详解干式、满液式、降膜式蒸发器

干式蒸发器
干式蒸发器制冷剂在换热管内通过,冷水在高效换热管外运行,这样得换热器换热效率相对较低,其换热系数仅为光管换热系数得2倍左右,但就是其优点就是便于回油,控制较为简便,而制冷剂得充注量大约就是满液式机组充注量得
1／2～1／３左右。

ﻫ
满液式蒸发器
满液式蒸发器与干式蒸发器得运行方式恰好相反,冷水在换热管内通过,制冷剂完全将换热管浸没，吸热后在换热管外蒸发。

满液式蒸发器得传热管表面上有许多针形小孔,管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧得换热。

这种同时强化管外沸腾与管内传热得高效传热管,使其传热系数较光管提高了5倍左右。

ﻫ
降膜式蒸发器
降膜式蒸发器，也称之为喷淋式蒸发器,这种换热器与满液式蒸发器相似,但就是它又与满液式蒸发器有区别。

这种蒸发器得制冷剂就是从换热器得上部喷淋到换热管上,制冷剂只就是在换热管上形成一层薄薄得冷剂液膜,这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力，从而提高了换热效率,其换热效率较满液式机组提高了5左右。

ﻫ
降膜蒸发就是流动沸腾,由于管外表面得液膜层厚度小,没有静压产生得沸点升高,传热系数高。

而满液式蒸发（也就就是沉浸式蒸发)产生得气泡易于集聚在换热管得表面,导致换热效率下降，其换热效果不如降膜蒸发。

总得来说降膜蒸发属于小温差情况下,但要防止结垢,影响传热效率。

“冷水机组”，就是对一种制冷机组得习惯命名法,这种“冷水机组”一般用于中央空调得冷源，或者空调工况得制冷，输出得就是低温得冷水,通常叫做“冷冻水”,故而得名。

一般把只能制冷得叫做冷水机组,而能同时制热得，我们叫做“热泵”机组。

而“满液式”就是指机组所用得“壳管式蒸发器”采用了“满液式蒸发器”得形式,这就是区别于“干式”、“降膜式”得一种壳管式蒸发器。

它得“壳程”内走制冷剂循环，“管程”内走冷冻水循环,从剖面上瞧,就好像就是筒体里有大
半筒制冷剂,而走水得管束浸泡在制冷剂里。

它与“干式蒸发器”刚好相反,干式得就是“管程”走制冷剂,“壳程”走水,好比制冷剂管束浸泡在水里。

满液式蒸发器,以及满液式机组，比起干式蒸发器／干式机组来说传热效率更高,出水温度与蒸发温度得趋近温差小,沿程阻力小,适合循环量大得机组(比如离心机),制冷效果好。

但就是制冷剂充注量要求大,并且需要专用得回油系统，帮助压缩机回油。

如果在机组名字前再加上“水冷”,则就是指机组得冷凝器形式,采用水冷却还就是空气冷却,分为风冷、水冷。

如果再加上压缩机得形式“活塞式、螺杆式、离心式”,那么就就是完整得机组命名了。

比如“水冷螺杆满液式冷水机组”。

在大部分场合,为了简略,会省却其中一两个部件得名称,只提与上下文相关得名称,比如“满液式冷水机组”(可能就是只为了强调“满液式。

满液式就就是冷媒在铜管与壳管之间,而冷冻水在铜管里面流动,干式就就是她两相反。

冷媒在铜管里蒸发,水在铜管与壳管之间流动,她们主要用于热泵空调上。

在工业低温冷水机一般都就是用普通那种干式得蒸发器。

干式与满液式蒸发器得优缺点
满液式壳管蒸发器在管内走水,制冷剂在管簇外面蒸发,所以传热面基本上都与液体制冷剂接触。

一般壳体内充注得制冷剂量约为筒体有效容积得55%～65%,制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部得液体分离器，回入压缩机。

其优点就是结构紧凑，操作管理方便,传热系数较高。

其缺点就是:
①制冷系统蒸发温度低于0℃时,管内水易冻结,破坏蒸发管；
②制冷剂充灌量大;
③受制冷剂液柱高度影响,筒体底部得蒸发温度偏高,会减小传热温差;
④蒸发器筒体下部会积油，必须有可靠得回油措施,否则影响系统得安全运行。

干式壳管式即非满液式蒸发器得制冷剂在管内流动,水在管簇外流动。

制冷剂流动通常有几个流程,由于制冷剂液体得逐渐气化,通常越向上，其流程管数越多。

为了增加水侧换热，在筒体传热管得外侧设有若干个折流板,使水多次横掠管簇流动。

其优点就是:
①润滑油随制冷剂进入压缩机，一般不存在积油问题
②充灌得制冷剂少,一般只有满液式得1/3左右;
③ｔ0在0℃附近时，水不会冻结。

但使用这种蒸发器必须注意：
①制冷剂有多个流程,在端盖转弯处如处理不好会产生积液,从而使进入下一个流程得液体分配不均匀,影响传热效果;
回油得原因
由于润滑油沸点远高于制冷剂得,所以润滑油随制冷剂进入蒸发器后不会同制冷剂一起蒸发,此时若不采取适当措施，润滑油势必在蒸发器中越积越多,一方面在换热器得壁面上形成一层油膜,这样就大大降低了传热效果与制冷效率;另一方面压缩机缺油，这对机组得安全高效运行极为不利。

因此，需要有合适得技术措施与控制程序处理润滑油,否则不能保证满液式蒸发器传热性能，机组得安全运行也会成问题。

油分离器
当螺杆式压缩机排出得高压气体与油得混合物进入油分离器时,由于油分离器容积大,气体得流速突降,加上气体得流动方向改变,依靠惯性作用使油分离沉降下来,大量得油聚集在分离器底部。

这种分离被称为一级分离。

为了进一步提高分离精度，一般要进行二级分离。

一级分离后,利用特制得充填物,将细小得雾状油滴通过捕集作用,使油滴聚集变大,在流经填充物时被进一步分离出来。

有得高效型油分离器还有三级分离:再通过一个组合过滤器进行分离。

一级分离得方式主要有:降速式分离、撞击式分离、离心式分离或以上几种组合式分离;二级分离得方式主要有:金属丝滤网分离、玻璃纤维分离、聚酯纤维分离、微孔陶瓷分离等。

从油分离器得结构形式上分,有压缩机内置油分离器、外置卧式油分离器、外置立式油分离器、冷凝器内置式油分离器。

虽然结构各异,但分离都就是以上一种或多种分离方式得组合。

图1 冷水机组得回油技术研究
１、取油位置
在冷水机组运行时，虽然蒸发器内部制冷剂始终处于剧烈沸腾状态，但由于液态制冷剂汽化后都要向上升,因此蒸发器筒体内得气液混合物得整体运动趋势都就是向上得。

随着制冷剂汽化后被吸回压缩机,而润滑油得密度小于液态制冷剂(如Ｒ２2与R13４ａ等)得密度,润滑油会在蒸发器内形成下稀上浓得浓度差异。

不同得就是,R22之类得制冷剂在较低温度下因与矿物润滑油互溶性较差而在靠近液面上部形成较明显得富油区，并且R22蒸发器中得富油区不但在机组不运行或机组
停止时存在,就就是在冷水机组运行过程中也就是存在得；而R134ａ之类得制冷剂由于与酯类润滑油在低温下得互溶性良好而无法形成明显得富油区,只能自下而上形成大致均匀得浓度差，并且各点得润滑油浓度在停机一段时间后就趋于平衡。

为了能取到浓度尽量高得润滑油,并适当考虑液位得波动,对于R22与R134a 冷水机组,蒸发器取油口得位置均设置于实际液面下１５0mm左右就是比较合适得。

有人曾做过将取油口设在液面下2０0mｍ以下得试验,结果不就是很理想,主要问题
就是排气温度降低较多,很明显就是回油携带得制冷剂量过多所致。

而回油孔得位置如果偏高,可能导致冷水机组部分负荷时无法回油。

1、２回油方法
1、2、１重力回油
重力回油得一般做法就是将蒸发器位置提高，再将富油液态制冷剂从蒸发器适当位置引出,借助高度差,使富油制冷剂向下流入一个回油热交换器,与来自冷凝器得高温液态制冷剂进行热交换,这样一方面可提高液态制冷剂得过冷度，有助于机组冷量得提升,另一方面可将富油液态制冷剂中液态制冷剂蒸发，使之成为气态进入压缩机。

其系统示意图如图２所示。

图2 重力回油示意图
图中有部分阀没有注明具体名称，主要就是因为这些阀有多种可能得搭配。

这种回油方式也可称为热虹吸式回油。

从制冷剂流量控制装置得角度来瞧，重力回油系统由于在蒸发器内取油得位置将会影响其回油得成功与否,而实际运转中得液位能否与之适应更就是决定回油成功与否得关键。

因此,液位得控制(即制冷剂流量得控制）便显得更加重要。

与重力回油系统相匹配得制冷剂流量控制方法主要有用高压或低压浮球阀与以冷凝器或蒸发器液位传感器为控制信号得电子膨胀阀。

另外,从蒸发器得回油量也要控制，否则进入回油换热器得混合液体过多将降低冷水机组得制冷能力,也会因制冷剂无法完全蒸发而吸入压缩机引起液压缩。

由于蒸发器与回油换热器得高度差就是使油回流得动力,若在相同得管路摩擦损失下,高度差越大流量越大,
所以一般得回油管路只需设置一个固定开度得角阀,只需在样机测试阶段调整角阀开度就能够满足机组正常运行所需得回油量。

蒸发器得回油总就是会含有或多或少得液态制冷剂,这些液态制冷剂因未能与换热管接触而未能带走水得热量,并且它进入压缩机经过电机腔后被电机绕组得散热汽化后会占用部分蒸发器回气所应占有得压缩机吸气体积。

因此，回油中所含制冷剂越多，机组得制冷能力损失越严重。

也就就是说，回油并非越多越好，即保证冷水机组得运行过程中不失油并且使回油所引起得制冷量损失最小得回油量应该等于压缩机排气经过油分后所携带得润滑油量。

这样,根据质量守恒原理，不难推导出润滑油得质量平衡方程式而估算出实际所需得回油量。

１、2、2引射器回油
引射器就是一种利用高压高速得驱动流（或称一次流)去引射、抽吸另一种流体(二次流)得流体机械装置,其外形如图3所示,引射器回油得冷水机组系统示意图如图4所示。

由图4可知,自压缩机排气侧引出高压制冷剂蒸气进入引射器,由于引射器得特殊构造，此时即可将富含润滑油与液态制冷剂得混合液体从蒸发器得适当位置抽吸出来,再混合进入压缩机或吸气管。

引射器回油得动力源即排气压力与吸气压力得压差产生得抽吸作用,这样蒸发器得位置就无需再提高。

图3 引射器结构示意图
图4 引射器回流得冷水机组系统示意图
由于该引射器一般利用压缩机排气作为驱动流,当外界温度较低时,主机开机较长时间高压也不易建立,此时引射器得驱动力就不足,引射效率就可能受影响，润滑油就很难回到压缩机，可能造成失油。

而相同得问题也存在于重力回油系统,由于冬天气温较低,相对得液管温度也较低,尤其在低负荷得情况下,液管制冷剂流量也相应减小,此时回油中得液态制冷剂可能无法完全蒸发而被吸入压缩机,使得压缩机排气过热度降低,也容易失油。

可利用旁通冷却水得方法维持一定得冷凝压力,从而克服上述困难。

采用引射器回油得冷水机组,除了在其动力源管路中设置电磁阀外,也可设一角阀,通过控制一次流流量调节所需得回油量。

而在蒸发器得取油管路上,可设置一干燥过滤器防止蒸发器中可能存在得焊渣、铁锈随回油进入压缩机内部对压缩机造成损坏,另需设置视液镜以便观察回油状况。

引射器回油得动力源不但可用压缩机高压排气,而且可用冷凝器底部得高压液态制冷剂或一次油分底部得高压润滑油,甚至还可用吸气作为引射动力源，具体接管方式与图4稍有不同,见图5。

以吸气为动力源得引射器回油示意图
它就是利用蒸发器回气主管中内置得一个类似喷嘴得渐缩渐扩管实现得。

当高速得蒸发器回气流经该渐缩渐扩管时,由于其流通截面积缩小,因而速度提升,此时回气部分静压转化为动压,静压降低,以致在喉部（渐缩渐扩管最窄处)产生一个
比蒸发器内部压力更低得压力，由于回油取自蒸发器筒体内部,此时便有足够得压差将油－制冷剂混合物自蒸发器抽吸回来,然后混合物经过喉部与一次流混合后在渐扩管内减速,静压升高，至渐缩渐扩管出口时压力升至蒸发压力,因流动摩擦阻力与引射流体得影响,此混合流体得速度有所降低,但已足够将管内得混合物带到回气主管中,最后回到压缩机。

但如果回油完全就是从蒸发器内引出,回油中得液态制冷剂恐怕就更容易导致液压缩了。

不过这种方法因避免了高压制冷剂得损失,因而可有效地提高冷水机组效率,也不失为一种比较新颖得应用。

１、3、3直接回油
直接回油,顾名思义，不像前述2种方式那样有驱动力,而就是使制冷剂与润滑油得泡沫直接通过一些处理后吸入压缩机。

因为压缩机一旦吸入过多泡沫将造成液压缩,因此回油量得控制尤其重要。

这种作法国内已有厂家尝试过,国外也有厂家采用此方法。

因为这种方法较上述２种方法简单，而且对机组得能力影响较少,因此也就是一种比较有前途得回油方案。

其系统示意图见图６，图6中有部分阀没有注明具体名称,也就是因为这些阀有多种搭配方式。

图6 采用直接回油法得冷水机组系统示意图
基本上,与它配合得制冷剂流量控制方式有节流孔板以及混合式节流等方式,但不管怎样，制冷剂得充注量及机组得冷凝器与蒸发器得相对位置都就是比较重要得。

以混合式节流为例,即在节流孔板之外再加一只电子膨胀阀,它直接检测压缩机得排气温度，当压缩机吸入过多液态制冷剂时，其排气温度会下降,此时即为液位太高,制冷剂供过于求。

若排气温度高,则液位下降,应使蒸发器得供液量增加。

这就就是在节流孔板之外再加一套监控系统，更增加直接回油系统得可靠性。

前２种方法都存在浪费本该用于制冷得液态制冷剂得问题,引射回油还要消耗高压制冷剂得能量，如果用直接回油法,则上述损失都不会发生，可把压缩机得排气完全用于制冷,若再辅之以中间补气口以及良好得换热器设计,机组得性能可有较大得提高。

直接回油得一大关键点就就是要把过大得液滴隔离开，这需要对蒸发器包括挡液板在内得内部结构设计进行优化，在此不详细讨论。

干式蒸发器喷液位置
喷液位置在吸入口
ﻫ喷液位置在中间
ﻫﻫ视液镜
ﻫ带经济器得风冷热泵机组。