制冷裝置的換熱設備

第一節冷凝器的種類和工作原理

冷凝器將制冷劑氣體冷卻液化，以便循環使用。冷凝器按冷卻方式空氣冷卻式（風冷卻式）水冷卻式蒸發式空氣冷卻式冷凝器中根據管外空氣流動方式自然對流空氣冷卻式冷凝器強制對流空氣冷卻式冷凝器一、水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般循環使用，但系統中需設有冷卻塔。水冷式冷凝器按其結構形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種。（一）立式殼管式冷凝器1、工作過程制冷劑蒸氣：管外流動，上進下出冷卻水：管內流動，上進下出2、立式殼管式冷凝器的主要特點是：

1）由于冷卻水流量大流速高，故傳熱系數較高，一般K=600～700(kcal/m2.℃)。

2）垂直安裝占地面積小，且可以安裝在室外。

3）冷卻水直通流動且流速大，管內水垢易清除，且不必停止制冷系統工作，故對水質要求不高，一般水源都可以作為冷卻水。

4）但因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有2～4℃，對數平均溫差一般在5～6℃左右，故耗水量較大。且由于設備置于空氣中，管子易被腐蝕。3、應用：大中型氨制冷系統（二）臥式殼管式冷凝器它與立式冷凝器有相類似的殼體結構，主要區別在于殼體的水平安放和水的多路流動。

氨臥式殼管式冷凝器流程：1、工作過程：制冷劑蒸氣：管外冷凝，上進下出冷卻水：管內流動，下進上出，同側，多流程2、特點1）冷卻水用量較少2）對冷卻水質要求較高3）水平安裝占地面積大3、應用：廣泛地用于氨制冷系統，也可以用于氟利昂制冷系統。冷水機組（三）套管式冷凝器1、工作過程：氟利昂套管式冷凝器制冷劑蒸氣：上進下出，內、外管間流動冷卻水：下進上出，內管流動，多流程，2、特點優點：結構簡單，便于制造，且因系單管冷凝，介質流動方向相反，故傳熱效果好，當水流速為1～2m/s時傳熱系數可達800kcal/(m2.℃)。缺點：金屬消耗量大，而且當縱向管數較多時，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外，清洗困難，并需大量連接彎頭。3、應用：小型氟利昂空調機組仍廣泛使用套管式冷凝器二、風冷式冷凝器

空氣冷卻式冷凝器是以空氣作為冷卻介質，靠空氣的溫升帶走冷凝熱量的。根據空氣流動方式不同，可分為自然對流式和強迫對流式兩種。自然對流空氣冷卻式冷凝器a)絲管式b)百葉窗式c)內藏式空氣強制對流冷凝器1-肋片2-傳熱管3-上封板4-左端板5-進氣集管6-彎頭7-出液集管8-下封板9-前封板10-通風機11-裝配螺釘注意：排數2－6排。機組多面進風：V或U形1、工作過程：制冷劑蒸氣：管內冷凝，上進下出，多流程空氣：管外流動，橫向掠過2、特點結構簡單，但冷卻效果差于水冷卻式。3、應用：這種冷凝器適用于極度缺水或無法供水的場合，常見于小型氟利昂制冷機組。三、蒸發式冷凝器空氣冷卻和水冷卻相結合。工作過程：制冷劑蒸氣：管內冷凝，上進下出，多流程，冷卻水：管外噴淋，上進下出，空氣：管外流動，下進上出，第四節蒸發器種類和工作原理

蒸發器是制冷機中的冷量輸出設備。制冷劑在蒸發器中蒸發，吸收介質（水或空氣或其它液體）的熱量，達到制冷的目的。冷卻液體（水或其它液體）蒸發器干式殼管式蒸發器

滿液式殼管式蒸發器冷卻空氣的蒸發器空氣自然對流空氣強制對流一、滿液式殼管式蒸發器

臥式滿液式蒸發器結構1、工作過程：制冷劑液體：管外汽化，下進上出冷凍水：管內流動，下進上出，同側，多流程2、特點：1）沸騰有溫差2）回油困難3）制冷劑充注量大，80%左右4）傳熱管凍裂5）容易造成液擊3、應用：氨制冷系統，冷水機組

二、干式殼管式蒸發器干式殼管蒸發器結構1、工作過程：制冷劑液體：管內汽化，下進上出，同側，多流程冷凍水：管外流動，上進上出，多流程2、特點：1）沸騰溫差小2）回油較容易3）制冷劑充注量少4）傳熱管凍裂可能性小5）不易造成液擊3、應用：氟利昂系統

三、冷卻空氣的蒸發器1、空氣自然對流

2、空氣強制對流1、工作過程：制冷劑液體：管內流動，多路進出空氣：管外流動，橫向掠過2、應用：家用冰箱、空調、除濕機等

其他附件：節流機構和輔助設備第一節節流機構作用：a）使高壓常溫的制冷劑液體在經節流機構時節流降壓，變為低壓低溫的制冷劑濕蒸汽,進入蒸發器，在蒸發器內蒸發吸熱，從而達到制冷降溫的目的。降溫降壓。b）調整流入蒸發器的制冷劑流量，使制冷劑流量始終與蒸發器的熱負荷相匹配。這樣既能保證蒸發器傳熱面積的充分利用，又可以防止壓縮機出現液擊沖缸現象。調節流量。基本原理：使高壓液態制冷劑受迫流過一個小過流截面，產生合適的局部阻力損失(或沿程損失)，使制冷劑壓力驟降，與此同時一部分液態制冷劑汽化，吸收潛熱，使節流后的制冷劑成為低壓低溫狀態。降溫降壓。

常用的節流機構：手動膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、毛細管等。一、熱力膨脹閥（一）內平衡式熱力膨脹閥1、基本結構和工作原理熱力膨脹閥實物圖感應部分、傳動部分、執行部分、調節部分工作原理：pl——閥后制冷劑的壓力，作用在膜片下部，使閥門向關閉方向移動；p2——彈簧作用力，也施加于膜片下方，使閥門向關閉方向移動，其作用力大小可通過調整螺絲予以調整；p3——感溫包內制冷劑的壓力，作用在膜片上部，使閥門向開啟方向移動，其大小取決于感溫包內制冷劑的性質和感溫包感受的溫度。對于任一運行工況，此三種作用力均會達到平衡，即p1＋p2=P3，此時，膜片不動，閥芯位置不動，閥門開度一定。制冷劑流量一定。如何實現一定的過熱度？R22：P1=0.584MPat0=tA=5octc=10oc

P3=0.681MPaP2=0.097MPa若P2>0.097,其它不變，則tc>10oc,過熱度大于5度.適應蒸發器負荷的制冷劑流量調節過程：1）當蒸發器負荷增加時，流量還來不及調節，汽化段縮短，過熱段延長，出口過熱度增加，這時，P3增大，p1＋p2<P3，膜片下移，開啟度增加，流量增加，適應負荷需要，隨著流量增加，P3減小，最終，p1＋p2=P3達到平衡。（動態平衡）2）當蒸發器負荷減小時，流量還來不及調節，汽化段延長，過熱段縮短，出口過熱度減小，這時，P3減小，p1＋p2>P3，膜片上移，開啟度減少，流量減少，適應負荷需要，隨著流量減少，P3增大，最終，p1＋p2=P3達到平衡。（動態平衡）（二）外平衡式熱力膨脹閥1、基本結構與工作原理：與內平衡式熱力膨脹閥不同之處：P1不同.?若假設蒸發器壓力降為0.036MPa，則Pc=0.584-0.036=0.548MPa,飽和溫度為3oc，1）采用內平衡式熱力膨脹閥，tc=10oc，過熱度為7oc；2）采用外平衡式熱力膨脹閥，P3＝0.097+0.548＝0.645MPa,感溫包感受出口溫度為8oc，過熱度為5oc。

一般情況下，R22蒸發器壓力降ΔP0達到下表

4.2所規定的值時，應采用外平衡式熱力膨脹閥。此外，使用帶分液器的蒸發器時，也應使用外平衡式熱力膨脹閥，即將分液器引起的壓降按ΔP0處理，才能保證蒸發器的工作能力得以正常發揮。（三）安裝熱力膨脹閥時應注意的問題①膨脹閥應正立式安裝，不允許倒置。②感溫包安裝在蒸發器的出氣管上，緊貼包纏在水平無積液的管段上，外加隔熱材料纏包，或插入吸氣管上的感溫套內。③當水平回氣管直徑小于22mm時，感溫包可扎在回氣管頂部；當水平回氣管直徑大于22mm時，感溫包可扎在回氣管下側45°處，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫。④外平衡膨脹閥的平衡管一般都安裝在感溫包后面100mm處的回氣管上，并應從管頂部引出，以防潤滑油進入閥內。⑤一個系統中有多個膨脹閥時，外平衡管應接到各自蒸發器的出口。二、浮球式膨脹閥（一）基本結構和工作原理三、熱電膨脹閥（電動膨脹閥）

熱電膨脹閥也稱電動膨脹閥。它是利用熱敏電阻的作用來調節蒸發器供液量的節流裝置。熱電膨脹閥的基本結構以及與蒸發器的連接方式如圖所示。熱敏電阻具有負溫度系數特性，即溫度升高，電阻減小。它直接與蒸發器出口的制冷劑蒸氣接觸。在電路中，熱敏電阻與膨脹閥膜片上的加熱器串聯，電熱器的電流隨熱敏電阻值的大小而變化。當蒸發器出口制冷劑蒸氣的過熱度增加時，熱敏電阻度升高，電阻值降低，電加熱器的電流增加，膜室內充注的液體被加熱而溫度增加，壓力升高，推動膜片和閥桿下移，使閥孔開啟或開大。當蒸發器的負荷減小，蒸發器出口蒸氣的過熱減小或者變成濕蒸氣時，熱敏電阻被冷卻，閥孔就關小或關閉。這樣熱電膨脹閥可以控制蒸發器的供液量，使其與熱負荷相適應。四、毛細管（一）基本結構和工作原理1、制冷工程中一般稱內徑0.5～2mm左右，長度在1～4m左右的紫銅管為毛細管。2、它主要是靠其管徑和長度的大小來控制液體制冷劑的流量以使蒸發器能在適當的狀況下工作。1)當管徑一定時，流體通過的管道短則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。2)當長度一定時，流體通過的管徑大則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。當毛細管入口為過冷液體時，1－2段壓力下降，溫度變化不大，到2點時變為某一壓力下的的飽和液體；管中出現氣泡，變為氣液兩相流動（濕蒸氣），壓力、溫度急劇下降。若毛細管入口為飽和液體或濕蒸氣時，無液體段，1、2點重合，2點后的變化相同。3、毛細管的長度與直徑的選擇：1）計算法有關文獻中關于毛細管的長度與直徑的經驗公式，現介紹作為參考：

L-------毛細管長度，mDi－－－－毛細管直徑，mm2）圖表法在選配時根據已知條件通過線圖近似地選擇毛細管的參數。圖4示出了R22、R12毛細管初步選擇曲線圖。若已知一R22制冷裝置制冷量Qo=697.8W.在圖中可以有A、B、c三個反映毛細管參數的點，即得到3種長度和內徑的毛細管，即di為0.8、0.9和1.0mm，長度L為0.9、1.5和2.8m，可從此3個結果中選取一種作為初選毛細管尺寸。（二）特點優點：結構簡單、無運動部件、價格低廉、壓縮機停機后，容易達到壓力平衡，減輕啟動負荷。缺點：調節性能差。影響制冷劑流量（供液量）的因素：A、毛細管的幾何尺寸（長度、內徑）長度長、內徑小，流量小B、入口制冷劑的參數（溫度、壓力）壓力大，流量大C、蒸發壓力P0當P0＞Pc（臨界壓力）時，流量隨P0減小而增加；當P0＝Pc（臨界壓力）時，流量最大；當P0＜Pc（臨界壓力）時，流量不變。適用：蒸發溫度變化范圍不大、負荷比較穩定的制冷裝置。比如家用冰箱、空調等第二節輔助設備一、油分離器1、原因：在蒸汽壓縮式制冷系統中，經壓縮后的氨蒸汽(或氟利昂蒸汽)，是處于高壓高溫的過熱狀態。由于它排出時的流速快、溫度高,汽缸壁上的部分潤滑油，由于受高溫的作用難免成油蒸汽及油滴微粒與制冷劑蒸汽一同排出。且排汽溫度越高、流速越快，則排出的潤滑油越多。若潤滑油隨壓縮機排出的制冷劑蒸氣進入制冷循環，則會產生以下不良影響：1）由于氨與油互不相溶，所以當潤滑油隨制冷劑一起進入冷凝器和蒸發器時會在傳熱壁面上凝成一層油膜，使熱阻增大，從而會使冷凝器和蒸發器的傳熱效果降低，降低制冷效果。據有關資料介紹在蒸發表面上附有0.1mm油膜時，將使蒸發溫度降低2.5℃，多耗電11～12％。2）對于氟利昂制冷系統，可溶于潤滑油，潤滑油滯留在蒸發器中，影響換熱效果。3）進入節流機構時，由于溫度不斷降低，潤滑油可能析出石蠟而將閥孔堵塞。2、作用：將夾雜在壓縮機排氣中的潤滑油蒸氣大部分分離出來，并設法送回壓縮機。3、位置：壓縮機至冷凝器之間的排氣管道上。4、基本結構與工作原理：基本工作原理：主要就是利用A）潤滑油和制冷劑蒸氣的密度不同；B）通道截面突然擴大，氣流速度驟降(油分離器的筒徑比高壓排氣管的管徑大3～15倍，使進入油分離器后蒸氣的流速從原先的10～25m/s下降至0.8～1m/s)；C）改變流向，使密度較大的潤滑油分離出來沉積在油分離器的底部；D）利用離心力將油滴甩出去，E）采用氨液洗滌，或用水進行冷卻降低氣體溫度，使油蒸汽凝結成油滴，F）設置過濾層。1）離心式油分離器的油分離效果較好，適用于大型制冷系統。壓縮機的排氣經油分離器進氣管沿切線方向進入筒內，隨即沿螺旋導向葉片高速旋轉并自上而下流動。借離心力的作用將排氣中密度較大的油滴拋在筒壁上分離出來，沿壁流下，沉積在筒底部。蒸氣經筒體中心的出氣管內多孔板引出。筒側裝有浮球閥，當油面上升到上限位時，潤滑油通過浮球閥打開閥芯，自動向壓縮機曲軸箱或集油器排油。有的在油分離器外部還設有冷卻水套，使混合汽體在其中又受到冷卻水的冷卻并通過降低流速和改變流向的作用，進一步得到分離。2)慣性式油分離器：當壓縮機排出的高壓制冷劑氣體進入分離器后，由于過流截面較大，氣體流速突然降低并改變方向，加上進氣時幾層金屬絲網的過濾作用，即將混入氣體制冷劑中的潤滑油分離出來，并下滴落聚集在容器底部。當聚集的潤滑油量達一定高度后，則通過自動回油閥，回到壓縮機曲軸箱。3）洗滌式油分離器在工作時主要是利用混合氣體在氨液中被洗滌和冷卻來分離油，同時還利用降低氣流速度與改變氣流運動方向，油滴自然沉降的分離作用。其中洗滌和冷卻作用對洗滌式油分離器的分油效率影響最大，因此筒體內必須保持一定高度的氨液。洗滌式油分離器中的氨液一般是由冷凝器供給，為了保證油分離器內有足夠高度的氨液，它的進液管應比冷凝器出液口位置低240～250mm，另外它一般裝在機房外，緊靠冷凝器的地方，這樣可以多臺壓縮機共同用一個油分離器。4）填料式油分離器（過濾式油分離器）的結構如圖所示。在鋼板卷焊而成的筒體內裝設填料層，填料層上下用二塊多孔鋼板固定。填料可以是陶瓷杯，金屬切屑或金屬絲網，以金屬絲網效果最佳。當帶油的制冷劑蒸氣進入筒體內降低流速后，先通過填料吸附油霧，沿傘形板擴展方向順筒壁而下，然后改變流向從中心管返回頂腔排出。分離出的油沉積在它的底部，再經過浮球閥或手動閥排回壓縮機曲軸箱。由上述可見，這種油分離器的分油是依靠降低流速、填料吸附及改變氣流方向來實現的，其中以填料層的吸附作用為主。與洗滌式油分離器相比，填料式油分離器的分油效率較高，可達95％(洗滌式為80～85％)，安裝位置較緊湊且對安裝位置及安裝高度沒有嚴格的要求，可以多臺壓縮機共同用一臺油分離器，故填料式油分離器現已廣泛用于氨制冷系統中。但填料式油分離器對氣流的阻力較大，要求筒內制冷劑蒸氣