第四章
第四章 制冷热交换器
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在蒸气压缩式制冷装置中
? 压缩机 作为 主机
? 一类是 主要设备, 冷凝器, 蒸发器, 节流机构 等,
这些是完成制冷循环必不可少的设备;
? 另一类是 辅助设备, 各种贮存, 分离 和 安全保护
等设备,这些设备的作用是改善制冷系统的工作
条件,提高系统运行的经济性和安全可靠性。
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第一节 冷凝器
冷凝器的 作用,
是将压缩机排出的高温、高压制
冷剂过热蒸气 冷却 及 冷凝成液体 。制
冷剂在冷凝器中放出的热量由冷却介
质(水或空气)带走。
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一、冷凝器的分类
水冷式冷凝器
冷凝器中制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以
一次流过,也可以循环使用。当循环使用时,需设置冷
却塔或冷却水池。水冷式冷凝器分为 壳管式, 套管式,
板式, 螺旋板式 等几种类型。
空气冷却式冷凝

通常,空气冷却式冷凝器也叫风冷式冷凝器。
空气在冷凝器管外流动,冷凝器中制冷剂放出
的热量被空气带走,制冷剂在管内冷凝。这类
冷凝器中有 自然对流空气冷却式 冷凝器和 强制
对流空气冷却式 冷凝器。
水和空气联合冷
却式冷凝器
冷凝器中制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气
带走,冷却水在管外喷淋蒸发时,吸收气化潜热,
使管内制冷剂冷却和冷凝。因此耗水量少。这类
冷凝器中有 淋水式 冷凝器和 蒸发式 冷凝器两种类
型。
第四章
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二、冷凝器的结构
水冷式冷凝器
立式壳管式冷凝器
卧式壳管式冷凝器
套管式冷凝器
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图 4— 2 分水器结构 图 4— 1 立式壳管式冷凝器返回
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图 4— 3 氨用卧式壳管式冷凝器
图 4— 4 氟用卧式壳管式冷凝器
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图 4— 6 氨用套管式冷凝器
d)
图 4— 7 氟用套管式冷凝器
a)顶视图 b)侧视图 c)管断面图
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水和空气联合
冷却式冷凝器
淋水式冷凝器
蒸发式冷凝器
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图 4— 8 横管淋水式冷凝器
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图 4— 9 吸风式蒸发式冷凝器
1— 风机及电机 2— 挡水板 3— 喯淋管 4— 冷却管组 5— 箱体
6— 进风格栅 7— 水箱 8— 水泵
图 4— 10 鼓风式蒸发式冷凝器
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空气冷却式冷凝器
自然对流空气冷却式冷凝器
强制对流空气冷却式冷凝器
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图 4— 11 自然对流空气冷却式冷凝器
a)线管式冷凝器 b)百页窗式冷凝器 c)板管式冷凝器
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图 4— 12 强制对流空气冷却式冷凝器
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三、冷凝器的选择和计算
冷凝器选择计算的目的:
是通过热力计算和传热计算,确定其传
热面积,从而选用合适的冷凝器,以及通过
流体动力计算,确定冷却介质的流量和流过
冷凝器的 阻力损失,从而选择泵或风机的 容
量及功率 。
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冷凝器选择计算
冷凝器的选择计算包括确定 冷凝
器的传热面积, 冷却介质流量 及冷却
介质在冷凝器中的 流动阻力损失 。
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冷凝器传热面积的确定:
1)冷凝器热负荷 Qk。这是指制冷剂蒸气在冷凝器中排放出的总热量,kW。一
般情况下,它包括制冷剂在蒸发器中吸收的热量及在压缩过程中所获得的机
械功所转换的热量。可用下式表示:
式中,Qk—— 冷凝器在计算工况下的热负荷( kW);
Qo—— 压缩机在计算工况下的制冷量( kW);
Pi—— 压缩机在计算工况下的消耗功率( kW)。
( 4— 1)
冷凝器热负荷也可按制冷循环的热力计算确定,即
( 4— 2)
式中,G—— 制冷剂的质量流量( kg/ s);
h2—— 制冷剂进入冷凝器的比焓( kJ/ kg);
h3—— 制冷剂出冷凝器的比焓( kJ/ kg)。
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图 4— 13 冷凝器负荷系数
a)氨系统 b)卤代烃系统
对单级压缩制冷循环,冷凝器热负荷 Qk也可按下式近似计算:
( 4— 3)
式中,ψ —— 冷凝器负荷系数,其值与制冷剂种类及运行工况有关,具体数值可
由图 4— 2查得。
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2)冷凝器传热系数 K( kW/m2·℃ )。各类冷凝器的传热系数和
热流密度 qf( kW/ m2)的推荐值见表 4— 2。
2
1
12
ln tt tt
ttt
k
k
m
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3)传热温差 Δt m。可按下式计算:
℃ ( 4— 4)
式中,t1—— 冷却介质进口温度,℃ ;
t2—— 冷却介质出口温度,℃ ;
tk—— 冷凝温度,℃ 。
传热温差也可按表 4— 2推荐值选取。
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k
m
k
q
Q
tK
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4)冷凝器传热面积 A( m2)。可按下式计算:
m2 ( 4— 5)
式中,q—— 热流密度( kW/ m2),
其经验数据可按表 4— 2所列推荐值选取。
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四、冷凝器的热力分析
凝结的形式有两种,膜状凝结 与
珠状凝结 。 制冷剂在冷凝器的凝结,
一般都是膜状凝结。从换热效果看,
以 珠状凝结为好 。
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1.影响制冷剂侧蒸气
凝结放热的因素
制冷剂蒸气的流速和流向的影响
传热壁面粗糙度的影响
制冷剂蒸气中含空气或
其它不凝性气体的影响
制冷剂蒸气中含油对凝结放热的影响
冷凝器构造型式的影响
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2.影响冷却介质
侧放热的因素
冷却介质的性质
冷却水或空气的流速影响
冷却介质的洁净程度
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五、清除和预防冷凝器结水
垢的方法
1.机械除垢法
2,酸洗法
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第二节 蒸发器
蒸发器是制冷系统中的另一种换热器。对
制冷系统而言,它是 从系统外吸热 的换热器。
蒸发器的作用是利用液态制冷剂在 低压下沸腾,
转变为蒸气并吸收被冷却物体或介质的热量,
达到 制冷 目的。因此蒸发器是制冷系统中制取
冷量和输出冷量的设备。
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一、蒸发器的分类
冷却液体载冷剂
冷却空气或其他气体
按被冷却介
质的不同分
满液式
非满液式(干式)
循环式
喷淋式
按被供液方
式的不同分
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卧式壳管式蒸发器
卧式蒸发器
干式蒸发器
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图 4— 16 氨卧式蒸发器结构
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图 4— 18 氟壳管式干式蒸发器
a)直管式 b) U形管式
1— 管壳 2— 放水管 3— 制冷剂进口管 4— 右端盖
5— 制冷剂蒸气出口管 6— 载冷剂进口管 7— 传热管
8— 折流管 9— 载冷剂出口管 10— 左端盖
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水箱型(沉浸式)蒸发器
直管式蒸发器
螺旋管式蒸发器
蛇管(盘管)式蒸发器
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图 4— 19 直管式蒸发器
a)直管式蒸发器 b)螺旋管式蒸发器 c)制冷剂循环流动情况
1— 载冷剂容器 2— 搅拌器 3— 直管或螺旋管蒸发器
4— 集油器 5— 气液分离器返回
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图 4— 20 氟蛇管(盘管)式蒸发器
1— 水箱 2— 蛇形管组 3— 制冷剂液体分配器 4— 蒸汽集管 5— 搅拌器
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冷却空气的蒸发器
冷却自由运动空气的蒸发器
冷却强制运动空气的蒸发器
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图 4— 22 冷却强制运动空气的蒸发器
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套管式蒸发器
套管式蒸发器结构如套管式冷凝器,一
般用于 小型氟系统 。外管为无缝钢管,内管
好可以是一根或多根铜管,可以用光管也可
以是强化传热管。一般被冷却的液体载冷剂
可以在 内外管的环形空间中 流动,也可以 在
内管中 流动。套管式蒸发器 结构紧凑,表面
传热系数高 。但有水 易冻结 和 除水垢困难 等
缺点。
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三、蒸发器的选择和计算
1.蒸发器的选型
蒸发器型式的选择,主要是从生产工艺和供冷
方式来考虑 。对于 自带冷源 的空气调节机组,应采
用 翅片式蒸发器 ;对于 不挥发载冷剂 的开式循环系
统,如集中喷雾式空调冷水系统,可采用 水箱型
(沉浸式)蒸发器,对具有 挥发性的载冷剂 循环系
统,或采用闭式循环的集中空调冷水系统,应采用
卧式壳管式蒸发器 。蒸发器型式的选择,可参照表
4— 6及本节介绍的蒸发器型式。
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2.蒸发器选择计算
蒸发器的选择计算包括确定 蒸
发器的传热面积, 载冷剂流量 等。
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蒸发器传热面积的确定,
1)制冷量 Qo。制冷量即蒸发器的热负荷,一般是给定的,也可根据生产
工艺或空调负荷进行计算,或根据制冷压缩机的制冷量来确定,同时应考
虑到冷损耗和裕度等。
2)蒸发器的传热系数 K( kW/m2·℃ )和热流密度 qf。蒸发器的传热系数
K可按传热学公式进行计算,或按蒸发器生产厂提供的资料进行选取,
作为初步估算也可采用经实际验证的推荐数值。各种蒸发器的传热系
数 K和热流密度 qf( kW/m2)的推荐值见表 4— 7。
3)传热温差 Δ tm。可按下式计算:
℃ ( 4— 11)
式中,t1—— 载冷剂进口温度,℃ ;
t2—— 载冷剂出口温度,℃ ;
to—— 蒸发温度,℃ 。
Δ tm或按表 4— 7选取。
4)传热面积 A( m2)。可按下式计算:
m2 ( 4— 12)
式中,qf—— 热流密度,kW/ m2,其经验数据可按表 4— 7所列推荐值选取。
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四、蒸发器的热力分析
沸腾有两种形式,泡状沸腾 和
膜状沸腾, 从传热效果看,膜状
沸腾较好 。制冷装置中蒸发器内
的温差不大,因此制冷剂液体的
沸腾 总处于泡状沸腾 。
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第三节 板式热交换器的应用
板式换热器的 优点,
① 结构紧凑、体积小,重量大约只有相同传热面积的壳管式
换热器的 25%,因此便于运输和安装;
②板式换热器的 当量直径小 。;
③制冷剂 充注量小,大约只需壳管式换热器的 20%~ 40%;
④换热面积可通过改变板片数目 任意调节 ;
⑤ 适应性强,可作冷凝器、蒸发器或冷却器使用;
⑥ 可靠性高 ;
⑦ 工艺过程简单,适合于批量生产。
板式换热器也有一定 缺点,
①板片制造要求高,造价较高 ;
②板片之间间隙较小,冷却水中如有杂质存在易堵塞,因此
对水质要求较高 。
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板式换热器按板片
的型式可分为
板片式换热器
螺旋式换热器
板翅式换热器
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第四节 其它制冷热交换器
一、中间冷却器
在两级或多级压缩系统中,设置中间冷却器,用来
冷却低压级压缩机的排气,还对进入蒸发器的制冷剂液
体进行 过冷,以提高低压级压缩机的制冷量和减少节流
损失,同时对低压级压缩机的排气也起着 油分离器作用 。
氨中间冷却器
氟中间冷却器
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图 4— 25 氨中间冷却器 图 4— 26 氟中间冷却器
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二、回热器
回热式换热器,可简称为回热器,用于
卤代烃 制冷循环系统。通过回热式换热器间
壁,造成高压制冷剂液体与低压制冷剂气体
的换热,实现 液体制冷剂过冷, 气体制冷剂
的过热, 提高制冷效率,并保证 压缩机运行
的安全 。
回热式换热器的结构多 采用壳盘管式 。
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a) b)
图 4— 27 壳盘管式回热器基本结构
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三、蒸发 — 冷凝器
蒸发 — 冷凝器 用于复叠式 制冷系
统中。 高温侧 的制冷剂在其中 气化吸
热, 低温侧 的制冷剂在其中 放热冷凝,
故称为蒸发 — 冷凝器。
立式壳管式
立或卧式盘管式
套管式