制冷與低溫技術(shù)原理- 熱交換過程與制 冷設(shè)備【執(zhí)行文案】

1、現(xiàn)代制冷技術(shù)第 6 章 制冷設(shè)備第六章 制冷設(shè)備主要內(nèi)容: 制冷裝置的換熱設(shè)備； 制冷裝置的節(jié)流機構(gòu)； 制冷壓縮機； 蒸汽壓縮式制冷裝置的輔助設(shè)備。6.1 制冷裝置的換熱設(shè)備6.1.1 冷凝器 制冷裝置的熱交換設(shè)備主要有： 冷凝器，蒸發(fā)器，冷凝-蒸發(fā)器，中冷器， 回?zé)崞?，吸收器，發(fā)生器和溶液熱交換器等。按照使用冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，分為三類： 水冷冷凝器； 空氣冷卻式冷凝器； 蒸發(fā)式冷凝器。6.1.1 冷凝器1. 水冷式冷凝器 用水作冷卻介質(zhì)，帶走制冷劑冷凝時放出的 熱量； 冷卻水可使用江河湖海水或地下水； 冷卻水可以一次使用，也可循環(huán)使用； 循環(huán)使用的冷卻水需配有水冷卻塔或冷水池； 結(jié)構(gòu)

2、：殼管式，套管式，板式等； 特點：傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 多用于大中型制冷設(shè)備。6.1.1 冷凝器1殼管式冷凝器立式殼管式冷凝器：大型氨制冷裝置；臥式殼管式冷凝器：大中型氨或氟利昂制冷裝置。 氨臥式殼管式冷凝器：鋼管； 氟利昂臥式殼管式換熱器：鋼管或銅管。氨臥式殼管式冷凝器示意圖25-32mm的無縫鋼管，國產(chǎn)：4-10個流程；安裝排氣閥，放水閥，集污包，壓力表，平安閥，均壓閥；水速，傳熱系數(shù)930-1160W/(m2.K)，單位面積換熱量4071-5234W/m2。立式殼管式冷凝器示意圖殼體裝有放油閥，放空閥，平安閥接管，頂端配有配水箱；換熱管采用直徑較小的無縫鋼管，如： 383mm和 513

3、.5mm，換熱管高度約4-5m，冷卻水溫升2-4；傳熱系數(shù)約為698-814 W/(m2.K)；優(yōu)點：可以露天安裝，節(jié)省機房面積，可以安裝在冷卻水 塔的下面，簡化冷卻水系統(tǒng)，清洗水垢較方便， 可以使用水質(zhì)較差的冷卻水；缺點：冷卻水用量大，設(shè)備體積大，比較笨重， 金屬耗量大，搬運安裝不方便， 制冷劑泄露不易被發(fā)現(xiàn)。立式殼管式冷凝器說明； 由不同直徑的管子套在一起，并彎制成蛇形或螺旋形； 制冷劑蒸汽在套管間冷凝，冷凝液從下部引出， 冷卻水在直徑較小的管道內(nèi)自下而上流動， 與制冷劑形成逆流式。 換熱效果較好。當(dāng)水速為1-2m/s時，傳熱系數(shù)在900 1300W/(m2.K) ； 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制作

4、方便，傳熱效果好； 缺點：冷卻水和制冷劑兩側(cè)的流動阻力較大， 金屬消耗量大，對水垢清洗不方便； 一般用在小型氟利昂制冷裝置中。2套管式冷凝器套管式冷凝器6.1.1 冷凝器2. 空氣冷卻式冷凝器 用空氣作冷卻介質(zhì)，制冷劑在管內(nèi)冷凝， 空氣在管外流動吸收管內(nèi)制冷劑放出的熱量； 由于空氣的換熱系數(shù)較小，管外（空氣側(cè)） 常設(shè)置肋片，以強化管外換熱； 按空氣流動方式的不同，分為： 自然對流空氣冷卻式冷凝器：家用冰箱； 強制對流空氣冷卻式冷凝器：小型氟利昂制冷設(shè)備， 如：冷柜，家用空調(diào)，車載空調(diào)，冷藏車。1自然對流空氣冷卻式冷凝器自然對流空氣冷卻式冷凝器 依靠空氣在冷凝器被加熱后自動上升的過程將冷凝器釋放

5、 的熱量帶走； 不需要風(fēng)機，沒有噪聲，多用于小型制冷裝置； 目前普遍應(yīng)用的是絲管式結(jié)構(gòu)的空氣自由運動式冷凝器。 在蛇形傳熱管兩側(cè)焊有鋼絲1.4-1.6mm， 絲間距一般為4-10mm，傳熱管采用4-6mm復(fù)合鋼管 管外鍍銅，又稱幫迪管； 傳熱系數(shù)較低，可達9-16 W/(m2.K)。2強制對流空氣冷卻式冷凝器1-肋片 2-傳熱管 3-上封板 4-左端板 5-進氣集管6-彎頭7-出液集管 8-下封板 9-前封板10-通風(fēng)機 11-裝配螺釘6.1.1 冷凝器3. 蒸發(fā)式冷凝器3. 蒸發(fā)式冷凝器優(yōu)點：1用水量少； 2結(jié)構(gòu)緊湊，可安裝在屋頂上，節(jié)省 占地面積。蒸發(fā)式冷凝器的耗水量少，特別 適合用于缺水

6、和氣候枯燥的地區(qū)。 通常安裝在制冷機房的屋頂上。缺點：冷卻水不斷循環(huán)使用，水垢層增長較快， 需要使用經(jīng)過軟化處理的水。6.1.1 冷凝器6.1.2 蒸發(fā)器1. 影響蒸發(fā)器傳熱的主要因素 控制潤滑油進入蒸發(fā)器； 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于氣液分離，實際中出口裝有 氣液分離器，保護壓縮機的工作。2.分類 按冷卻的介質(zhì)不同分為 冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器； 冷卻空氣的蒸發(fā)器； 根據(jù)供液方式的不同分為 滿液式蒸發(fā)器； 干式蒸發(fā)器； 循環(huán)式蒸發(fā)器； 噴淋式蒸發(fā)器。1. 滿液式蒸發(fā)器 按結(jié)構(gòu)分為；臥式殼管式，直管式，螺旋管式 等結(jié)構(gòu)形式； 共同特點：在蒸發(fā)器內(nèi)充滿了液態(tài)制冷劑液體， 運行中吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸汽不斷

7、從液體中 別離出來，由于制冷劑與換熱面充分接觸， 具有較大換熱系數(shù)。 缺點：制冷劑充注量大，液住靜壓給蒸發(fā)溫度 造成不良影響。6.1.2 蒸發(fā)器1殼管式滿液式蒸發(fā)器臥式滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)制冷劑在殼內(nèi)管外蒸發(fā)，載冷劑在管內(nèi)流動。 一般為多程式。載冷劑的進出口設(shè)在端蓋上，取下進上出走向，制冷劑 液體從殼底部或側(cè)面進入殼內(nèi)，蒸汽由上部引出。殼內(nèi) 制冷劑液體始終保持約為殼徑70%-80%的靜液面高度。安裝排氣閥，放水閥，集污包，壓力表，平安閥，均壓閥；氨殼管式蒸發(fā)器采用無縫鋼管，氟利昂殼管式蒸發(fā)器采用銅管，管外加肋片。載冷劑流速為，傳熱系數(shù)可達450-520W/(m2.K)， 單位面積換熱量2300-2

8、600W/m2。殼管式滿液式蒸發(fā)器2. 干式蒸發(fā)器 是一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全汽化的 蒸發(fā)器。 其傳熱管外側(cè)被冷卻介質(zhì)為載冷劑（水）或 空氣，制冷劑在管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，流量約為傳熱 管內(nèi)容積的20%-30%。 按被冷卻介質(zhì)不同分為； 冷卻液體介質(zhì)的干式蒸發(fā)器； 冷卻空氣的干式蒸發(fā)器；1冷卻液體介質(zhì)的干式蒸發(fā)器2冷卻空氣的干式蒸發(fā)器 按空氣的運動狀態(tài)分為； 冷卻自由運動空氣的蒸發(fā)器； 冷卻強制流動空氣的蒸發(fā)器。 自然對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器排管 根據(jù)其安裝的位置分為： 墻排管、頂排管、擱架式排管等多種形式； 從構(gòu)造形式上可分為： 立式、臥式和盤管式等類型。強制對流式冷卻空氣的蒸發(fā)器蒸發(fā)器 繞片

9、管套片管1-傳熱管 2-肋片3-擋板4-通風(fēng)機 5-集氣管6-分液器 3. 循環(huán)式蒸發(fā)器 制冷劑在管內(nèi)反復(fù)循環(huán)吸熱蒸發(fā)直至完全 汽化。多用于大型液泵供液和重力供液冷庫 系統(tǒng)或低溫環(huán)境實驗裝置。6.1.2 蒸發(fā)器6.1.3 傳熱過程的強化 換熱設(shè)備的根本傳熱公式 ；傳熱過程的強化 增大傳熱面積； 增大對數(shù)平均溫度度差； 增大總傳熱系數(shù)； 降低污垢熱阻值； 降低管壁熱阻。對數(shù)平均溫差6.2 制冷裝置的節(jié)流機構(gòu)6.2.1 節(jié)流機構(gòu)的作用和工作原理 當(dāng)制冷劑流體通過一小孔時，一局部靜壓力轉(zhuǎn)變 為動壓力，流速急劇增大，成為湍流流動，流體發(fā) 生擾動，摩擦阻力增加，靜壓下降，使流體到達降 壓調(diào)節(jié)流量的目的。

10、 6.2.2 節(jié)流機構(gòu)的作用有兩點： 1對從冷凝器中出來的高壓液體制冷劑進行節(jié) 流降壓為蒸發(fā)壓力； 2根據(jù)系統(tǒng)負荷變化，調(diào)整進入蒸發(fā)器的制冷 劑液體的數(shù)量。6.2 制冷裝置的節(jié)流機構(gòu) 6.2.3 節(jié)流機構(gòu)的種類 按供液量調(diào)節(jié)方式分為五個類型：用手動調(diào)節(jié)的節(jié)流機構(gòu)手動節(jié)流閥；用液位調(diào)節(jié)的節(jié)流機構(gòu)：浮球調(diào)節(jié)閥；用蒸汽過熱度調(diào)節(jié)的節(jié)流機構(gòu)： 熱力膨脹閥，電熱膨脹閥；用電子脈沖調(diào)節(jié)的節(jié)流機構(gòu)；不進行調(diào)節(jié)的節(jié)流機構(gòu)；毛細管，恒壓節(jié)流閥。熱力膨脹閥 熱力膨脹閥普遍用于氟利昂制冷系統(tǒng)中。通過 感溫機構(gòu)的作用，隨蒸發(fā)器出口處制冷劑的溫 度變化而自動變化，到達調(diào)節(jié)制冷劑供液量的 目的。 熱力式膨脹閥: 主要由閥

11、體、感溫包和毛細管組成。 熱力式膨脹閥按膜片平衡方式不同有： 內(nèi)平衡式和外平衡式兩種類型.內(nèi)平衡式熱力膨脹閥由閥體、推桿、閥座、閥針、彈簧、調(diào)節(jié)桿、感溫包、聯(lián)接管、感應(yīng)膜片等部件組成6.2 制冷裝置的節(jié)流機構(gòu)內(nèi)平衡式熱力膨脹閥 毛細管 毛細管是最簡單的節(jié)流裝置，在家用冰箱， 窗式空調(diào)器；中小型空氣調(diào)節(jié)機廣泛應(yīng)用； 毛細管是一根有規(guī)定長度的直徑很細的紫銅管， 它的內(nèi)徑一般為0.52mm。 毛細管作節(jié)流裝置的特點: 毛細管由紫銅管拉制而成，制造方便，價格低廉； 沒有運動部件，本身不易產(chǎn)生故障和泄漏； 制冷壓縮機停止運轉(zhuǎn)后，制冷系統(tǒng)內(nèi)的高壓側(cè)壓力 和低壓側(cè)壓力可迅速得到平衡。6.3 制冷壓縮機 完整

12、的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，除壓縮機、冷凝器、 膨脹閥和蒸發(fā)器四個主件外，為了保證系統(tǒng)正常、經(jīng) 濟和平安的運行，還需設(shè)置一定數(shù)量的其它輔助設(shè)備。 按照它們的作用，根本上可以分為兩大類： (1)維持制冷循環(huán)正常工作的設(shè)備： 如:兩級壓縮的中間冷卻器等； (2)改善運行指標及運行條件的設(shè)備： 如：油別離器、集油器、氨液別離器、 空氣別離器以及各種貯液桶(或器)等。 在制冷系統(tǒng)中還配有用以調(diào)節(jié)、控制與保證平安運行所 需的器件、儀表和連接管道的附件等。6.4 制冷系統(tǒng)的輔助設(shè)備1風(fēng)扇 2翅片式換熱器 3套管式換熱器 4水泵 5膨脹閥6視鏡 7枯燥過濾器 8貯液罐9氣液別離器 10壓縮機11四通換向閥 12

13、,13,14,15單向閥16低壓接口17高壓接口熱泵型風(fēng)冷式冷水機組原理圖水冷式小型氟利昂冷庫制冷系統(tǒng)流程圖1蒸發(fā)器 2分液頭3熱力膨脹閥 4低壓表 5壓力控制器6壓縮機 7高壓表 8油別離器 9熱氣沖霜管 10截止閥 11冷卻塔 12冷卻水泵 13冷卻水量調(diào)節(jié)閥 14冷凝器 15枯燥過濾器 16回?zé)崞?17電磁閥小型冷庫 分液頭: 使制冷劑均勻地分配到蒸發(fā)器的各路管組中。 壓力控制器: 壓縮機工作時的平安保護控制裝置。 油別離器: 把潤滑油別離出來，并返回到曲軸箱去。 熱氣沖霜管: 定期加熱蒸發(fā)器而除霜。 冷卻塔: 利用空氣使冷卻水降溫，循環(huán)使用，節(jié)約用水。 冷卻水泵: 冷卻水循環(huán)的輸送設(shè)備

14、 枯燥過濾器: 除去冷凝器中的水份和雜質(zhì)，防止膨脹閥冰 堵或堵塞。 回?zé)崞? 過冷液體制冷劑，提上下壓蒸汽溫度，消除壓縮 機的液擊。 電磁閥: 壓縮機停機后自動切斷輸液管路，起保護壓縮機 的作用。6.4.1 中間冷卻器 中間冷卻器的作用 中間冷卻器是用以冷卻兩個壓縮級之間被壓縮的氣體或蒸氣的設(shè)備。制冷系統(tǒng)的中間冷卻器能降低低壓級壓縮機的排氣溫度即高壓級的吸氣溫度，以避免高壓級壓縮機的排氣溫度過高；還能使進入蒸發(fā)器的制冷劑液得到過冷，減少管中的閃發(fā)氣體，從而提高壓縮機的制冷能力。 應(yīng)用：氟利昂或氨雙級或多級壓縮制冷系統(tǒng)； 連接在低壓級的排氣管和高壓級的吸氣管之間。1. 氨用中間冷卻器中間冷卻器操

15、作本卷須知：中間冷卻器內(nèi)氣體流速一般為 0.5- 0.8m/s。蛇形盤管內(nèi)氨液流速為0.4- 0.7m/s，其出口氨液溫度比進口 低3-5。中間冷卻器的中間壓力一般在 0.3MPa表壓左右， 不宜超過0.4MPa表壓。高壓級的吸氣過熱度，即吸氣溫度比中間冷卻器的中間溫度高2- 4。2. 氟用中間冷卻器氟利昂制冷系統(tǒng)雙級壓縮時大都采用 一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)。 蒸發(fā)器冷凝器節(jié)流閥 中間冷卻器 低壓壓縮機12354 高壓壓縮機節(jié)流閥6789蒸發(fā)器冷凝器節(jié)流閥 中間冷卻器 低壓壓縮機12354 高壓壓縮機節(jié)流閥6786.4.2 別離與貯存設(shè)備1. 氣液別離設(shè)備 如氨液別離器，將蒸發(fā)器出來的蒸氣中

16、的液滴別離掉， 以提高壓縮機運轉(zhuǎn)的平安性；它也用在貯液器后面， 用來別離因節(jié)流降壓而產(chǎn)生的閃發(fā)氣體，不讓它進入 蒸發(fā)器，以提高蒸發(fā)器工作效率。 別離原理：主要利用氣體和液體的密度不同，通過擴 大管路通徑減小速度以及改變速度的方向，使氣體和 液體別離。 氣液別離器有立式和臥式兩種。 正常工作時，其進氣閥、回氣閥、供液閥、出液閥、 浮球的均壓閥、壓力表閥都是常開的。6.4.2 別離與貯存設(shè)備2. 貯液器1高壓貯液器一般位于冷凝器之后。 作用：貯存冷凝器流出的制冷劑液體， 使冷凝器的傳熱面積充分發(fā)揮作用。 2保證供給和調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)中有關(guān)設(shè)備 需要的制冷劑液體循環(huán)量。 2低壓貯液器 根據(jù)用途不同可分為

17、低壓貯液器和排液桶等。 低壓貯液器與排液桶屬低溫設(shè)備，筒體外應(yīng) 設(shè)置保溫層。 高壓儲液器a氨貯液器 b氟利昂貯液器 1壓力表閥 2出液管 3平安閥 4放空氣管5放油管接頭 6平衡管 7進液管6.4.2 別離與貯存設(shè)備1加壓管 2平衡管 3壓力表 4平安閥 5出液管 6進液管 7放油管 6.4.2 別離與貯存設(shè)備6.4.3 油別離器 工作的根本原理： 1利用油的重度與制冷劑氣體 重度的不同，進行沉降別離。 2利用擴大通道截面降低氣體 流速一般約在0.81m/s， 造成輕與重的物質(zhì)易別離。 3迫使氣體流動方向改變， 使重的油與輕的氣進行別離。 4氣體流動撞擊器壁，由于粘度 不同、質(zhì)量不同，產(chǎn)生的反

18、向速度 也不同，促使油的沉降別離。過濾式或填料式油別離器6.4.3 油別離器1. 過濾式或填料式油別離器 通常用于小型氟里昂制冷系統(tǒng)中。6.4.3 油別離器2. 離心式油別離器： 在筒體上部設(shè)置有螺旋狀導(dǎo)向葉片，進氣從筒體上部沿切線方向進入后，順導(dǎo)向葉片自上而下作螺旋狀流動，在離心力的作用下，進氣中的油滴被別離出來，沿筒體內(nèi)壁流下，制冷劑蒸汽由筒體中央的中心管經(jīng)三層篩板過濾后從筒體頂部排出。筒體中部設(shè)有傾斜擋板，將高速旋轉(zhuǎn)的氣流與貯油室隔開，同時也能使別離出來的油沿擋板流到下部貯油室。貯油室積存的油可通過筒體下部的浮球閥裝置自動返回壓縮機，也可采用手動方式回油。 枯燥器、過濾器和枯燥過濾器1枯燥器 2過濾器 3枯燥過濾器 常用的有過濾器和枯燥過濾器兩種 枯燥過濾器a) 直角式 b) 直通式6.4.4 制冷劑凈化6.4.5 空氣別離器 制冷系統(tǒng)中進入空氣的原因有：1制冷系統(tǒng)在投產(chǎn)前或大修后，因未徹底去除空氣， 故空氣存在制冷系統(tǒng)中。2日常維修時，局部管道、設(shè)備未經(jīng)抽真空， 就投入工作。3系統(tǒng)充氨、充氟、加油時帶入空氣。4當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)在負壓下工作時，通過密封不嚴密處 竄入空氣。6.4.5 空氣