靈必須檢修，檢修時可使用手動回油閥進(jìn)行回油。第七十二頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四2、離心式油分離器離心式油分離器的工作原理是帶有油蒸氣及油滴的氨氣從切線方向進(jìn)入分離器，自上而下作螺旋運動，在離心力的作用下將較重的油滴甩至內(nèi)壁被分離出來，氨氣則經(jīng)多孔檔液板作再一次分離后從中部排氣管排出。圖5-37所示為離心式氨油分離器圖，分離器內(nèi)焊有螺旋狀的隔板，并在氨氣排出管的底部增設(shè)了多孔擋液板。圖5-37離心式氨油分離器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十三頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

3、洗滌式油分離器圖5-38是洗滌式油分離器，適用氨制冷系統(tǒng)。它是由進(jìn)氣管、出氣管、進(jìn)液管、傘形擋液板和放油管等組成。進(jìn)液管至少應(yīng)比冷凝器出液管低200～300mm，以便氨液可借重力流入油分離器，保證其中液面有一定的高度，其液面應(yīng)高出進(jìn)氣管底端120～150mm。并需保持穩(wěn)定。這種油分離器主要利用冷卻、洗滌將油滴分離出來。高壓過熱氨氣進(jìn)入氨液中被氨液冷卻、洗滌，溫度降低，使油霧結(jié)成較大的油滴下沉到底部，另外，被洗滌氨氣經(jīng)擋液板阻擋作用，可使?jié)櫥瓦M(jìn)一步分離出來。圖5-38洗滌式油分離器

第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十四頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

4、填料式油分離器（又稱過濾式油分離器）圖5-39是填料式油分離器。它的工作原理是氨氣通過填料過濾層把油滴分離出來。它是一種高效油分離器，內(nèi)裝有細(xì)鋼絲網(wǎng)、小瓷環(huán)或金屬切屑等填料，其中以編織的金屬絲網(wǎng)為最佳。洗滌式油分離器為了提高分離效果，也可以在殼體加冷卻水套。

圖5-39填料式油分離器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十五頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（三）氣液分離器氣液分離器又稱氨液分離器，它是安裝在大型的氨制冷系統(tǒng)中，它的作用是將氨氣和氨液分離。氨液在蒸發(fā)器內(nèi)氣化時會產(chǎn)生少量泡沫，加之氨氣在回氣管內(nèi)流速較高，因此部分未蒸發(fā)的氨液液滴容易被氨氣帶走，在被壓縮機(jī)吸入之前，如果不將它分離出來，就會使壓縮機(jī)沖缸。另一方面，送入蒸發(fā)器的氨液，在通過膨脹閥節(jié)流降壓后，也會使部分氨液氣化，如果將這部分氣體與氨液一起送入蒸發(fā)器，則會影響蒸發(fā)器的傳熱效果。它裝設(shè)在蒸發(fā)器與壓縮機(jī)回氣管之間。圖5-40所示為立式氨液分離器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備圖5-40氨液分離器第七十六頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（四）集油器集油器是用來收集氨油分離器、冷凝器、貯液器等設(shè)備內(nèi)的潤滑油。集油器如圖5-41所示。它是由鋼板卷制成的圓筒及封頭焊接而成，其上設(shè)有進(jìn)油口、放油口、頂部回氣管及壓力表接頭等。手動放油最好在系統(tǒng)停止運行時進(jìn)行，這樣，放油效率高、又安全。放油時，首先關(guān)閉進(jìn)油閥和放油閥，開啟回氣閥，壓力降至稍高于大氣壓時，關(guān)閉降壓的回氣閥，開啟進(jìn)油閥，將某個設(shè)備中的潤滑油放在集油器內(nèi)，當(dāng)集油器中的集油量達(dá)到60%～70%時，關(guān)閉進(jìn)油閥，開啟回氣閥，待容器內(nèi)壓力降低后，關(guān)閉回氣閥，開啟放油閥，將集油器中的潤滑油放出。這樣，集油器在低壓條件下放油，既減少了制冷劑的損耗，又保證了操作的安全可靠。圖5-41集油器第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十七頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四

（五）空氣分離器空氣分離器又稱不凝性氣體分離器。通常裝設(shè)在低溫氨制冷系統(tǒng)中，用來分離制冷系統(tǒng)內(nèi)的空氣及其他不凝性氣體。這些氣體主要來源有：

1）在第一次充灌制冷劑前系統(tǒng)中有殘留空氣。

2）補充潤滑油、制冷劑或檢修機(jī)器設(shè)備時，空氣混入系統(tǒng)中。

3）當(dāng)蒸發(fā)壓力低于大氣壓力時，空氣從不嚴(yán)密處滲入系統(tǒng)中。

4）制冷劑和潤滑油分解時產(chǎn)生的不凝性氣體。系統(tǒng)中如果有空氣和其它不凝性氣體存在時，會使冷凝器的傳熱效果變差，壓縮機(jī)的排氣壓力、溫度升高、壓縮機(jī)耗功增加。因此必須將它及時分離出去。目前常用的空氣分離器有兩種，現(xiàn)分別介紹如下：第二節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備第七十八頁，共一百一十二頁，編輯于2023年，星期四1、立式空氣分離器立式空氣分離器如