蒸汽壓縮式制冷循環(huán)四大部件之三 蒸發(fā)器

制冷循環(huán)四大部件三-蒸發(fā)器,是制冷裝置中的主要換熱設(shè)備之一,蒸發(fā)器種類和工作原理,蒸發(fā)器的作用是通過(guò)制冷劑蒸發(fā)(沸騰)，吸收冷源（被冷卻系統(tǒng)）的熱量，從而達(dá)到制冷目的。蒸發(fā)器的形式很多，按照被冷卻介質(zhì)的不同可分為冷卻液體、冷卻空氣及接觸式等蒸發(fā)器。（一）冷卻液體蒸發(fā)器冷卻液體的蒸發(fā)器主要用于冷卻水、鹽水及其他溶液的載冷劑，主要有臥式殼管式和沉浸式。1.臥式殼管式蒸發(fā)器臥式殼管式蒸發(fā)器一般用于閉式的載冷劑系統(tǒng)，有滿液式和干式兩類。,1）結(jié)構(gòu)：和臥式冷凝器結(jié)構(gòu)相似,（1）滿液式蒸發(fā)器：內(nèi)部充滿液態(tài)制冷劑,氨用換熱管一般用25mm2.5mm38mm3mm無(wú)縫鋼管氟利昂用換熱管一般多用20mm以下的滾壓成薄壁低肋的紫銅管或黃銅管。,2）配管、件：,壓力表、安全閥、放油管、放空氣管、泄水管等,3）工作流程：制冷劑走殼管間供液入殼底，若為氨時(shí)，充滿高度約為筒徑的7080%；鑒于氟利昂液面沸騰泡沫較嚴(yán)重，故其充液量為筒徑的5565%。載冷劑（冷卻水）走管束內(nèi)同側(cè)水平進(jìn)出。淡水作為載冷劑時(shí)，在管內(nèi)流速為1.52.5m/s,海水為12m/s。,4）滿液式蒸發(fā)器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；（2）傳熱性能好；（3）制造和安裝較方便；（4）用鹽水作載冷劑，不易腐蝕和避免鹽水濃度被空氣中水分稀釋。缺點(diǎn)：制冷劑充灌量大，液體靜壓影響較大。5）應(yīng)用廣泛被用于船舶制冷、制冰、食品冷凍和空氣調(diào)節(jié)中,由于蒸發(fā)器的傳熱面幾乎全部與不同干度的濕蒸氣接觸，故屬于非滿液式蒸發(fā)器。干式殼管蒸發(fā)器按照管組的排列方式不同可分為直管式和U形管式兩種，見圖。,(2)干式殼管蒸發(fā)器：內(nèi)部充液量少,圖示為直管式干式蒸發(fā)器,工作流程制冷劑走管束內(nèi)載冷劑走水箱內(nèi),討論1：滿液式蒸發(fā)器和干式殼管式蒸發(fā)器在工作流程上和充液量上有什么不同？,討論2：直管式干式蒸發(fā)器和U形管式蒸發(fā)器的區(qū)別？,干式殼管式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)：（1）充液量少，為管內(nèi)容積的40%左右（2）受制冷劑液體靜壓力的影響較少；（3）排油方便；（4）載冷劑結(jié)冰不會(huì)脹裂管子；（5）制冷劑液面容易控制；（6）結(jié)構(gòu)緊湊。干式殼管式蒸發(fā)器缺點(diǎn)：（1）制冷劑在換熱管束內(nèi)供液不易均勻，（2）弓形折流板制造與裝配比較麻煩，（3）載冷劑在折流板孔和換熱管間、折流板外周與筒體間容易產(chǎn)生泄漏旁流，從而降低傳熱效果。,(二)沉浸式蒸發(fā)器（又稱水箱式蒸發(fā)器）臥式殼管蒸發(fā)器存在兩個(gè)缺點(diǎn)：1、使用時(shí)需注意蒸發(fā)壓力的變化，避免蒸發(fā)壓力過(guò)低，使被冷卻的水凍結(jié)，脹裂傳熱管；2、蒸發(fā)器水容量小，運(yùn)行過(guò)程的熱穩(wěn)定性差，水溫易發(fā)生較大變化。水箱式蒸發(fā)器可消除此缺點(diǎn)。,水箱式蒸發(fā)器由水箱和蒸發(fā)盤管組成，水箱由鋼板焊接而成，盤管可為立管、螺旋形盤管、蛇形盤管及V形管式等。圖示為氨立管式水箱式蒸發(fā)器，水箱中裝有兩排或多排管組，每排管組由上下集管和介于其間的許多鋼制立管組成；上集管焊有液體分離器，下集管焊有集油罐，集油罐上部接有均壓管與回氣管相通。,1）結(jié)構(gòu)及組成,2）工作流程制冷劑走管束內(nèi)載冷劑走水箱內(nèi),直立管式：氨用，腐蝕性大3）類型螺旋管式：氨用，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱性能更好蛇管式：小型氟里昂裝置,討論3：立管式、螺旋式和蛇管式蒸發(fā)器的區(qū)別及聯(lián)系？,（二）冷卻空氣用的蒸發(fā)器,在冷卻空氣的蒸發(fā)器中，制冷劑沿管程流動(dòng)冷卻管外空氣。冷卻空氣的蒸發(fā)器主要有空氣自然對(duì)流的冷卻排管和空氣強(qiáng)迫的冷風(fēng)機(jī)。1.冷卻排管根據(jù)排管安裝不同有三類：墻排管頂排管擱架管其結(jié)構(gòu)有直管式、集管式與盤管式,立式墻排管,（1）立式墻排管,（2）盤管式墻排管,盤管式墻排管,盤管式墻排管,冷庫(kù)盤管式墻排管蒸發(fā)器,兩層頂排管,（3）集管式頂排管一般用于氨制冷系統(tǒng)中，根據(jù)需要有兩層光滑管、兩層翅片管、四層翅片管等,（4）擱架式冷卻排管,擱架式排管,3.干式冷風(fēng)機(jī)主要由箱體、蒸發(fā)器和通風(fēng)機(jī)組成。主要依靠通風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣流過(guò)箱體內(nèi)的蒸發(fā)器管組進(jìn)行熱交換。有落地式和吊頂式兩類。大型干式冷風(fēng)機(jī)一般采用落地式，分為氨用和氟用,討論4：落地式和吊頂式冷風(fēng)機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系？,分液器和分液管是保證將液態(tài)制冷劑均勻分配給直接蒸發(fā)式空氣冷卻器各通路的主要部件。由于液態(tài)制冷劑流經(jīng)膨脹閥降壓后，呈氣液兩相狀態(tài)，處理不當(dāng)，則導(dǎo)致各通路分液不均；為了解決此問(wèn)題，除在膨脹閥后設(shè)置分液器增強(qiáng)氣液混合以外，還設(shè)置等長(zhǎng)度的分液管，增加各通路阻力，保證各通路分液均勻。分液管為內(nèi)徑頗小的毛細(xì)管，其尺寸選擇可參見資料。,圖示是五種常見的分液器示意圖。,二、蒸發(fā)器的傳熱及影響因素,（一）蒸發(fā)器的傳熱（二）影響蒸發(fā)器傳熱的因素（三）提高蒸發(fā)器傳熱效率1.氨制冷系統(tǒng)，應(yīng)定期排油；2.適當(dāng)提高載冷劑流速；3.及時(shí)清除載冷劑側(cè)水垢；4.冷庫(kù)中應(yīng)定期除霜；5.防止蒸發(fā)溫度過(guò)低，避免載冷劑結(jié)冰。,第三節(jié)其他換熱設(shè)備,制冷裝置的換熱設(shè)備除了冷凝器和蒸發(fā)器外，為了提高制冷裝置工作效率或達(dá)到所需要的低溫，還有其他一些換熱設(shè)備，其中包括再冷卻器、回?zé)崞?、中間冷卻器、水冷卻塔和冷凝-蒸發(fā)器等。一、再冷卻器對(duì)于冷凝器來(lái)說(shuō)，希望能使冷凝后的液態(tài)制冷劑達(dá)到一定的再冷度，以便提高制冷系統(tǒng)的制冷能力和有利于液態(tài)制冷劑的輸送。為了獲得較大的再冷度一般有兩種方法：一種是使冷凝器底部的部分傳熱管浸沒(méi)在被冷凝下來(lái)的液態(tài)制冷劑中；另一種則是獨(dú)立設(shè)置再冷卻器。,采用冷凝下來(lái)的液態(tài)制冷劑浸泡部分傳熱管時(shí)，由于液態(tài)制冷劑與剛進(jìn)入冷凝器的冷卻水通過(guò)管壁進(jìn)行熱交換，可使液態(tài)制冷劑有較大的再冷。但是，浸泡式傳熱面的換熱屬于自然對(duì)流換熱，傳熱系數(shù)頗低。圖示為套管式氨再冷卻器。冷卻水在內(nèi)管中自下而上流動(dòng)，氨液在內(nèi)管外部環(huán)形空間中自上而下流動(dòng)。這種與冷凝器分離的再冷卻器，一則可以使之進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流換熱，再則可使冷卻水與氨液之間呈逆流式熱交換，因此，再冷能力較強(qiáng)。,二、中間冷卻器中間冷卻器位于制冷冷壓縮機(jī)的低、高壓級(jí)之間。,它有怎樣的作用和使用條件？,氨中間冷卻器結(jié)構(gòu)見圖。,氟利昂中間冷卻器結(jié)構(gòu)見右圖，其結(jié)構(gòu)比氨中間冷卻器簡(jiǎn)單。,三、回?zé)崞骰責(zé)崞魇侵阜褐评溲b置中使節(jié)流裝置前制冷劑液體與蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣進(jìn)行換熱的氣液熱交換器，它的作用是：(1)對(duì)于R12、R134a和R502，通過(guò)回?zé)崽岣咧评溲b置的制冷系數(shù)；(2)使得節(jié)流裝置前制冷劑液體再冷以免氣化，保證正常節(jié)流；(3)使蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣中夾帶的液體氣化，以提高制冷壓縮機(jī)的容積效率和防止壓縮機(jī)液擊。對(duì)于大中型制冷裝置多采用盤管式回?zé)崞鳎?.515kW容量的制冷裝置可采用套管式和繞管式。,對(duì)于電冰箱等小型制冷裝置，將供液管和吸氣管綁在一起或并行焊接在一起，或?qū)⒆鳛楣?jié)流裝置的毛細(xì)管同吸氣管綁在一起，或者直接插入吸氣管中，構(gòu)成最簡(jiǎn)單的回?zé)崞鳌?盤管式回?zé)崞魅鐖D所示?；?zé)崞魍鈿殇撝茍A筒，內(nèi)裝銅制螺旋盤管。來(lái)自冷凝器的高壓高溫制冷劑液體在盤管內(nèi)流動(dòng)，而來(lái)自蒸發(fā)器的低壓低溫制冷劑蒸氣則從盤管外部空間通過(guò)，使液體再冷卻。,為了防止?jié)櫥统练e在回?zé)崞鞯臍んw內(nèi)，制冷劑蒸氣在回?zé)崞髯钫孛嫔系牧魉偃?10ms；設(shè)計(jì)時(shí)，制冷劑液體在管內(nèi)的流速可取0.81.0ms，這時(shí)回?zé)崞鞯膫鳠嵯禂?shù)約為240300W(m2K)。制冷劑蒸氣的干度對(duì)回?zé)崞鞯膿Q熱影響很大，飽和蒸氣的傳熱系數(shù)比x。=0.860.88的濕蒸氣低三分之一。,四、冷凝-蒸發(fā)器冷凝-蒸發(fā)器用于復(fù)疊式制冷裝置，它是利用高溫級(jí)制冷劑制取的冷量，使低溫級(jí)壓縮機(jī)排出的氣態(tài)制冷劑冷凝，既是高溫級(jí)循環(huán)的蒸發(fā)器，又是低溫級(jí)循環(huán)的冷凝器。常用的結(jié)構(gòu)形式有套管式、繞管式和殼管式。,(一)套管式套管式冷凝-蒸發(fā)器與套管式冷凝器結(jié)構(gòu)相似，它是將兩個(gè)直徑不同的管道套在一起后彎曲而成。一般高溫級(jí)循環(huán)制冷劑在管間蒸發(fā)，低溫級(jí)制冷劑蒸氣在管內(nèi)冷凝。這種蒸發(fā)一冷凝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制作方便，但外形尺寸較大；當(dāng)套管太長(zhǎng)時(shí)，蒸發(fā)和冷凝兩側(cè)的流動(dòng)阻力都較大，故它適用于小型復(fù)疊式制冷裝置。,(二)繞管式繞管式冷凝一蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由一組多頭的螺旋形盤管裝在一個(gè)圓形的殼體內(nèi)組成的。高溫級(jí)制冷劑由上部供入，在管內(nèi)蒸發(fā)，蒸氣由下部導(dǎo)出；低溫級(jí)制冷劑在管外冷凝。這種冷凝蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及制造工藝較其他形式復(fù)雜，但是它傳熱效果好，制冷劑充注量較小。由于其殼體內(nèi)容積較大，必要時(shí)還可以起到膨脹容器的作用。,(三)殼管式殼管式冷凝-蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上是將直管管束設(shè)置在殼筒內(nèi)，以取代螺旋盤管，其形式與殼管式冷凝器結(jié)構(gòu)基本相同。它可以設(shè)計(jì)成立式安裝型，高溫級(jí)制冷劑液體從下部進(jìn)入