第十三讲换热设备

– 大、中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝器＋冷却塔 基本相等，但运行费低
– 维护费蒸发式冷凝器最高
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3. 冷凝器设计的要点
冷凝器的排热量有多少？
– 冷凝器排热量＋压缩机散热量
–
＝蒸发器吸热＋压缩机指示功率
–
＝（1＋1/COP)蒸发器吸热
压缩机散热量是多少？
– 开启式压缩机，机头有冷却水套或风扇
800 600 400 200
0
1200 卧式
1100
750
700
立式
套管式
38 风冷式
蒸发式
24
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.1 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
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.3 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
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2.3 制冷剂侧
– 冷冻油
氨蒸发器会沉积润滑油层 需要在蒸发器底部设置放油管 放油方法：用高压气体压出
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2. 影响蒸发器传热性能的因素
2.4 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
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2. 风冷式冷凝器
15
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2. 风冷式冷凝器
1
2
3
10
4
5
6 7
16
9 8
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2. 风冷式冷凝器
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平片
波纹片
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花边片
裂隙片
2. 风冷式冷凝器的传热温差
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2. 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
液面高度 70～80％
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管外：制冷剂 管内：冷冻水
3.1 满液式壳管蒸发器的特点
广泛用于氨制冷系统 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 采用浮球阀供液
满液式壳管蒸发器能否用于氟利昂系统？
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2.1 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
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2. 影响蒸发器传热性能的因素
2.2 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), <1.5m/s(氟利昂) – 空气：2～4m/s
1. 不同蒸发器的传热性能比较
蒸发器形式
满液式 卧式壳管式
氨－水 氟利昂－水
干式
干式壳管式
氟利昂－水
直接蒸发空气冷却 氟利昂－水
K(W/m2K)
450－500
350－450 500－550
30－50
冷排管（自然对流） 氟利昂－空气 （以空气侧为准）
约14
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2. 影响蒸发器传热性能的因素
3. 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
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二、冷凝器的热工性能
1. 不同冷凝器的传热性能比较
传热系数 (W/m 2℃)
1400 1200 1000
思考题
1. 在R22制冷剂的风冷热泵系统中，是否可以采用管 内为水通道的壳管式换热器作为冷（热）水换热器？ 请说明理由。
认真看书，了解换热器的热力计算方法（课堂 上不讲）
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换热设备在制冷装置中的重要性
制冷装置中的换热设备
– 制冷系统四大部件之间中的两大部件
吸热设备（蒸发器） 放热设备（冷凝器）
– 再冷却器、回热器、中间冷却器、冷凝－蒸发器、……
制冷系统换热器的特殊性
– 工作压力和温度范围比较窄
传热系数低，传热温差大 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
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3. 蒸发式冷凝器及其应用
小型机组的室外机
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3. 蒸发式冷凝器的传热温差
T 制冷剂
冷却介质
F
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3. 蒸发式冷凝器
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板式蒸发器（兼顾冷凝器）
A向
B向
A
B
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
制冷剂 水
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3.4 其它类型的蒸发器
Shell-and-Coil Cooler
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套管式蒸发器（兼顾冷凝器）
➢普遍用于风冷热泵机组 ➢传热效率高，价格较便宜 ➢不容易堵塞、冻结 ➢体积偏大
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3.5 冷却空气的直接蒸发器
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3.5 冷却空气的直接蒸发器
空气
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3.5 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
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四、蒸发器的热工性能
用于复叠式制冷系统
壳体
– 高温级蒸发器 盘管
– 低温级冷凝器
管芯
低温蒸气 高温液体
高温蒸气
低温液体
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六、总结
了解制冷装置中的换热设备的种类、结构 能估计各种换热设备的传热系数范围、明确改
善各种换热器性能的途径 根据制冷剂与冷冻油的特点，分析换热器时应
考虑的问题
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第十三讲 制冷装置的换热设备
冷凝器 蒸发器 其它换热设备
本讲需掌握的主要内容
了解制冷装置中主要换热设备的种类、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） – 传热系数（传热管及管内、外换热系数的计算公式） – 压力损失（最佳流速的确定）
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1.2 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
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1.3 套管式冷凝器
3.2 干式壳管蒸发器 U型管式
管内：制冷剂 管外：冷冻水
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3.2 干式壳管蒸发器
直管式
管内：制冷剂
管外：冷冻水
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3.2 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
对冷凝器出口的制冷剂进行再冷 形式
– 板式换热器、套管式换热器等
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5.2 回热器：氟利昂回热系统安装
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5.3 中间冷却器
1 23
进液
8
接压力表
出气
接液面 指示器
接平衡管
进液
7
4
6
5
出液
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氨中间冷却器
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氟利昂中间冷却器
5.4 冷凝－蒸发器
2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.4 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[m2℃/W] – R总：卧 0.0008 立 0.0013 套管 0.0009 风冷
0.028 蒸发0.0014
– 冷却介质侧
水冷式冷凝器 R污垢= 0.00018~0.0005 m2℃/W[国家标 准:0.086 m2℃/kW]
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
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1.2 立式壳管冷凝器
管外：制冷剂
管内：冷却水
– 布水器
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
– 介质间的传热温差小
– 阻力特性在系统中的作用非常明显
– 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
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一、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
风冷冷凝器 蒸发式冷凝器（ 淋水式冷凝器）
4
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1. 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
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1.1 卧式壳管式冷凝器
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（海水呢？）
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.3 制冷剂侧
– 流态：
过热蒸汽 饱和蒸汽 两相 饱和液态 过冷液
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.3 制冷剂侧
– 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
– 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
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2. 影响蒸发器传热性能的因素
2.3 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(D9.52D6.4) 气化核心（微型沟槽蒸发器）
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2. 影响蒸发器传热性能的因素
2.2 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), <1~1.5m/s(氟利昂);流速过高产生冲 刷腐蚀
– 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
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（广泛采用） – 外套管：制冷剂；内套管：冷却水
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1.3 套管式冷凝器的特点
多用于冷量小于25kW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
风冷式散热少
水冷式散热多
– 封闭式压缩机：自然对流散热
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三、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）
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3.1 满液式壳管蒸发器
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3.3 水箱式蒸发器：盘管式水箱
管内：制冷剂 管外：冷冻水
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3.3 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Fra Baidu bibliotek
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风冷式冷凝器 R污垢=0.0001~0.0003
– 制冷剂侧
氨冷凝器 R污垢=0.00035~0.0006
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2. 影响冷凝器传热性能的因素
2.4 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
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3. 冷凝器设计的要点
首先根据当地条件确定采用冷凝器的类型 总换热面积应满足最大负荷要求并有裕量 冷凝器台数一般应与压缩机对应 技术经济比较
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=0.00035~0.0006
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五、其它换热设备
再冷却器 回热器 中间冷却器 冷凝蒸发器 ……
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5.1 再冷却器
安全阀
气体制冷剂
放油孔(氨)
冷却水
液体制冷剂
6
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1.1 卧式壳管式冷凝器
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1.3 壳管式冷凝器管材
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1.1 水冷式冷凝器的传热温差
T
制冷剂
水
F
9
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1.1 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