第四章冷凝器与蒸发器

第四章制冷装置的换热设备2蒸发器和冷凝器的重要性制冷系统四大部件之中的两大部件吸热设备（蒸发器）放热设备（冷凝器）制冷系统换热器的特殊性（与其他热力换热器相比）工作压力和温度范围比较窄介质间的传热温差小换热器与压缩机需要匹配（对系统冷凝温度和蒸发温度有决定性作用）决定制冷系统冷重比(制冷量/重量)的关键3本章的主要内容介绍冷凝器与蒸发器的种类、形式、结构，适用范围明确换热器设计的基本思想和需要注意的问题传热温差（换热面积、空气与水流速选择）主要热阻（管内外换热系数的计算公式）压力损失（最佳流速的确定）认真看书，了解换热器的热力计算方法（课堂上不讲）4第一节冷凝器的种类和工作原理水冷冷凝器卧式壳管冷凝器立式壳管冷凝器套管式冷凝器焊接板式冷凝器风冷冷凝器蒸发式冷凝器（淋水式冷凝器）5一.水冷式冷凝器冷却水来源冷却塔应用最广泛深井水海水或河水特点冷凝温度低相同换热面积排热量大（换热系数大）多用于大中型制冷机组要求有冷却水源61.卧式壳管冷凝器管外制冷剂管内冷却水材料：氨钢光管氟利昂低肋螺纹铜管气体制冷剂液体制冷剂冷却水放油孔(氨)安全阀71.卧式壳管式冷凝器的特点使用最广泛，多用于大、中、小型制冷机组，结构紧凑冷媒为氨或氟利昂传热系数高水侧多管程，冷却水温升一般为4~6℃冷却水耗量少对冷却水水质要求高，清洗不方便水侧流动阻力大82.立式壳管冷凝器管外：制冷剂管内：冷却水广泛用于氨制冷系统进气管出液管放空气管平衡管放油管安全阀提高传热性能的措施导流管嘴进气管接在中上部92.立式壳管式冷凝器的特点一般用于大、中型氨制冷系统传热系数低于卧式，传热温差4~6℃可安装在室外容易清水垢，故对冷却水水质要求不高占地面积小，但体积大冷却水耗量大，冷却水温升2~3℃需要高的操作平台103.套管式冷凝器外套管为55mm无缝钢管,内套管为铜管外套管：冷却水内套管：制冷剂外套管：制冷剂内套管：冷却水113.套管式冷凝器的特点多用于冷量小于40kW的氟利昂制冷机组传热效果好结构简单，易加工可套在全封闭压缩机上，结构紧凑冷却水流动阻力大金属耗量大124.板式冷凝器的特点可以兼做蒸发器（广泛应用于风冷热泵机组，制冷时为蒸发器，制热时为冷凝器）优点：传热效率高，体积小缺点：易堵塞，价格昂贵进水出水出制冷剂进制冷剂135.水冷式冷凝器的传热温差TF制冷剂水14风冷式冷凝器的特点适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和汽车空调传热系数低气温高时冷凝压力高不需要配冷却水系统露天布置，不需要机房翅片清洗不便15风冷式冷凝器的传热温差TF制冷剂空气（R22）16三、蒸发式冷凝器17蒸发式冷凝器的特点兼备水冷式和风冷式的优点适用于中、小型氨和氟利昂制冷机组传热系数比较高，冷凝温度低耗水量少露天布置，不需要机房造价高清洗、维修均较麻烦18蒸发式冷凝器的传热温差TF制冷剂冷却介质192.影响冷凝器传热性能的因素（1）机理制冷剂侧凝结换热冷却介质侧风冷/水冷式：对流换热蒸发冷凝式：蒸发换热202.影响冷凝器传热性能的因素（2）冷却介质侧冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵/风扇能耗小最佳流速水：0.8~1.2m/s(氨),2.5m/s(氟利昂)空气：2～4m/s（再大起不了作用！）冷却介质传热面积垢水冷式：水垢、锈蚀风冷式：灰尘、锈蚀212.影响冷凝器传热性能的因素（3）制冷剂侧流态：过热蒸气－饱和蒸气－两相－饱和液态－过冷液凝结形式膜状凝结：换热系数小珠状凝结：换热系数大立式冷凝器下部液膜增厚，传热系数降低冷凝壁面的表面状态壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大222.影响冷凝器传热性能的因素（3）制冷剂侧传热面油膜的影响氨冷凝器会沉积润滑油膜不凝气体的影响制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时，冷凝温度升高聚集的气膜会降低传热系数占据换热空间，减小传热面积232.影响冷凝器传热性能的因素（4）冷凝器热阻的大致分配R总＝R介质＋R管壁＋R制冷剂＋R污垢R总：卧0.0008立0.0013套管0.0009风冷0.036蒸发0.0014冷却介质侧水冷式冷凝器R污垢=0.00018~0.0005风冷式冷凝器R污垢=0.0001~0.0003制冷剂侧氨冷凝器R污垢=0.00035~0.0006242.影响冷凝器传热性能的因素（4）冷凝器热阻的大致比例水冷式冷凝器传热热阻比例冷却水制冷剂污垢管壁25第三节冷凝器的设计计算已知条件：传热介质流量及其进出口温度计算内容：确定传热面积和结构尺寸传热公式：kcmKAt26一、冷凝器热负荷的确定0kiP0kinP1.对于开启式压缩机2.对于全封闭式压缩机0()kkABt经验公式：27二、传热平均温差2112lnmkkttttttt三、传热系数1.计算公式2.推荐值28第四节蒸发器的种类冷水器(cooler)：以水作载冷剂壳管式满液式干式水箱式直接蒸发式空气冷却器：直接冷却空气强制通风式自然对流式（冰箱蒸发器等）29一、满液式蒸发器1.卧式壳管蒸发器管外：制冷剂管内：冷冻水液面高度氨：70～80％氟利昂：55%~65%30卧式壳管蒸发器的特点广泛用于氨制冷系统，近年来也渐渐用于R22制冷系统结构紧凑，占地面积小载冷剂可采用闭式循环，可采用易挥发的载冷剂易积油载冷剂易发生冻结。冷却普通淡水时，出水温度应控制在2℃以上采用浮球阀供液312.水箱式蒸发器：立管式水箱管内：制冷剂管外：冷冻水322.水箱式蒸发器：螺旋管式水箱管内：制冷剂管外：冷冻水332.水箱式蒸发器：盘管式水箱管内：制冷剂管外：冷冻水342.水箱式蒸发器的特点占地面积大，结构不紧凑，用于非整体机组的系统直立管和螺旋管式适用于氨制冷系统，盘管式适用于氟利昂系统有蓄冷能力只能使用非挥发性载冷剂易积油35二、非满液式蒸发器1.干式蒸发器管内：制冷剂管外：冷冻水36干式壳管蒸发器管内：制冷剂管外：冷冻水直管式37干式壳管蒸发器U型管式38干式壳管蒸发器的特点适用于氟利昂系统(易于回油)结构紧凑，可用于冷水机组载冷剂不易冻结制冷剂充注量少(系统可不设贮液器)可用热力膨胀阀供液装配工艺较复杂39直接蒸发器的特点适用于冷库和空调设备家用空调器组合式空调机组小型风系统户式中央空调系统不需要载冷剂，冷损失少结构紧凑控制方便40第五节蒸发器的热工性能1.不同蒸发器的传热性能比较蒸发器形式K(W/m2K)满液式卧式壳管式氨－水550－650氟利昂－水500－600干式干式壳管式氟利昂－水450－550直接蒸发空气冷却氟利昂－空气30－45冷排管（自然对流）氟利昂－空气（以空气侧为准）约14412.影响蒸发器传热性能的因素（1）机理制冷剂侧蒸发换热冷却介质侧冷水器：水或载冷剂直接蒸发式：空气，强制和自然对流422.影响蒸发器传热性能的因素（2）冷却介质侧冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵/风扇能耗小最佳流速水：0.8~1.2m/s(氨),2.5m/s(氟利昂)空气：2～4m/s冷却介质传热面积垢冷水器：水垢、锈蚀直接蒸发式：灰尘、锈蚀432.影响蒸发器传热性能的因素（3）制冷剂侧蒸发过程中的流型层状流环状流雾状流强化传热措施小径化气化核心（微型沟槽蒸发器）442.影响蒸发器传热性能的因素（4）蒸发器热阻的大致比例R总＝R介质＋R管壁＋R制冷剂＋R污垢R总：卧0.0008套管0.0009风冷0.036冷却介质侧水冷式蒸发器R污垢=0.00018~0.0005风冷式蒸发器R污垢=0.0001~0.0003制冷剂侧氨蒸发器R污垢=0.00035~0.000645第七节其他换热设备一、再冷器46思考题1.制冷剂在冷凝器与蒸发器内的换热机理有何不同？2.制冷剂在满液式蒸发器内是完全充满的吗？3.为什么空冷式蒸发器多是翅片管，较少采用光滑管？47作业2.已知直接蒸发式翅片盘管蒸发器制冷剂侧换热面积为15m2，空气侧管壁换热面积13.5m2，空气侧翅片的扩展换热面积144m2，制冷剂侧与空气侧的换热系数分别为1300W/m2K和48W/m2K，翅片效率为0.64，求此蒸发器的UA值。