制冷与低温技术原理—第7章 制冷设备..

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(1)自然对流空气冷却式冷凝器
自然对流空气冷却式冷凝器
依靠空气在冷凝器被加热后自动上升的过程将冷凝器释放 的热量带走; 不需要风机,没有噪声,多用于小型制冷装置; 目前普遍应用的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。 在蛇形传热管两侧焊有钢丝Ф1.4-Ф1.6mm, 丝间距一般为4-10mm,传热管采用Ф4-Ф6mm复合钢管 (管外镀铜,又称帮迪管); 传热系数较低,可达9-16 W/(m2.K)。
2.分类


6.1.2 蒸发器
1. 满液式蒸发器
按结构分为;卧式壳管式,直管式,螺旋管式 等结构形式; 共同特点:在蒸发器内充满了液态制冷剂液体, 运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸汽不断从液体中 分离出来,由于制冷剂与换热面充分接触, 具有较大换热系数。 缺点:制冷剂充注量大,液住静压给蒸发温度 造成不良影响。
(1)壳管式满液式蒸发器
卧式满液式蒸发器结构
壳管式满液式蒸发器
制冷剂在壳内管外蒸发,载冷剂在管内流动。 一般为多程式。 载冷剂的进出口设在端盖上,取下进上出走向,制冷剂 液体从壳底部或侧面进入壳内,蒸汽由上部引出。壳内 制冷剂液体始终保持约为壳径70%-80%的静液面高度。 安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀; 氨壳管式蒸发器采用无缝钢管, 氟利昂壳管式蒸发器采用铜管,管外加肋片。 载冷剂流速为1.0-1.5m/s,传热系数可达450-520W/(m2.K), 单位面积换热量2300-2600W/m2。
(2)冷却空气的干式蒸发器
按空气的运动状态分为; 冷却自由运动空气的蒸发器; 冷却强制流动空气的蒸发器。
自然对流式冷却空气的蒸发器(排管)
根据其安装的位置分为: 墙排管、顶排管、搁架式排管等多种形式; 从构造形式上可分为: 立式、卧式和盘管式等类型。
强制对流式冷却空气的蒸发器
a)蒸发器 b)绕片管 c)套片管 1-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器
现代制冷技术
第六章 制冷设备
第六章 制冷设备
主要内容:
制冷装置的换热设备;
制冷装置的节流机构; 制冷压缩机; 蒸汽压缩式制冷装置的辅助设备。
6.1 制冷装置的换热设备
制冷装置的热交换设备主要有: 冷凝器,蒸发器,冷凝-蒸发器,中冷器, 回热器,吸收器,发生器和溶液热交换器等。 6.1.1 冷凝器 按照使用冷却介质和冷却方式的不同,分为三类:
套管式冷凝器
6.1.1 冷凝器
2. 空气冷却式冷凝器 用空气作冷却介质,制冷剂在管内冷凝,
空气在管外流动吸收管内制冷剂放出的热量; 由于空气的换热系数较小,管外(空气侧) 常设置肋片,以强化管外换热; 按空气流动方式的不同,分为: 自然对流空气冷却式冷凝器:家用冰箱; 强制对流空气冷却式冷凝器:小型氟利昂制冷设备, 如:冷柜,家用空调,车载空调,冷藏车。
(2)强制对流空气冷却式冷凝器
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
6.1.1 冷凝器
3. 蒸发式冷凝器
6.1.1 冷凝器
3. 蒸发式冷凝器 优点:(1)用水量少; (2)结构紧凑,可安装在屋顶上,节省 占地面积。蒸发式冷凝器的耗水量少,特别 适合用于缺水和气候干燥的地区。 通常安装在制冷机房的屋顶上。 缺点:冷却水不断循环使用,水垢层增长较快, 需要使用经过软化处理的水。
2. 干式蒸发器 是一种制冷剂液体在传热管内能够完全汽化的 蒸发器。 其传热管外侧被冷却介质为载冷剂(水)或 空气,制冷剂在管内吸热蒸发,流量约为传热 管内容积的20%-30%。 按被冷却介质不同分为; 冷却液体介质的干式蒸发器; 冷却空气的干式蒸发器;
(1)冷却液体介质的干式蒸发器
热力膨胀阀
热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中。通过 感温机构的作用,随蒸发器出口处制冷剂的温 度变化而自动变化,达到调节制冷剂供液量的 目的。 热力式膨胀阀: 主要由阀体、感温包和毛细管组成。 热力式膨胀阀按膜片平衡方式不同有: 内平衡式和外平衡式两种类型.
6.2 制冷装置的节流机构
6.4.1 中间冷却器
中间冷却器的作用
中间冷却器是用以冷却两个压缩级之间被压缩的气 体或蒸气的设备。制冷系统的中间冷却器能降低低压 级压缩机的排气温度(即高压级的吸气温度),以避 免高压级压缩机的排气温度过高;还能使进入蒸发器 的制冷剂液得到过冷,减少管中的闪发气体,从而提 高压缩机的制冷能力。
应用:氟利昂或氨双级或多级压缩制冷系统; 连接在低压级的排气管和高压级的吸气管之间。
1. 氨用中间冷却器
中间冷却器操作注意事项: 中间冷却器内气体流速一般为 0.5- 0.8m/s。 蛇形盘管内氨液流速为0.40.7m/s,其出口氨液温度比进口 低3-5℃。 中间冷却器的中间压力一般在 0.3MPa(表压)左右, 不宜超过0.4MPa(表压)。 高压级的吸气过热度,即吸气温度比中间冷却器的 中间温度高2- 4℃。
(2)套管式冷凝器
由不同直径的管子套在一起,并弯制成蛇形或螺旋形; 制冷剂蒸汽在套管间冷凝,冷凝液从下部引出, 冷却水在直径较小的管道内自下而上流动, 与制冷剂形成逆流式。 换热效果较好。当水速为1-2m/s时,传热系数在900 – 1300W/(m2.K) ; 优点:结构简单,制作方便,传热效果好; 缺点:冷却水和制冷剂两侧的流动阻力较大, 金属消耗量大,对水垢清洗不方便; 一般用在小型氟利昂制冷装置中。
6.1.2 蒸发器
3. 循环式蒸发器 制冷剂在管内反复循环吸热蒸发直至完全 汽化。多用于大型液泵供液和重力供液冷库 系统或低温环境实验装置。
6.1.3 传热过程的强化
换热设备的基本传热公式 ;
t m t 1 t 2 t 1 ln t 2
传热过程的强化 增大传热面积; 增大对数平均温度度差; 增大总传热系数; 降低污垢热阻值; 降低管壁热阻。
6.1.2 蒸发器
1. 影响蒸发器传热的主要因素
控制润滑油进入蒸发器; 蒸发器结构应有利于气液分离,实际中出口装有 气液分离器,保护压缩机的工作。 按冷却的介质不同分为 冷却液体载冷剂的蒸发器; 冷却空气的蒸发器; 根据供液方式的不同分为 满液式蒸发器; 干式蒸发器; 循环式蒸发器; 喷淋式蒸发器。
(1)对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节 流降压为蒸发压力; (2)根据系统负荷变化,调整进入蒸发器的制冷 剂液体的数量。
6.2 制冷装置的节流机构
6.2.3 节流机构的种类 按供液量调节方式分为五个类型:
用手动调节的节流机构(手动节流阀); 用液位调节的节流机构:浮球调节阀; 用蒸汽过热度调节的节流机构: 热力膨胀阀,电热膨胀阀; 用电子脉冲调节的节流机构; 不进行调节的节流机构;毛细管,恒压节流阀。
立式壳管式冷凝器示意图
立式壳管式冷凝器说明;
壳体装有放油阀,放空阀,安全阀接管,顶端配有配水箱; 换热管采用直径较小的无缝钢管,如: Ф38×3mm和 Ф51×3.5mm,换热管高度约4-5m,冷却水温升2-4℃; 传热系数约为698-814 W/(m2.K); 优点:可以露天安装,节省机房面积,可以安装在冷却水 塔的下面,简化冷却水系统,清洗水垢较方便, 可以使用水质较差的冷却水; 缺点:冷却水用量大,设备体积大,比ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ笨重, 金属耗量大,搬运安装不方便, 制冷剂泄露不易被发现。
小型冷库
• 分液头: 使制冷剂均匀地分配到蒸发器的各路管组中。 • 压力控制器: 压缩机工作时的安全保护控制装置。 • 油分离器: 把润滑油分离出来,并返回到曲轴箱去。 • 热气冲霜管: 定期加热蒸发器而除霜。 • 冷却塔: 利用空气使冷却水降温,循环使用,节约用水。 • 冷却水泵: 冷却水循环的输送设备 • 干燥过滤器: 除去冷凝器中的水份和杂质,防止膨胀阀冰 堵或堵塞。 • 回热器: 过冷液体制冷剂,提高低压蒸汽温度,消除压缩 机的液击。 • 电磁阀: 压缩机停机后自动切断输液管路,起保护压缩机 的作用。
6.1.1 冷凝器
(1)壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器:大型氨制冷装置; 卧式壳管式冷凝器:大中型氨或氟利昂制冷装置。 • 氨卧式壳管式冷凝器:钢管; • 氟利昂卧式壳管式换热器:钢管或铜管。
氨卧式壳管式冷凝器示意图
Ф25-32mm的无缝钢管,国产:4-10个流程; 安装排气阀,放水阀,集污包,压力表,安全阀,均压阀; 水速0.8-1.5m/s,传热系数930-1160W/(m2.K), 单位面积换热量4071-5234W/m2。
对数平均温差
t m
t 1 t 2 t 1 ln t 2
6.2 制冷装置的节流机构
6.2.1 节流机构的作用和工作原理
当制冷剂流体通过一小孔时,一部分静压力转变 为动压力,流速急剧增大,成为湍流流动,流体发 生扰动,摩擦阻力增加,静压下降,使流体达到降 压调节流量的目的。
6.2.2 节流机构的作用有两点:
内平衡式热力膨胀阀 由阀体、推杆、阀座、阀针、弹簧、调节杆、 感温包、联接管、感应膜片等部件组成
内平衡式热力膨胀阀
毛细管 毛细管是最简单的节流装置,在家用冰箱, 窗式空调器;中小型空气调节机广泛应用; 毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管, 它的内径一般为0.5~2mm。
毛细管作节流装置的特点: • 毛细管由紫铜管拉制而成,制造方便,价格低廉;
2. 氟用中间冷却器
氟利昂制冷系统双级压缩时大都采用 一次节流中间不完全冷却循环。
冷凝器
5 3 节流阀 中间 冷却器 4
冷凝器
6 4
5 高压 压缩机
低压 压缩机
高压 压缩机
低压 压缩机
节流阀 7 8 节流阀
3 中间 冷却器
6
7 节流阀
2
8
2 9
蒸发器
1
蒸发器
1
6.4.2 分离与贮存设备
1. 气液分离设备
水冷冷凝器; 空气冷却式冷凝器; 蒸发式冷凝器。
6.1.1 冷凝器
1. 水冷式冷凝器 用水作冷却介质,带走制冷剂冷凝时放出的 热量; 冷却水可使用江河湖海水或地下水; 冷却水可以一次使用,也可循环使用; 循环使用的冷却水需配有水冷却塔或冷水池; 结构:壳管式,套管式,板式等; 特点:传热效率高,结构紧凑。 多用于大中型制冷设备。
热泵型风冷式冷水机组原理图
1风扇 2翅片式换热器 3套管式换热器 4水泵 5膨胀阀 6视镜 7干燥过滤器 8贮液罐 9气液分离器 10压缩机 11四通换向阀 12,13,14,15单向阀 16低压接口 17高压接口
水冷式小型氟利昂冷库制冷系统流程图
1-蒸发器 2-分液头 3-热力膨胀阀 4-低压表 5-压力控制器 6-压缩机 7-高压表 8-油分离器 9-热气冲霜管 10-截止阀 11-冷却塔 12-冷却水泵 13-冷却水量调节阀 14-冷凝器 15-干燥过滤器 16-回热器 17-电磁阀
• 没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏; • 制冷压缩机停止运转后,制冷系统内的高压侧压力 和低压侧压力可迅速得到平衡。
6.3 制冷压缩机
6.4 制冷系统的辅助设备
完整的蒸汽压缩式制冷系统中,除压缩机、冷凝器、 膨胀阀和蒸发器四个主件外,为了保证系统正常、经 济和安全的运行,还需设置一定数量的其它辅助设备。 按照它们的作用,基本上可以分为两大类: (1)维持制冷循环正常工作的设备: 如:两级压缩的中间冷却器等; (2)改善运行指标及运行条件的设备: 如:油分离器、集油器、氨液分离器、 空气分离器以及各种贮液桶(或器)等。 在制冷系统中还配有用以调节、控制与保证安全运行所 需的器件、仪表和连接管道的附件等。
如氨液分离器,将蒸发器出来的蒸气中的液滴分离掉, 以提高压缩机运转的安全性;它也用在贮液器后面, 用来分离因节流降压而产生的闪发气体,不让它进入 蒸发器,以提高蒸发器工作效率。
分离原理:主要利用气体和液体的密度不同,通过扩
大管路通径减小速度以及改变速度的方向,使气体和 液体分离。
气液分离器有立式和卧式两种。
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