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1、第五章第五章 压缩式制冷系统的设备和自压缩式制冷系统的设备和自控装置控装置第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 一、冷凝器的种类、构造和工作原理一、冷凝器的种类、构造和工作原理 冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气的热量传递给冷却介质（空气或水）后冷凝为高压液体，以达到制冷循环的目的。冷凝器按其冷却介质的不同，可分为水冷式、空冷式（风冷式）、水-空气冷却式三类。（一）水冷式冷凝器 这一类冷凝器是以水作为冷却介质，常用的冷却水有江水、河水、自来水等。冷却水可以一次流过冷凝器，也可以经过冷却塔冷却后再循环使用。常用的水冷式冷凝器有立式壳管式冷凝器、卧式壳管式冷凝器和套管式冷凝器等，
2、现分别介绍如下。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 1、立式壳管式冷凝器 这种冷凝器的构造如图5-1所示，其外壳是由钢板卷焊而成的大圆筒，上下两端各焊一块多孔管板，板上用胀管法或焊接法固定着许多无缝钢管。冷凝器顶部装有配水箱，箱内设有均水板。冷却水自顶部进入水箱后，被均匀地分配到各个管口，每根钢管 图图5-1 5-1 立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器 图图5-2 5-2 导流管嘴导流管嘴 1导流管嘴 2管板 顶端装有一个带斜槽的导流管嘴，如上页图5-2所示。冷却水通过斜槽沿切线方向流入管中，并以螺旋线状沿管内壁向下流动，在管内壁形成一层水膜，这样可使冷却水充分吸收制冷剂的热量而节省水量
3、。沿管壁顺流而下的冷却水流入冷凝器下部的钢筋混凝土水池内，通常在冷凝器的一侧需装设扶梯，便于攀登到配水箱进行检查和清除污垢。高温高压的氨气从冷凝器上部管接头进入管束外部空间，凝结成的高压液体从下部管接头排至贮液器。此外，在冷凝器的外壳上还设有液面指示器、压力表、安全阀、放空气管、平衡管（即均压管）、放油管和放混合气（即不凝性气体）等管接头，以便与相应的设备和管路相连接。立式壳管式冷凝器的优点是，垂直安装，占地面积小，可安装在室外，无冻结危险，便于清除水垢，而且清洗时不必停止制冷系统的运行，对冷却水的水质要求不高。主要缺点是耗水量大、笨重、搬运不方便，制冷剂在里泄漏不易发现。尽管如此，目前我国大
4、中型氨制冷装置中多采用此种冷凝器。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 2、卧式壳管式冷凝器 图5-3为卧式壳管式冷凝器。卧式壳管式冷凝器用钢板焊成卧式圆筒形壳体，壳体内装有许多根无缝钢管，用焊接或胀接法固定在筒体两端的管板上，两端管板的外面用带有隔板的封盖封闭，使冷却水在筒内分成几个流程。冷却水在管内流动，从一端封盖的下部进入，按顺序通过每个管组，最后从同一端封盖上部流出。这样可以提高冷却水的流动速度，增强传热效果。高压高温的氨气从上部进入冷凝器管间，与管内冷却水充分发生热量交换后，氨气冷凝为氨液从下部排至贮液器。筒体上设有安全阀、平衡管、放空气管和压力表、冷却水进出口等管接头。此外，
5、在封盖上还设有放空气阀和放水阀，在冷凝器开始运转时，可打开放空气阀，以排除冷却水管内的空气，冷凝器检修或停止运转时，可利用放水阀将其冷却水排出。卧式壳管式冷凝器的主要优点是传热系数较高，耗水量较少，操作管理方便，但是要求冷却水的水质要好，清洗水垢时不太方便，需要停止冷凝器的工作。这种冷凝器一般应用在中、小型制冷装置中，特别是压缩式冷凝机组中使用最为广泛。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器图图5-3 5-3 卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 氟利昂用卧式壳管式冷凝器与氨用卧式壳管式冷凝器不同之处在于用铜管代替无缝钢管，由于氟利昂侧放热系数较低，
6、所以在铜管外表面轧成肋片状。此外，由于氟利昂能和润滑油相溶解，润滑油随氟利昂一起在整个系统内循环，所以不需要设放油管接头。冷凝器的下侧还设有一个安全塞，它是用易熔合金制成，当遇火灾或严重缺水时，熔塞自行熔化，氟利昂能自动地从冷凝器排出，避免发生爆炸。3、套管式冷凝器 套管式冷凝器一般用于小型氟利昂制冷机组，例如柜式空调机、恒温恒湿机组等。其构造见下页图5-4。它的外管采用50的无缝钢管，内管套有一根或若干根紫铜管或低肋铜管，内外管套在一起后，用弯管机弯成圆螺旋形。冷却水在内管流动，流向为下进上出，制冷剂在大管内小管外的管间流动，制冷剂由上部进入，凝结后的制冷剂液体从下面流出。制冷剂与冷却水的流
7、动方向相反，呈逆流换热，因此，它的传热效果好。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 套管式冷凝器的优点是结构简单、制造方便、体积小、紧凑、占地少、传热效果好。缺点是冷却水流动阻力大、清洗水垢不方便、单位传热面积的金属消耗量大。图图5-4 套管式冷凝器套管式冷凝器 图图5-5 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （二）空冷式冷凝器 空冷式冷凝器又称风冷式冷凝器，它是用空气作为冷却介质使制冷剂蒸气冷凝为液体。根据空气流动的方式可分为自然对流式和强迫对流式。自然对流冷却的空冷式冷凝器传热效果差，只用在电冰箱或微型制冷机中，强迫对流冷却的冷凝器广泛应用于
8、中小型氟利昂制冷和空调装置。上页图5-5所示为空气冷却式冷凝器，制冷剂蒸气从进气口进入各列传热管中，空气以23m/s的迎面流速横向掠过管束，带走制冷剂的冷凝热，制冷剂液体由下部排出冷凝器。空冷式冷凝器由于空气侧的放热系数较小，其传热系数为：强迫对流式（以外表面积为准）约为2428W/（m2），自然对流式约为79W/（m2）。为了强化空气侧的传热，传热管均采用肋片管。肋片管分为铜管铝片、铜管铜片和钢管铜片，通常采用铜管铝片。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 空冷式冷凝器和水冷式凝器相比较，其优点可以不用水，使冷却系统变得十分简单，因此它适宜于缺水地区或用水不适合的场所（如冰箱、冷藏车等
9、）。一般情况下，它不受污染空气的影响（即一般不会产生腐蚀）。而水冷式冷凝器用冷却塔的循环水时，则水有被污染的可能，进而腐蚀设备。这种冷凝器的冷凝温度受环境温度影响很大。夏季的冷凝温度可高达50左右，而冬季的冷凝温度就很低。太低的冷凝压力会导致膨胀阀的液体通过量减小，使蒸发器缺液而制冷量下降。因此，应注意防止空冷式冷凝器冬季运行时压力过低。也可采用减少风量或停止风机运行等措施弥补。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （三）蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器是以水和空气作为冷却介质。它是利用冷却水喷淋时蒸发吸热，吸收高压制冷剂蒸气的热量，同时利用轴流风机使空气由下而上通过蛇形管使管内制冷剂气体冷凝
10、为液体。根据蒸发冷凝器中轴流风机安装的位置不同可分为吸入式和压送式，其构造见图5-6（a）、（b），它是由换热盘管、供水喷淋系统和风机三部分组成。图图5-6 5-6 蒸蒸发发式冷凝器示意式冷凝器示意图图（a）吸入式 （b）压送式1风机 2淋水装置 3盘管 4挡水板 5水泵 6水盘 7浮球阀补水 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 蒸发式冷凝器的优点：1）与水冷式冷凝器相比，循环水量和耗水量减少。水冷式冷凝器靠水的温升带走制冷剂的热量，1kg水大约带走2535KJ（温升68）的热量，而1kg水蒸发带走2450 KJ的热量，所以理论上蒸发式冷凝器耗水量只是水冷式耗水量的1%。实际上，由于漏
11、水和空气中夹带水滴等的耗水，补水量约为水冷式冷凝器耗水量的5%10%，此外，蒸发式冷凝器中循环水量以能够形成管外水膜为度，水量不需要很大，所以，降低了水泵的耗功率。2）与风冷式冷凝器相比，其冷凝温度低，尤其是干燥地区更明显。蒸发式冷凝器的缺点：1）蛇形盘管容易腐蚀，管外易结垢，且维修困难。2）既消耗水泵功率，又消耗风机功率。但风机和水泵的电耗不是很大，对于每1KW的热负荷，循环水量为0.0140.019kg/S，空气流量为0.0240.048m3/S,而水泵和风机的耗电量为0.020.03KW。蒸发式冷凝器适用于缺水地区，可以露天安装，广泛应用于中小型氨制冷系统。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷
12、凝器和蒸发器 二、冷凝器的选择计算二、冷凝器的选择计算 冷凝器的选择计算主要是确定冷凝器的传热面积，选定适用型号的冷凝器，计算冷却介质（水或空气）的流量，以及冷却介质通过冷凝器时的流动阻力。（一）冷凝器选择的原则 1、对于冷却水水质较差、水温较高、水量充足的地区宜采用立式壳管式冷凝器；2、水质较好，水温较低的地区宜采用卧式壳管式冷凝器；3、小型制冷装置可选用套管式冷凝器；4、在水源不足的地区或夏季室外空气湿球温度较低的地区可采用蒸发式冷凝器；5、冷却水采用循环使用时，应根据制冷装置的要求进行合理的选择。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器（二）冷凝器传热面积的计算 1、冷凝器传热面积的计
13、算公式 冷凝器传热基本方程式 k=KAt （5-1）式中 K冷凝器的热负荷（KW）；K冷凝器的传热系数W/（m2）；A冷凝器的传热面积（m2）；t 冷凝器的传热平均温差（）。因此，冷凝器传热面积计算公式为 K K A=（5-2）Kt 式中 冷凝器的热流密度（W/m2）。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 2、冷凝器的热负荷K 冷凝器的热负荷是指制冷剂在冷凝器中放给冷却水（或空气）的热量。如果忽略掉压缩机和排气管表面散失的热量，那么，高压制冷剂蒸气在冷凝器中所放给冷却水（或空气）的热量应等于制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量（制冷量O），再加上低压制冷剂蒸气在压缩机中压缩成高压制冷剂蒸
14、气所消耗的功转化成热量。这样，冷凝器的热负荷为 K=o+Pi （5-3）由于压缩机的指示功率Pi与制冷量有关，因此上式也可简化为 K=o （5-4）式中冷凝负荷系数。它与冷凝温度tk、蒸发温度to、制冷剂种类等因素有关。蒸发温度愈低，冷凝温度愈高，值就愈大。值可由图5-7、5-8和图5-9查得；也可由制冷工程设计手册中查得。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 图图5-7 R717制冷压缩机冷凝负荷系数制冷压缩机冷凝负荷系数 图图5-8 R12制冷压缩机冷凝负荷系数制冷压缩机冷凝负荷系数 图图5-9 R22制冷压缩机冷凝负荷系数制冷压缩机冷凝负荷系数 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和
15、蒸发器 3、冷凝器的传热系数K 1）对于水冷式（立式壳管式和卧式壳管式）冷凝器，按外表面计算 1 dO 1 K=+R1+（R2+）（5-5）o di W 式中 OW 分别为制冷剂的凝结放热系数和水侧的放热系数W/（m2）；R1R2 分别为油膜热阻和水垢热阻（m2）/W；dodi 分别为传热管的外径和内径（m）。2）采用肋片铜管的壳管式冷凝器，按外表面（包括肋片的面积）计算 1 1 K=+（R2+）（5-6）o W式中 肋干管总效率，对于低肋管=1；外表面与内表面的面积比。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 4、传热平均温差t 制冷剂在冷凝器中
16、冷却冷凝时是一个变温过程。进入冷凝器的制冷剂是过热蒸气，通过与冷却介质发生热量交换，由过热蒸气冷却冷凝为饱和蒸气饱和液体过冷液体。因此，在冷凝器内制冷剂的温度并不是定值，如下页图5-10所示。即分为过热区、饱和区和过冷区三个区。冷却水一侧则由进水温度升高到出水温度，空气也一样。这样计算两者之间的传热平均温差就很复杂，考虑到制冷剂的放热主要在中间的冷凝段，即由饱和蒸气凝结成饱和液体，而此时的温度是一定的，为了简化计算，把制冷剂的温度认定为冷凝温度，因此在计算传热平均温差时应用下面的公式。（5-7）式中 t1t2分别为冷却剂的进出口温度（）；tk制冷剂的冷凝温度（）。由此可见，只要确定制冷剂的冷凝
17、温度tk和冷却介质进出口温度t1、t2，就可求得t。知道了k、K和t之后，即可利用公式（5-2）计算传热面积。各种冷凝器的K值和值见表5-1。图图5-10 冷凝器中制冷剂和冷却剂温度变化示意图冷凝器中制冷剂和冷却剂温度变化示意图（a）无过冷（b）有过冷1过热蒸气冷却 2凝结 3液态制冷剂过冷 4冷却剂温度 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器表5-1 各种冷凝器的k和值表型型 式式传热传热系数系数K/W/（m2K）热热流密度流密度/（W/m2）使用条件使用条件氨冷凝氨冷凝器器立式壳管冷凝器立式壳管冷凝器700-8003500-4500单单位面位面积积冷却水量冷却水量11.7m3/（m2h
18、）卧式壳管冷凝器卧式壳管冷凝器700-9003500-4600单单位面位面积积冷却水量冷却水量0.5-0.9m3/(m2h)蒸蒸发发式冷凝器式冷凝器580-700单单位面位面积积循循环环水量水量0.12-016m3/(m2h),单单位面位面积积通通风风量量300-340m3/(m2h),补补充充水按循水按循环环水量水量5%-10%计计。R12R22冷冷凝器凝器卧式管壳冷凝器卧式管壳冷凝器（肋管）（肋管）870-9304650-5230水流速水流速为为1.72.5 m/s，平均，平均传热传热温差温差57套管式冷凝器套管式冷凝器11003500-4000水流速水流速为为12 m/s风风冷式冷凝器冷
19、式冷凝器24-30230-290空气迎面空气迎面风风速速为为2-3 m/s,平均平均传热传热温差温差812第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （三）冷却介质流量的计算 冷却介质（水或空气）流量的计算是基于热量平衡原理，即冷凝器中制冷剂放出的热量等于冷却介质所带走的热量。K=MCP（t2t1）K M=（5-8）CP（t2t1）式中 K冷凝器的热负荷（KW）；M冷却介质的质量流量（kg/s）；t1、t2冷却介质进口和出口温度（）；CP冷却介质的比热KJ/（kg）,海水的CP=4.312，空气的CP=1.005，淡水的CP=4.186。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 对于冷却介质
20、的进出口温差的确定，应作技术经济分析:（1）提高冷却介质进出口温差，可以提高传热平均温差，对于一定的冷凝负荷，可减少传热面积，显然可以节省设备的初投资，同时可以减少冷却介质的流量，又可减少泵或风机的动力消耗。（2）一般冷却介质的进口温度是由自然条件决定的，所以提高进出口温差实际上是提高出口温度，其结果必然是提高了冷凝温度，因为冷凝温度要比冷却介质的出口温度高35，而冷凝温度升高会使压缩机的耗功率增加，同时还会使压缩机的容积效率降低，排气温度升高。所以在选择冷却介质的进出口温差时必须综合考虑，合理地选择。1）水冷式冷凝器进出口温差一般为 立式壳管式冷凝器 24；卧式壳管式和套管式冷凝器 46。2
21、）空冷式冷凝器进出口温差不宜超过8。3）传热平均温差t可按下列数据选取：水冷式冷凝器 57 空冷式冷凝器 812第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 蒸发式冷凝器传热平均温差可按下式计算 t=tKtpj 式中 tpj空气的平均温度，其取值为进口温度加1。而冷凝温度为 tK=tS+（815）式中 tS夏季空调室外计算湿球温度（）。例5-1 某氨制冷系统、冷凝器用循环水，进水温度t1=31，当蒸发温度tO=-15时，压缩机制冷量O=93100W；试计算卧式冷凝器的传热面积和冷却水量。解 冷凝器的热负荷K 冷却水为循环水，取冷却水温升t=5，出水温度 t2=t1+5=31+5=36，冷凝温度t
22、K 比冷却水平均温度高5，则冷凝温 度 ，可取39，根据图5-7查得=1.245，则 K=1.24593100=115910W第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器传热系数K查表5-1，取K=820W/(m2K)传热平均温差t冷凝器的传热面积A K 115910 A=27.72m2 Kt 8205.1考虑10%的裕量，则A=1.127.72=30.49m2根据产品样本或设备手册,选DWN-32卧式壳管式冷凝器一台,其传热面积A=33.65m2。冷却水流量M K 115910 M=5.54 kg/s(19.93T/h）CP（t2t1）4.186（3631）第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和
23、蒸发器 （四）提高冷凝器换热效率的途径 提高冷凝器换热效率有两个方面，其一是设备制作的优化设计，在设备结构上有利于提高换热效率；其二是设备用户在运行管理中应当排除各种不利因素，使得设备总是处于高效的换热状态，要想达到上述目标，应采取以下措施：1）改变传热表面的几何特征 2）及时排除制冷系统中的混合气体（又称不凝性气体）。3）要及时将系统中的润滑油分离出去。4）要及时清洗水垢。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 三、蒸发器的种类、构造和工作原理三、蒸发器的种类、构造和工作原理 蒸发器也是一种热交换设备，它的作用是低压低温的制冷剂液体在其中蒸发吸热，吸收被冷却物体的热量，以达到制冷的目的。
24、根据供液方式的不同，蒸发器可分为满液式、非满液式、循环式和喷淋式四种，如图5-11所示。图图5-11 蒸发器的种类蒸发器的种类 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器满液式满液式非满液式非满液式循环式循环式喷淋式喷淋式 根据被冷却介质的种类不同可分为冷却液体（水或盐水）的蒸发器和冷却空气的蒸发器。冷却液体的蒸发器：直立管式蒸发器、螺旋管式蒸发器、卧式壳管式蒸发器、盘管式蒸发器。冷却空气的蒸发器：冷却排管、冷风机、直接蒸发式空气冷却器。（一）冷却液体的蒸发器 1、直立管式蒸发器 这种蒸发器如下页图5-12所示。蒸发管组装在一个长方形的钢板水箱内，水箱由钢板焊接而成，其中装有二排或多排蒸发管组
25、，每排蒸发管组由上集管、下集管和许多焊在两集管之间的末端微弯的立管所组成。上集管的一端焊有气液分离器（即粗竖管），分离器下面有一根立管与下集管相通，使分离出来的液滴流回下集管。下集管的一端与集油器相连，集油器的上端接有均压管与吸气管相通。每组蒸发管组的中部有一根穿过上集管通向下集管的竖管，如图中剖面-，这样，保证液体直接进入下集管，并能均匀地分配到各根立管。立管内充满液态制冷剂，其液面几乎达到上集管。制冷剂液体在管内吸收冷冻水的热量后不断气化，气化后的制冷剂通过上集管经气液分离器分离后，液体返回下集管，蒸气从上部引出被压缩机吸走。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器图图5-12 直立管式
26、蒸发器直立管式蒸发器1水箱 2管组 3液体分离器 4集油罐 5均压管 6螺旋搅拌器7出水口 8溢流口 9泄水口 10隔板 11盖板 12保温层第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 冷冻水从上部进入水箱，被冷却后由下部流出。水箱中装有搅拌器和纵向隔板，使水箱中的冷冻水按一定的方向和速度循环流动，通常水流速度为0.50.7m/S。水箱上部装有溢水口，当冷冻水（或盐水）过多时可从溢水口排出。底部又装有泄水口，以备检查清洗时将水放空。直立管式蒸发器传热效果良好，当用于冷却淡水时，其传热系数约为500550w/（mk），冷却盐水时，传热系数约为400450w/（mk），广泛地用于氨制冷系统。为减少
27、冷量损失，水箱底部和四周外表面应作隔热层。这种蒸发器属于敞开式设备，其优点是便于观察、运行和检修。缺点是用盐水作为载冷剂时，与大气接触容易吸收空气中水分降低了盐水浓度，须经常加入固体盐，同时会使腐蚀加快。2、螺旋管式蒸发器 为了降低直立管式蒸发器的高度和提高传热效果，我国一些冷冻机厂生产了螺旋管式蒸发器，并在氨制冷系统中获得广泛的应用。这种蒸发器与直立管式蒸发器的主要区别在于用许多双圈螺旋管代替两集管之间的直立管，因此，当传热面积相同时，其外型尺寸比直立管小，结构紧凑，又可减少焊接的工作量，传热系数比直立管式要大。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 3、卧式壳管式蒸发器 这种蒸发器的构
28、造如图5-13。它的构造与卧式冷凝器相似，其外壳是用钢板焊成圆筒体，在筒体的两端焊有管板，钢管用焊接或胀接在管板上。制冷剂在管外空间气化，载冷剂（冷冻水或盐水）在管内流动，为了保证载冷剂在管内具有一定的流速，在两端盖内铸有隔板，使载冷剂多流程通过蒸发器。制冷剂液体通过浮球阀节流降压后，由壳体下部进入蒸发器内吸收冷冻水或盐水的热量而气化，气化后的制冷剂蒸气上升至干气室（起气液分离作用），分离出的液滴流回蒸发器内，蒸气被压缩机吸走。氨蒸发器壳体底部焊有集油器，沉积下来的润滑油可从放油管放出。图图5-13 卧式壳管式蒸发器卧式壳管式蒸发器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 为了能观察到蒸发
29、器内的液位，在顶部干气室和壳体之间装设一根旁通管，旁通管上的结霜处即表示蒸发器内的液位。为了避免未气化的液体被带出蒸发器，其充液量应该不浸没全部传热表面，一般氨制冷系统，其充液高度约为筒径的70%80%；氟利昂制冷系统，其充液量为筒径的55%65%。卧式壳管式蒸发器传热性能好，结构紧凑，制冷剂为氨时，平均传热温差t为56，蒸发温度在+5-15的范围内，管内水流速=1.0-1.5m/s时，其传热系数约为450-500w/（mk）。但是，当用来冷却普通淡水时，其出水温度应控制在2以上，否则易发生冻结现象，致使传热管冻裂。在氟利昂系统中，目前也使用卧式壳管式蒸发器，所不同的是采用低肋铜管代替光滑钢管
30、，这样可以提高制冷剂的沸腾放热系数。为了使润滑油随制冷剂蒸气返回压缩机，采用干式壳管式蒸发器（属非满液式蒸发器），即制冷剂在管内蒸发吸热，冷冻水在管间流动。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 4、盘管式蒸发器 盘管式蒸发器是小型氟利昂开式循环制冷装置中常用的一种水冷却器，其结构如图5-14所示，它是由若干组铜管盘绕成蛇形管组成。蛇形管用纯铜管弯制，氟利昂液体经分液器从蛇形管的上部进入，气化产生的蒸气由下部导出，蛇形管组沉浸在水（或盐水）箱中，水在搅拌器的作用下，在箱内循环流动。图图5-14 氟利昂蛇管式蒸发器氟利昂蛇管式蒸发器1水箱 2搅拌器 3蛇形管组 4蒸气集管 5分液器 第一节第
31、一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （二）冷却空气的蒸发器 冷却空气的蒸发器主要用于冷藏库、冰柜中，在空调中采用直接蒸发式空气冷却器（又称表冷器）来冷却进入空调房间的空气。在冷藏库中，根据库房采用的冷却方式不同可采用冷却排管或冷风机。一般在自然对流式冷却的库房中设置冷却排管；强制循环式冷却的库房中设置冷风机；混合冷却式库房中则同时采用冷却排管和冷风机。1、冷却排管 根据冷却排管的安装位置不同，可分为墙排管、顶排管、搁架式排管，按传热管表面形式分有光滑排管和肋片排管。（1）盘管式墙排管 这种冷却排管多采用直径为382.2mm的无缝钢管制成，管组中每根管子总长度一般不超过12m，管子中心之间的距离
32、为110220mm，角钢支架的距离为3m。管子根数为双数，以便进液和回气在同一侧，有利于管道的安装连接。在重力供液系统中，氨液从下部进入，氨气则从上部引出。在氨泵供液系统中也可采用上进下出。氨制冷系统中采用的盘管式墙排管有两种类型，一种是光滑盘管，另一种是肋片盘管。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 图5-15所示为光滑盘管式墙排管，它的结构简单，制作方便。图图5-15 光滑盘管式墙排管光滑盘管式墙排管 图5-15所示为光滑盘管式墙排管，它的结构简单，制作方便。在氟利昂制冷系统中采用盘管式墙排管，液体从上部进入，气体从下部排出，从而保证了润滑油在系统中的正常循环。第一节第一节 冷凝器和
33、蒸发器冷凝器和蒸发器（2）立管式墙排管 这种墙排管如图5-16所示。一般采用直径382.2mm或573.5mm的无缝钢管，高度为2.53.5m的竖管组成，管间的中心距离为110130mm，竖管焊接在763.5mm或893.5mm的上、下横管上。氨液从下横管进入，氨气由上横管排出。它的优点是制冷剂气体容易排出，保证了传热效果，其缺点是当墙排管高度较高时，由于液柱静压的作用，从而使下部制冷剂的蒸发温度提高。图图5-16 立管式墙排管立管式墙排管 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （3）顶排管 如图5-17所示。它是吊装在冷藏或冷冻间的顶棚或楼板下面；光滑顶排管是用直径382.2mm的无缝
34、钢管制作，每组排管上各有上下两根集管，下集管进液，上集管回气。图图5-17 光滑顶排管光滑顶排管 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （4）搁架式排管 这种排管主要用于冻结盘装食品，其构造如下页图5-18所示。排管一般采用382.2mm或573.5mm无缝钢管制作，宽度为8001200mm，管子水平间距为100200mm，最低一层排管离地面不小于250mm，根据装放食品盒的高度，每层管子的垂直中心距为200400mm。需要冷冻加工的食品装在冻盘内直接放在搁架上。通常用来冷冻鱼类、禽类等小块食品。氨液从下部进入，从上部排出氨气。这种排管的优点是容易制作，结构紧凑，不需要维修，但是钢材耗量
35、较大，货物进出劳动强度大。图图5-18 搁架式排管搁架式排管第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 2、冷风机 冷风机是由蒸发管组和通风机所组成，依靠通风机强制作用，把蒸发管组制冷剂所产生的冷量吹向被冷却物体，从而达到降低库温的目的。冷风机按其安装位置的不同可分为落地式冷风机和吊顶式冷风机两种。下页图5-19为落地式GN250干式冷风机构造图。在箱体下部装有两组翅片蒸发管组，冷却面积为250m，氨液从管组下部进入，氨气从上部排出，管组的上方设有冲霜淋水管，淋水管的上方配有一个双面进风的离心式通风机。整个冷风机座落在水盘上。在通风机的作用下，空气从下部回风口进入，通过蒸发管组冷却后送出。这种
36、冷风机用于0的冷藏间和预冻间，当用于贮存鲜蛋、水果等食品时，可根据工艺要求，在冷风机出口上增设送风管道，借助于送风口将冷风均匀地送到冷藏间各处。吊顶式冷风机与落地式冷风机工作原理基本相同，前者是吊装在屋顶，这里不再讲述，参见有关设备手册。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器图图5-19 GN250干式冷风机干式冷风机 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 3、直接蒸发式空气冷却器 图5-20所示为空调用直接蒸发式空气冷却器，它一般由4排、6排或8排肋管组成，肋片管一般采用1018mm的铜管，外套约0.20.3mm厚的铝片，片距为24mm。其优点是不用载冷剂，冷损失小，结构紧凑，易于
37、实现自动化控制。但传热系数较低。图图5-20 直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （三）分液器 分液器的作用是保证各管路制冷剂液体分配均匀，平衡各组蒸发排管的压力。下页图5-21是目前常用的五种分液器结构形式。其中（a）所示的是离心式分液器，来自节流阀的制冷剂沿切线方向进入小室，得到充分混合的气液混合物从小室顶部沿径向分送到各路肋管。(b)、(c)为碰撞式分液器，来自节流阀的制冷剂以高速进入分液器后，首先与壁面碰撞使之成为均匀的气液混合物，然后再进入各路肋管。（d）、（e）为降压式分液器，其中（d）是文氏管型，其压力损失较小。这种类型分液器是使
38、制冷剂首先通过缩口，增大流速以达到气液充分混合，克服重力影响，从而保证制冷剂均匀地分配给各个蒸发管组。这些分液器可以水平安装，也可垂直安装，但多为垂直安装。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器图图5-21 典型的分液器示意图典型的分液器示意图（a）离心式分液器 （b）（c）碰撞式分液器（d）（e）降压式分液器 第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 四、蒸发器的选择计算四、蒸发器的选择计算 （一）蒸发器的选型 蒸发器型式的选择应根据载冷剂及制冷剂的种类和供冷方式而定。1）空气处理设备采用水冷式表面冷却器，并以氨为制冷剂时，则可采用卧式壳管式蒸发器。如以R12为制冷剂时，宜采用干式蒸发
39、器。2）如空气处理设备采用淋水室时，宜采用水箱式蒸发器（即直立管、螺旋管、盘管式蒸发器）。在大型的乳制品厂用盐水作载冷剂时，也采用水箱式蒸发器。3）在冷藏库中，一般采用冷却排管和冷风机。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （二）蒸发器的选择计算 1、蒸发器的传热面积A 蒸发器的传热面积按下式计算：0 0 A=（5-9）Kt 式中 0制冷装置的制冷量，即蒸发器的热负荷（KW）。它等于用户的耗冷量与制冷系统本身（即供冷系统）冷量损失之和。用户实际的耗冷量一般由工艺或空调设计给定的，也可根据冷库工艺和空调负荷进行计算，而供冷系统的冷量损失一般用附加值计算。对于直接供冷系统一般附加5%7%，对
40、于间接供冷系统一般附加7%15%；K蒸发器的传热系数W/（m）；t传热平均温差（）；蒸发器的热流密度（W/m）。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器2、蒸发器的传热系数K按传热面的外表面为基准的蒸发器传热系数可用下式计算：1 -1 K=+（5-10）O w式中 O、W分别是管外和管内的放热系数，即一侧为制冷剂 的沸腾放热系数，另一侧为水、盐水或空气的 放热系数W/（mK）；管壁及管壁附着物热阻（mK）/W；肋化系数，管外表面积（含肋片）与管内表面 积之比。对于氨蒸发器，一般都采用光管，可取管外径与管内径之比。通常K值按生产厂家提供的资料选取，也可采用经实际验证的推荐数值。各种蒸发器的传热
41、系数值见表5-2。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 3、传热平均温差t表表5-2 各种蒸发器的各种蒸发器的K和和值值蒸蒸发发器型式器型式传热传热系数系数k/W/（mK）热热流密度流密度/（W/m）备备 注注满满液式液式卧式壳管式卧式壳管式氨氨水水45050022003000t=56=11.5m/s氟利昂氟利昂水水35045018002500t=56=11.5m/s水箱式水箱式氨氨水水50055025003000t=56=0.50.7m/s氨氨盐盐水水40045020002500非非满满液液式式干式壳管干式壳管氟利昂氟利昂水水50055025003000t=56直接蒸直接蒸发发式空气冷
42、却器式空气冷却器氟利昂氟利昂空气空气3040450500以外肋表面以外肋表面为为准准t=1517冷排管冷排管（自然（自然对对流）流）氟利昂氟利昂空气空气812光管光管t=81047以外肋表面积计以外肋表面积计t=810冷冷风风机机（供冷（供冷库库用）用）氟利昂氟利昂空气空气1735第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 传热平均温差可按表5-2选取，也可按下式进行计算：（5-11）式中 t1载冷剂进入蒸发器的温度（）；t2载冷剂出蒸发器的温度（）；t0制冷剂的蒸发温度（）。t1和t2往往是由空凋和冷库工艺确定的，t0是制冷工艺设计中选定的。4、载冷剂的循环量M1 0 M1=（5-12）CP
43、（t1t2）式中 CP载冷剂（水、盐水或空气）的比热kJ/（kgk）；t1、t2载冷剂（水、盐水或空气）进、出蒸发器的温度（）。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 例5-2 有一台8AS12、5型制冷压缩机，在t0=5，tK=40的工况下运行，其制冷量为558KW。选配一台卧式壳管式蒸发器或直立管式蒸发器（即水箱式蒸发器），试计算它们需要多少传热面积。解 确定蒸发器的传热面积按下式计算：0 0 A=Kt 1、卧式壳管式蒸发器：（=2600 W/m）558 A=1000=215 m 2600 2、直立管式蒸发器（=2800 W/m）558 A=1000=156 m 2800 第一节第一节
44、 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器 （三）提高蒸发器传热效率的途径 影响蒸发器换热的因素除了制冷剂本身的物理性质及传热表面的几何特征外，在实际设计和运行中也有一些需要考虑的问题。为强化蒸发器中的传热，应采取以下措施：1）在氨制冷系统中的蒸发器，要定期排放油污。否则传热面上油膜太厚，会影响其传热效果。2）适当提高载冷剂的流速，这样可以提高载冷剂一侧的放热系数。3）及时清除载冷剂侧水垢。4）要防止蒸发温度过低，避免在传热面上结冰。5）在冷藏库中，冷却排管和冷风机要定期除霜，以免霜层结厚增加传热热阻，影响其传热效果。第一节第一节 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助
45、设备 一、节流机构一、节流机构 节流机构是制冷装置的重要部件，是制冷系统的四大部件之一。它的作用是：1）对高压制冷剂液体进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的制冷剂液体在低压下蒸发吸热，从而达到制冷的目的。2）调节进入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷的变化，使制冷装置更加有效地运行。节流机构的形式很多，结构也各不相同，常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球膨胀阀、热力膨胀阀及毛细管等。在大、中型制冷装置中常用的节流机构有：手动膨胀阀、浮球膨胀阀、热力膨胀阀。在小型制冷装置（如电冰箱）中节流机构采用毛细管。（一）手动膨胀阀 手动膨胀阀又称节流阀或调节阀。手动膨胀阀的结构与普
46、通截止阀相似，与截止阀的主要区别是阀芯为针形锥体或带V形缺口的锥形，如图5-22所示。阀杆采用细牙螺纹，便于微量启闭阀芯。当转动阀杆上面的手轮时，就能保证阀门的开启度缓慢地增大或关小，以适应制冷量的调节变化。手动膨胀阀的开启度为手轮旋转的1/81/4周，不能超过一周。如果开启过大，起不到节流降压的作用。图图5-22 手手动动膨膨胀阀阀胀阀阀芯芯（a）针形阀芯（b）具有V缺口的阀芯 第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备 （二）浮球膨胀阀 浮球膨胀阀是一种自动膨胀阀，它的作用是根据满液式蒸发器液面的变化来控制蒸发器的供液量，同时进行节流降压，也可控制蒸发器的液面高度。浮球膨胀阀根据节
47、流后的液体制冷剂是否通过浮球室而分为直通式和非直通式两种，如图5-23和图5-24所示。图图5-23 直通式浮球阀直通式浮球阀 图图5-24 非直通式浮球阀非直通式浮球阀1液体进口 2阀针 3支点 1液体进口 2阀针 3支点 4浮球 5液体连通管 4浮球 5液体连通管 6气体连通管 6气体连通管 7节流后的液体出口第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备 这两种浮球膨胀阀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，去控制一个阀门的开启或关闭。直通式直通式浮球膨胀阀与非直通式浮球膨胀阀的主要区别是：直通式浮球阀节流后的制冷剂液体通过浮球室，然后由液体平衡管进入蒸发器。其优
48、点是构造简单。缺点是浮球室液面波动和冲击很大，容易使浮球阀失灵，其次需较大口径的平衡管。非直通式浮球阀节流后的制冷剂液体不通过浮球室，而是通过管道直接进入蒸发器。其优点是浮球室液面平稳，但构造和安装比较复杂。第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备 浮球膨胀阀一般安装在蒸发器，气液分离器、中间冷却器前液体管路上。图5-25为氨浮球阀接管示意图。图图5-25 氨浮球阀接管示意图氨浮球阀接管示意图 第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备 （三）热力膨胀阀 热力膨胀阀与浮球膨胀阀不同的是：它是靠控制蒸发器出口处制冷剂蒸气的过热度来控制蒸发器的供液量。同时起节流降压作用。热力膨胀
49、阀用于氟利昂制冷系统（即非满液式蒸发器中）。它主要由热力膨胀阀、毛细管、感温包组成。热力膨胀阀根据膜片下部的气体压力不同可分为内平衡式热力膨胀阀和外平衡式热力膨胀阀。若膜片下部的气体压力为膨胀阀节流后的制冷剂压力称为内平衡式热力膨胀阀；若膜片下部的气体压力为蒸发器出口的制冷剂压力称为外平衡式热力膨胀阀。1、内平衡式热力膨胀阀 图5-26是内平衡式热力膨胀阀的工作原理图。从图中可以看出，它是由阀芯、阀座、弹性金属膜片、弹簧、感温包和调整螺丝等组成。阀体装在蒸发器的供液管路上，感温包紧扎在蒸发器的回气管路上，感温包内充有与制冷系统相同的液态制冷剂。第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备
50、 1、内平衡式热力膨胀阀 图5-26是内平衡式热力膨胀阀的工作原理图。从图中可以看出，它是由阀芯、阀座、弹性金属膜片、弹簧、感温包和调整螺丝等组成。阀体装在蒸发器的供液管路上，感温包紧扎在蒸发器的回气管路上，感温包内充有与制冷系统相同的液态制冷剂。图图5-26 内平衡式热膨胀阀内平衡式热膨胀阀1阀芯 2弹簧金属膜片 3弹簧 4调整螺丝 5感温包 第二节第二节 节流机构和辅助设备节流机构和辅助设备 作用在弹簧金属膜片上的力主要有三个：P1阀后制冷剂的蒸发压力，作用在膜片下部，其作用方向向上，使阀门向关闭方向移动。P2弹簧力，作用在膜片下部，其作用方向向上，使阀门向关闭方向移动。弹簧力的大小可以通