第章-蒸发器与冷凝器--课件

大家好大家好制冷装置的换热设备空气调节用制冷技术制冷装置的换热设备n原理原理冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器膨膨胀胀阀阀压压缩缩机机气气液液分分离离器器n制冷剂制冷剂n压缩机压缩机核心核心装置装置工质工质换热换热设备设备n冷凝器冷凝器n蒸发器蒸发器制冷装置的换热设备n制冷装置中的换热设备区别于其他热力装置中的换热设备的特点：n压力、温度变化范围比较窄压力、温度变化范围比较窄n介质之间的传热温差较小介质之间的传热温差较小n要与制冷压缩机匹配要与制冷压缩机匹配制冷装置的换热设备n换热设备的选用换热设备的选用与其与其用途用途、传热介质的类型传热介质的类型、流动方式流动方式和和传热特传热特性性有关有关l冷凝器冷凝器l蒸发器蒸发器l再冷却器再冷却器l回热器回热器l中间冷却器中间冷却器l冷凝冷凝-蒸发器蒸发器制冷装置的换热设备n主要内容主要内容u冷凝器冷凝器的种类、基本构造和工作原理的种类、基本构造和工作原理u蒸发器蒸发器的种类、基本构造和工作原理的种类、基本构造和工作原理u冷凝器与蒸发器中的冷凝器与蒸发器中的传热过程传热过程及分析及分析u冷凝器与蒸发器的冷凝器与蒸发器的设计计算设计计算u其他换热器介绍其他换热器介绍1 冷凝器的种类和工作原理冷凝器的种类和工作原理l水冷式冷凝器水冷式冷凝器 l空冷式冷凝器空冷式冷凝器l蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器l淋水式冷凝器淋水式冷凝器 第一节第一节分分类类根据冷却剂种类不同根据冷却剂种类不同立式壳管式立式壳管式卧式壳管式卧式壳管式套管式套管式焊接板式焊接板式吸入式吸入式压送式压送式1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condensersl冷却水来源冷却水来源冷却塔冷却塔应用最广泛应用最广泛深水井深水井海水或河水海水或河水 l特点特点冷凝温度低冷凝温度低相同换热面积排热量大相同换热面积排热量大多用于大中型制冷机组多用于大中型制冷机组要求有冷却水源要求有冷却水源 第一节第一节1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condensers第一节第一节1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器第一节第一节卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器第一节第一节卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器第一节第一节卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器n优点优点n1 结构紧凑，空间高度低，有利于机组化结构紧凑，空间高度低，有利于机组化n2 进出水温差一般为进出水温差一般为46 ，传热效果，传热效果较好较好n3 冷却水循环使用，耗水量少冷却水循环使用，耗水量少n4 操作方便，运行可靠操作方便，运行可靠n缺点缺点1 1 冷却水流动阻力大，水泵耗电多冷却水流动阻力大，水泵耗电多2 2 对水质要求较高，清洗不方便对水质要求较高，清洗不方便3 3 清洗水垢不方便，且需要停止运行清洗水垢不方便，且需要停止运行1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser立式壳管冷凝器管外：制冷剂管内：冷却水n优点优点1 1 占地面积小，可露天安装占地面积小，可露天安装2 2 对水质要求较低对水质要求较低3 3 冷却水所需压头低，水泵耗电少冷却水所需压头低，水泵耗电少4 4 清洗水垢比较方便，可不必停止冷凝器地工作清洗水垢比较方便，可不必停止冷凝器地工作5 5 冷却能力大，适用于大、中型氨制冷系统冷却能力大，适用于大、中型氨制冷系统n缺点缺点1 1 冷却水用量大，耗水量多冷却水用量大，耗水量多2 2 进出水温差比卧式小（冷却水温升为进出水温差比卧式小（冷却水温升为2323），传热效率较低），传热效率较低3 3 操作维护不及卧式方便操作维护不及卧式方便4 4 安装在室外时，水花飞溅对周围的环境有影响安装在室外时，水花飞溅对周围的环境有影响第一节第一节1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser立式壳管冷凝器1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser套管式冷凝器外套管为：无缝钢管外套管：制冷剂内套管：冷却水n特点特点多用于冷量小于多用于冷量小于25kW的氟利昂制冷机组的氟利昂制冷机组传热效果好传热效果好结构简单，易加工结构简单，易加工可套在全封闭压缩机上，结构紧凑可套在全封闭压缩机上，结构紧凑冷却水流动阻力大冷却水流动阻力大金属耗量大金属耗量大第一节第一节1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser套管式冷凝器1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser焊接板式冷凝器1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser焊接板式冷凝器n特点特点体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单加工过程简单内容积小、难以清洗、内部渗漏不易修复内容积小、难以清洗、内部渗漏不易修复1.1 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 Water-cooled Condensern水冷式冷凝器的传热温差水冷式冷凝器的传热温差1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser自然对流式自然对流式 自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器a平板式 b百叶窗式 c钢丝式第一节第一节1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser强迫对流式强迫对流式强迫对流式强迫对流式 强迫对流空冷式冷凝器强迫对流空冷式冷凝器1肋管束 2贮液筒 3气态制冷剂入口第一节第一节1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condensern特点（与水冷式的比较）特点（与水冷式的比较）1 1 适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和汽车空适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和汽车空调调2 2 传热系数低，传热温差大传热系数低，传热温差大3 3 气温高时冷凝压力高气温高时冷凝压力高4 4 不需要配冷却水系统（氨制冷系统一般不采用空冷式）不需要配冷却水系统（氨制冷系统一般不采用空冷式）5 5 露天布置，不需要机房露天布置，不需要机房6 6 翅片清洗不便翅片清洗不便第一节第一节1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condensern风冷式冷凝器的传热温差风冷式冷凝器的传热温差第一节第一节1.2 风冷式冷凝器风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器第一节第一节1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器小型机组的小型机组的室外机室外机吸入式吸入式第一节第一节1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器压送式压送式第一节第一节1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器n特点（兼备水冷式和风冷式的优点）特点（兼备水冷式和风冷式的优点）适用于中、小型氨和府两制冷机组适用于中、小型氨和府两制冷机组传热系数比较高，冷凝温度低传热系数比较高，冷凝温度低耗水量少，露天布置，不需要机房耗水量少，露天布置，不需要机房造价高造价高清洗、维修均较麻烦清洗、维修均较麻烦第一节第一节1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器n蒸发式冷凝器的传热温差蒸发式冷凝器的传热温差第一节第一节1.3 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器n不同冷凝器的传热性能比较不同冷凝器的传热性能比较第二节第二节2 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程2 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程n影响冷凝器传热性能的因素机理机理l制冷剂侧制冷剂侧凝结换热凝结换热l冷却剂侧冷却剂侧风冷风冷/水冷式：对流换热水冷式：对流换热蒸发冷凝式：蒸发换热蒸发冷凝式：蒸发换热2 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程n影响冷凝器传热性能的因素冷却剂侧冷却剂侧冷却介质流速冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵流速低：流动阻力小，泵/风扇能耗小风扇能耗小最佳流速：最佳流速：水：水：0.81.2m/s（氨），（氨），2.5m/s（氟利昂）（氟利昂）空气：空气：24m/s冷却介质传热面积垢冷却介质传热面积垢水冷式：水垢、锈蚀水冷式：水垢、锈蚀风冷式：灰尘、锈蚀风冷式：灰尘、锈蚀2 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程n影响冷凝器传热性能的因素制冷剂侧制冷剂侧流态：过热蒸汽流态：过热蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽两相两相液态液态过冷液过冷液凝结形式凝结形式冷凝壁面的表面状态冷凝壁面的表面状态壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大传热面油膜的影响传热面油膜的影响氨冷凝器会沉积润滑油膜氨冷凝器会沉积润滑油膜不凝器体的影响不凝器体的影响制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时，聚集的制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时，聚集的气膜会降低传热系数气膜会降低传热系数膜状凝结膜状凝结：换热系数小：换热系数小珠状凝结珠状凝结：换热系数大：换热系数大立式冷凝器下部液膜增厚，立式冷凝器下部液膜增厚，传热系数降低传热系数降低2 冷凝器中的传热过程冷凝器中的传热过程n影响冷凝器传热性能的因素冷凝器热阻的大致分配冷凝器热阻的大致分配R总总=R介质介质+R管壁管壁+R制冷剂制冷剂+R污垢污垢R总总：卧：卧0.0008，立，立0.0013，套管，套管0.0009，风冷，风冷0.036，蒸发，蒸发0.0014冷却介质侧冷却介质侧水冷式冷凝器水冷式冷凝器R污垢污垢=0.000180.0005风冷式冷凝器风冷式冷凝器R污垢污垢=0.00010.0003制冷剂侧制冷剂侧氨冷凝器氨冷凝器R污垢污垢=0.000350.0006n冷凝器设计的要点冷凝器设计的要点第三节第三节3 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算首先根据当地条件确定采用冷凝器的类型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冷凝器台数一般应与压缩机对应技术经济比较技术经济比较大中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝大中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝器器+冷却水塔基本相等，但运行费低冷却水塔基本相等，但运行费低维护费蒸发式冷凝器最高维护费蒸发式冷凝器最高冷凝器的排热量有多少冷凝器的排热量有多少压缩机散热量是多少压缩机散热量是多少3 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算n水冷冷凝器水冷冷凝器 主要设计内容主要设计内容1 1 设计条件设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）2 2 主要参数选择主要参数选择 冷凝器结构型式冷凝器结构型式 冷却水的流速冷却水的流速 冷却水进出口温度及其与冷凝温度之差冷却水进出口温度及其与冷凝温度之差 冷却水的温升选择冷却水的温升选择 污垢热阻的选取污垢热阻的选取3 3 冷却水的流动阻力冷却水的流动阻力卧式冷凝器：冷却水温升48（23）立式壳管式冷凝器：冷却水温升24冷却水出水温度与冷凝温度之差：23 3 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器 主要设计内容主要设计内容1 1 设计条件设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）2 2 主要参数选择主要参数选择 冷凝器结构型式冷凝器结构型式 空气进出口温升选择空气进出口温升选择 冷凝温度的选择冷凝温度的选择 管排数的选择管排数的选择 迎面风速的选择迎面风速的选择3 3 空气的流动阻力空气的流动阻力4 4 风机需用功率风机需用功率空气入口温度与冷凝温度之差：1015通常小于83 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算n假设、迭代求解假设、迭代求解 假设热流密度值假设热流密度值 确定结构后假设一热流密度值，进而得出传热系数值，确定结构后假设一热流密度值，进而得出传热系数值，从而又可求得新的热流密度值。将所求得的热流密度与从而又可求得新的热流密度值。将所求得的热流密度与 假设值相比较，若在误差范围内则继续求出传热面积，假设值相比较，若在误差范围内则继续求出传热面积，否则，重新假设否则，重新假设重复以上步骤计算重复以上步骤计算n分类分类第四节第四节4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理按制冷剂的供液方式划分按制冷剂的供液方式划分 满满 液液 式式 循循环环式式 非非满满液液式式淋淋激激式式 4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n满液式蒸发器满液式蒸发器卧式壳管式卧式壳管式水箱式水箱式 第四节第四节4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n满液式蒸发器满液式蒸发器卧式壳管式卧式壳管式水箱式水箱式 第四节第四节优点优点n结构简单结构简单n检修方便。管子内侧易于检修方便。管子内侧易于清洗去垢清洗去垢缺点缺点制冷剂充注量多制冷剂充注量多由于液柱静压力的影响，使蒸发器下部制冷剂的蒸发温由于液柱静压力的影响，使蒸发器下部制冷剂的蒸发温度升高度升高当使用淡水或使用的盐水浓度过低，热负荷突降时，载当使用淡水或使用的盐水浓度过低，热负荷突降时，载冷剂有可能在管内冻结而造成管子冻裂冷剂有可能在管内冻结而造成管子冻裂易积油。对于氟利昂用蒸发器，易溶于液体制冷剂中的易积油。对于氟利昂用蒸发器，易溶于液体制冷剂中的油很难随蒸气一起从上部排出油很难随蒸气一起从上部排出4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n满液式蒸发器满液式蒸发器卧式壳管式卧式壳管式水箱式水箱式 第四节第四节立管式水箱立管式水箱 管内：制冷剂管内：制冷剂 管外：冷冻水管外：冷冻水4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n满液式蒸发器满液式蒸发器卧式壳管式卧式壳管式水箱式水箱式 第四节第四节盘管式水箱盘管式水箱 管内：制冷剂管内：制冷剂 管外：冷冻水管外：冷冻水4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n满液式蒸发器满液式蒸发器卧式壳管式卧式壳管式水箱式水箱式 第四节第四节特点：特点：占地面积大，结构不紧凑，用于占地面积大，结构不紧凑，用于非整体机组系统非整体机组系统直立管和螺旋管式适用于氨制冷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系统，盘管式适用于氟利昂系统有蓄冷能力有蓄冷能力只能使用非挥发性载冷剂只能使用非挥发性载冷剂易积油易积油4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节管内：制冷剂管内：制冷剂管外：载冷剂管外：载冷剂4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节直管式直管式管内：制冷剂管内：制冷剂管外：载冷剂管外：载冷剂4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节U形管形管管内：制冷剂管内：制冷剂管外：载冷剂管外：载冷剂4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节优点优点n1 1 制冷剂充注量少，可不设置高压贮液制冷剂充注量少，可不设置高压贮液桶桶n2 2 制冷剂的流速高，蒸发器内不易积油制冷剂的流速高，蒸发器内不易积油n3 3 载冷剂的流速较高，不易冻结载冷剂的流速较高，不易冻结n4 4 蒸发管簇多采用肋片管，且壳体内设蒸发管簇多采用肋片管，且壳体内设有折流板，故传热系数较大有折流板，故传热系数较大缺点缺点1 1 折流板的装配工折流板的装配工艺较复杂，检修较艺较复杂，检修较困难困难2 2 折流板与壳体及折流板与壳体及管簇之间容易泄漏管簇之间容易泄漏3 3 管子外侧清洗去管子外侧清洗去垢较困难，一般只垢较困难，一般只能采用化学清洗法能采用化学清洗法4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节典型分液器示意图典型分液器示意图 a 离心式 b、c碰撞式 d、e降压式4 蒸发器的种类和工作原理蒸发器的种类和工作原理n非满液式蒸发器非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器直接蒸发式空气冷却器 第四节第四节特点：特点：适用于冷库和空调设备适用于冷库和空调设备家用空调器家用空调器组合式空调机组组合式空调机组不需要载冷剂，冷损失少不需要载冷剂，冷损失少结构紧凑结构紧凑控制方便控制方便5 蒸发器内的传热过程蒸发器内的传热过程n影响蒸发器传热性能的因素影响蒸发器传热性能的因素第五节第五节机理机理l制冷剂侧制冷剂侧蒸发换热蒸发换热l冷却介质侧冷却介质侧载冷剂：水等载冷剂对流换热载冷剂：水等载冷剂对流换热直接蒸发式：空气自然或强迫对流直接蒸发式：空气自然或强迫对流6 蒸发器的设计计算蒸发器的设计计算n冷却液体型干式壳管式蒸发器冷却液体型干式壳管式蒸发器 主要设计内容主要设计内容1 1 给定设计条件给定设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负压缩机、制冷剂、工况、额定负荷荷2 2 主要参数选择主要参数选择 制冷剂质量流速的选择制冷剂质量流速的选择 制冷剂与载冷剂相对流向的选择制冷剂与载冷剂相对流向的选择 制冷剂侧的流程数选择制冷剂侧的流程数选择 载冷剂温降选择载冷剂温降选择 载冷剂折流板型式及数量的选择载冷剂折流板型式及数量的选择 载冷剂侧污垢热阻载冷剂侧污垢热阻 传热管型式传热管型式3 3 液体流动阻力液体流动阻力4 4 管内换热系数的确定管内换热系数的确定冷水或盐水蒸发器的出口温度是根据空调或工艺要求提出的。一般，蒸发温度比冷水出口温度低24，冷水进出口温差：46第六节第六节6 蒸发器的设计计算蒸发器的设计计算n冷却空气型干式蒸发器冷却空气型干式蒸发器 主要设计内容主要设计内容1 1 给定设计条件给定设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负压缩机、制冷剂、工况、额定负荷荷2 2 主要参数选择主要参数选择 （空气流量、空气进出口参数）（空气流量、空气进出口参数）结构参数（肋片参数、管参数等）结构参数（肋片参数、管参数等）管束排列方式管束排列方式管片材料选择管片材料选择空气流速选择空气流速选择传热管型式传热管型式3 3 传热系数的计算传热系数的计算4 4 湿工况下析湿系数湿工况下析湿系数5 5 流动阻力流动阻力冷间温度与制冷剂蒸发温度之差：715第六节第六节空冷冷凝器的设计计算举例空冷冷凝器的设计计算举例n试设计制冷剂为试设计制冷剂为R22R22的的2FM52FM5全封闭压缩机配用的空全封闭压缩机配用的空气冷却式冷凝器。气冷却式冷凝器。要求冷凝液有要求冷凝液有5 5 过冷，已知压缩机在蒸发温度过冷，已知压缩机在蒸发温度为为5 5 ，冷凝温度为，冷凝温度为50 50 时排气温度为时排气温度为85 85 ，压缩机的实际排气量为，压缩机的实际排气量为Gr=180kg/hGr=180kg/h，空气进风，空气进风温度温度t t2 2为为3535。