第三章制冷換熱器及其他輔助設(shè)備概述

在制冷設(shè)備中，除去起主導(dǎo)作用的壓縮機(jī)外，還包括其他一些設(shè)備，這些設(shè)備統(tǒng)稱輔機(jī)。其中換熱器占很大比重，而且在制冷系統(tǒng)中起著重要的作用。一、制冷換熱器的換熱機(jī)理制冷機(jī)的換熱器，熱量從一種流體通過金屬壁傳給另一種流體。制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)外部空氣熱流傳遞傳熱的基本方程式K:傳熱系數(shù)用平均溫差法計(jì)算傳熱：F:傳熱面積△tm

:平均溫差Q:換熱設(shè)備的傳熱量二、增強(qiáng)傳熱的方法1、

增加傳熱面積2、加大傳熱溫差3、提高傳熱系數(shù)

a、減少導(dǎo)熱熱阻

b、改變流體的流動(dòng)狀態(tài)

c、改變流體的物性

d、改變換熱面的表面狀況第一節(jié)肋片管式換熱器一、換熱器加肋的原因

由于管內(nèi)外的放熱系數(shù)相差懸殊，管外空氣側(cè)的放熱系數(shù)較小，通常只有30～50w/m2.℃，而管內(nèi)R12或R22的放熱系數(shù)可高達(dá)1000～3000w/m2.℃

，所以在蛇管外部設(shè)有肋片，以強(qiáng)化傳熱，這種具有肋片的蛇管式換熱器稱為肋片管式換熱器。它是目前車輛制冷設(shè)備中廣泛采用的結(jié)構(gòu)型式。

二、肋管型式及其參數(shù)

1、肋管的型式較多，常見的肋管有：繞片管軋片管套圈管套片或套圈管繞片管繞片管是將薄鋼帶內(nèi)側(cè)軋有皺折．用專用機(jī)具繞在光銅管外，然后整根肋管緊固．所以接觸熱阻小，但其根部帶有皺折，易于污臟，清除較困難，因此只適宜在蒸發(fā)器上采用。軋片管是在同一金屬管外軋制出肋片，它的優(yōu)點(diǎn)是沒有接觸熱阻．但肋化系數(shù)小，重量大。纏絲管纏絲管是在光管外纏繞針形肋帶，靠膠合緊固．這種肋管紊流換熱性好，且可制成非直線肋管，但空氣流動(dòng)阻力大針形肋帶套片肋管

套片式肋管是將預(yù)先沖好孔的厚0.2～0.3mm的鋁片，用套片機(jī)套在管族上，根部帶有卷邊，用以增大與管子的接觸面積。鋁片銅管冷凝器，制冷劑在管內(nèi)為冷凝（氣體變?yōu)橐后w）蒸發(fā)器，制冷劑在管內(nèi)為沸騰（液體變?yōu)闅怏w）管內(nèi)制冷劑的當(dāng)量換熱系數(shù)與制冷劑在管內(nèi)的狀態(tài)有關(guān)，需要對具體的情況進(jìn)行分析。第二節(jié)肋片管式冷凝器和蒸發(fā)器

一、冷凝器

1、冷凝器結(jié)構(gòu)

冷凝器是使制冷劑將熱量放給冷卻介質(zhì)(水或空氣)的換熱設(shè)備，從壓縮機(jī)出來的高溫高壓制冷劑蒸氣在冷凝器中進(jìn)行冷卻、冷凝以至過冷。三種類型的冷凝器按其冷卻方式可：水冷式空氣冷卻式蒸發(fā)—淋激式

(此種方式，制冷劑冷凝時(shí)放出的熱量主要被水蒸發(fā)時(shí)吸收的汽化潛熱帶走)。立式殼管式冷凝器臥式殼管式冷凝器

套管式冷凝器

冷凝器中制冷劑放出的熱量被冷卻水帶走。冷卻水可以一次流過，也可以循環(huán)使用。當(dāng)循環(huán)使用時(shí)，需設(shè)置冷卻塔或冷卻水池。水冷式冷凝器分為殼管式、套管式、板式、螺旋板式等幾種類型。水冷式冷凝器臥式殼管式冷凝器:優(yōu)點(diǎn)是：管內(nèi)流速較高，因而傳熱系數(shù)也高；冷卻水溫升大，因而循環(huán)水量較少；結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積和空間高度都比較小，操作維護(hù)比較方便。缺點(diǎn)是：冷卻水阻力大，清洗水垢比較麻煩套管式冷凝器:優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡單。缺點(diǎn):水側(cè)和制冷劑側(cè)阻力都較大，水垢清除比較困難，因而要求冷卻水的水質(zhì)較好。應(yīng)用:一般用于制冷量小于40kW的小型制冷系統(tǒng)中

d)自然對流空氣冷卻式冷凝器

強(qiáng)制對流空氣冷卻式冷凝器

空氣冷卻式冷凝器也叫風(fēng)冷式冷凝器。空氣在冷凝器管外流動(dòng)，冷凝器中制冷劑放出的熱量被空氣帶走，制冷劑在管內(nèi)冷凝。這類冷凝器中有自然對流空氣冷卻式冷凝器和強(qiáng)制對流空氣冷卻式冷凝器。空氣冷卻式冷凝器車輛用制冷設(shè)備中，由于運(yùn)用條件的限制，只采用空氣冷卻式，即風(fēng)冷冷凝器。采用空氣冷卻比較簡便，但冷凝壓力高、尺寸大、能量消耗也較大。風(fēng)冷冷凝器也用于其他小型制冷機(jī)上，如冰箱、冷藏柜、冷藏汽車、窗式空調(diào)器等。風(fēng)冷冷凝器都做成蛇管式，外套肋片，制冷劑蒸氣在管內(nèi)冷凝，空氣在軸流式回風(fēng)機(jī)的作用下，在蛇管外橫向流過。為了使冷凝器的結(jié)構(gòu)緊湊，通常是作成長方體形，幾蛇管并聯(lián)在一起。上進(jìn)下出式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)圖1–分配集管2-冷凝蛇管3-集液器橫進(jìn)橫出式風(fēng)冷冷凝器結(jié)構(gòu)圖制冷劑蒸汽入口制冷劑液體出口冷卻用空氣典型的風(fēng)冷冷凝器外形圖（一）典型的風(fēng)冷冷凝器外形圖（二）自然對流的冷凝器外形圖強(qiáng)制對流空氣冷卻式冷凝器水和空氣聯(lián)合冷卻式冷凝器淋激式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器冷凝器中制冷劑放出的熱量同時(shí)由冷卻水和空氣帶走，冷卻水在管外噴淋蒸發(fā)時(shí)，吸收氣化潛熱，使管內(nèi)制冷劑冷卻和冷凝。因此耗水量少。這類冷凝器中有淋激式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器兩種類型。

淋激式冷凝器返回吸風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器鼓風(fēng)式蒸發(fā)式冷凝器2、冷凝器的選擇和計(jì)算冷凝器選擇計(jì)算的目的：是通過熱力計(jì)算和傳熱計(jì)算，確定其傳熱面積，從而選用合適的冷凝器，以及通過流體動(dòng)力計(jì)算，確定冷卻介質(zhì)的流量和流過冷凝器的阻力損失，從而選擇泵或風(fēng)機(jī)的容量及功率。冷凝器選擇計(jì)算冷凝器的選擇計(jì)算包括確定冷凝器的傳熱面積、冷卻介質(zhì)流量及冷卻介質(zhì)在冷凝器中的流動(dòng)阻力損失。冷凝器傳熱面積的確定：1）冷凝器熱負(fù)荷Qk。這是指制冷劑蒸氣在冷凝器中排放出的總熱量，kW。一般情況下，它包括制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量及在壓縮過程中所獲得的機(jī)械功所轉(zhuǎn)換的熱量?？捎孟率奖硎荆菏街校篞k——冷凝器在計(jì)算工況下的熱負(fù)荷（kW）；

Qo——壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的制冷量（kW）；

Pi——壓縮機(jī)在計(jì)算工況下的消耗功率（kW）。冷凝器熱負(fù)荷也可按制冷循環(huán)的熱力計(jì)算確定，即式中：G——制冷劑的質(zhì)量流量（kg／s）；

h2——制冷劑進(jìn)入冷凝器的比焓（kJ／kg）；

h3——制冷劑出冷凝器的比焓（kJ／kg）。冷凝器負(fù)荷系數(shù)a）氨系統(tǒng)

b）鹵代烴系統(tǒng)對單級壓縮制冷循環(huán)，冷凝器熱負(fù)荷Qk也可按下式近似計(jì)算：式中：ψ——冷凝器負(fù)荷系數(shù)，其值與制冷劑種類及運(yùn)行工況有關(guān)，具體數(shù)值可由圖查得。2）冷凝器傳熱系數(shù)K（kW/m2·℃）。各類冷凝器的傳熱系數(shù)和熱流密度qf（kW/m2）的推薦值見表。3）傳熱溫差Δtm?？砂聪率接?jì)算：℃（4—4）

式中：t1——冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度，℃；

t2——冷卻介質(zhì)出口溫度，℃；

tk——冷凝溫度，℃。傳熱溫差也可按表推薦值選取。4）冷凝器傳熱面積A（m2）。可按下式計(jì)算：

m2式中：q——熱流密度（kW／m2），其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可按表所列推薦值選取。3、冷凝器的熱力分析

制冷劑蒸氣的熱量是通過冷凝器的傳熱表面?zhèn)鹘o水或者空氣，制冷劑側(cè)放出熱量的同時(shí)被冷凝成液體。冷凝器中的傳熱過程，包括：1、制冷劑側(cè)蒸氣凝結(jié)放熱過程；2、通過金屬壁和污垢層的導(dǎo)熱過程；3、冷卻介質(zhì)側(cè)的吸熱過程。凝結(jié)的形式有兩種：膜狀凝結(jié)與珠狀凝結(jié)。制冷劑在冷凝器的凝結(jié)，一般都是膜狀凝結(jié)。從換熱效果看，以珠狀凝結(jié)為好。1）影響制冷劑側(cè)蒸氣凝結(jié)放熱的因素制冷劑蒸氣的流速和流向的影響制冷劑蒸氣中含空氣或其它不凝性氣體的影響

制冷劑蒸氣中含油對凝結(jié)放熱的影響

傳熱壁面粗糙度的影響

冷凝器構(gòu)造型式的影響

2）影響空氣側(cè)放熱的因素

空氣的流速影響

4.冷凝器的維護(hù)－－經(jīng)常進(jìn)行除垢冷凝器的污垢清除方法：清洗方法：用鋼絲刷帚拉刷、用特別刮刀滾刮、用鹽酸溶解等。除垢后，應(yīng)對冷凝器的制冷劑側(cè)進(jìn)行氣壓檢漏，檢漏完畢后，連接好系統(tǒng)，進(jìn)行抽真空與試運(yùn)轉(zhuǎn)。2）水冷式冷凝器污垢主要是在冷卻管內(nèi)形成的水垢。應(yīng)進(jìn)行定期清洗，清洗周期一般為2～3年一次，當(dāng)采用深井水或山水作冷卻水時(shí)，則應(yīng)每年清洗一次。1）風(fēng)冷式冷凝器傳熱面上的污垢主要是灰塵，可定期用壓縮空氣進(jìn)行吹除。二、蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)

蒸發(fā)器是制冷機(jī)的另一主要熱交換設(shè)備。在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在較低溫度下蒸發(fā)（沸騰）而轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵猓弥评鋭┑恼舭l(fā)潛熱，吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而使被冷卻介質(zhì)的溫度降低。所以，蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中產(chǎn)生和輸出冷量的設(shè)備。1、蒸發(fā)器的分類冷卻液體載冷劑冷卻空氣或其他氣體按被冷卻介質(zhì)的不同分

臥式蒸發(fā)器

沉浸式蒸發(fā)器

1）冷卻液體載冷劑干式蒸發(fā)器

氨臥式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)返回氟殼管式干式蒸發(fā)器水箱型（沉浸式）蒸發(fā)器

直管式蒸發(fā)器

螺旋管式蒸發(fā)器蛇管（盤管）式蒸發(fā)器

直管式蒸發(fā)器a）直管式蒸發(fā)器

b）螺旋管式蒸發(fā)器返回氟蛇管（盤管）式蒸發(fā)器2）冷卻空氣的蒸發(fā)器

冷卻自由運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器：冷卻排管空氣冷卻器冷卻強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器：直接蒸發(fā)式空氣冷卻器

直接蒸發(fā)式空氣冷卻器也稱冷風(fēng)機(jī)，它適用于各種空調(diào)機(jī)組、冷藏庫及低溫試驗(yàn)箱中。它的特點(diǎn)是制冷劑在蛇管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，管外空氣在風(fēng)機(jī)作用下強(qiáng)迫流動(dòng)。由于空氣是強(qiáng)迫流動(dòng)，所以傳熱系數(shù)比冷卻排管高。車輛制冷系統(tǒng)中，采用的蒸發(fā)器均為直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。（a）橫向垂直；（b）水平；（c）傾斜。1-膨脹閥；2-分液器；3-分液管；4-匯集管；5-回氣管；6-感溫包。直接蒸發(fā)式空氣冷卻器及其安裝位置示意圖典型的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖典型的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖平板形表冷器結(jié)構(gòu)圖分液器

2．蒸發(fā)器選擇計(jì)算蒸發(fā)器的選擇計(jì)算包括確定蒸發(fā)器的傳熱面積，載冷劑流量等。蒸發(fā)器傳熱面積的確定：1）制冷量Qo。制冷量即蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，一般是給定的，也可根據(jù)生產(chǎn)工藝或空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，或根據(jù)制冷壓縮機(jī)的制冷量來確定，同時(shí)應(yīng)考慮到冷損耗。2）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K（kW/m2·℃）和熱流密度qf。蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K可按傳熱學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，或按蒸發(fā)器生產(chǎn)廠提供的資料進(jìn)行選取，作為初步估算也可采用經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證的推薦數(shù)值。各種蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K和熱流密度qf（kW/m2）的推薦值見表4—7。3）傳熱溫差Δtm。可按下式計(jì)算：℃（4—11）式中：t1——載冷劑進(jìn)口溫度，℃；

t2——載冷劑出口溫度，℃；to——蒸發(fā)溫度，℃。

Δtm或按表選取。

4）傳熱面積A（m2）?？砂聪率接?jì)算：

m2

（4—12）

式中：qf——熱流密度，kW／m2，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可按表4—7所列推薦值選取。4、蒸發(fā)器的熱力分析影響制冷劑液體沸騰換熱的主要因素：1、制冷劑液體物理性質(zhì)的影響；2、制冷劑液體潤濕能力的影響；3、制冷劑沸騰溫度的影響；4、蒸發(fā)器構(gòu)造的影響。5、制冷劑中潤滑油含量的影響第三節(jié)輔助設(shè)備

在實(shí)際的制冷系統(tǒng)中，為改善制冷裝置的工作條件，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性，還必須設(shè)一些輔助設(shè)備，如貯液器、氣液分離器、干燥過濾器等。一、貯液器1.功能：貯液器安裝在冷凝器液體出口的下方，用來收集液體制冷劑，均勻地向調(diào)節(jié)站供應(yīng)液體，通過貯液器可看出制冷系統(tǒng)中制冷劑的盈虧情況。對于正常運(yùn)行的系統(tǒng)，貯液器應(yīng)有三分之一容積充滿液體，其余三分之二用以貯存系統(tǒng)中過盈的液量。小型氟里昂制冷系統(tǒng)中，往往用冷凝器兼作貯液器。2.結(jié)構(gòu)：圖2-18氨貯液器1-氨液進(jìn)口；2-安全閥接口；3-壓力表接口；4-平衡管口；

5-放油口；6-氨液出口；7-液面指示器；8-排污口二、

油分離器1.功能：油分離器安裝在壓縮機(jī)與冷凝器之間的管路上，用以分離壓縮過程中混入制冷劑蒸氣中的潤滑油。制冷劑蒸氣被分油后，進(jìn)入冷凝器。2.結(jié)構(gòu)：目前國內(nèi)生產(chǎn)的油分離器種類較多，但其結(jié)構(gòu)原理相似。氨油分離器與氟油分離器的型式之一如圖2-19。1-制冷劑蒸氣入口；2-制冷劑蒸氣出口；3-液體制冷劑