第5章蒸发器与冷凝器2.ppt

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,原理,制冷剂,压缩机,冷凝器蒸发器,制冷装置的换热设备,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：压力、温度变化范围比较窄介质之间的传热温差较小要与制冷压缩机匹配,制冷装置的换热设备,换热设备的选用与其用途、传热介质的类型、流动方式和传热特性有关,冷凝器蒸发器再冷却器回热器中间冷却器冷凝-蒸发器,制冷装置的换热设备,主要内容,冷凝器的种类、基本构造和工作原理蒸发器的种类、基本构造和工作原理冷凝器与蒸发器中的传热过程及分析冷凝器与蒸发器的设计计算其他换热器介绍,1 冷凝器的种类和工作原理,水冷式冷凝器空冷式冷凝器蒸发式冷凝器淋水式冷凝器,第一节,分类,根据冷却剂种类不同,立式壳管式卧式壳管式套管式焊接板式,吸入式压送式,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condensers,冷却水来源冷却塔应用最广泛深水井海水或河水特点冷凝温度低相同换热面积排热量大多用于大中型制冷机组要求有冷却水源,第一节,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condensers,第一节,1.1 水冷式冷凝器,第一节,卧式壳管式冷凝器,1.1 水冷式冷凝器,第一节,卧式壳管式冷凝器,1.1 水冷式冷凝器,第一节,卧式壳管式冷凝器,优点1 结构紧凑，空间高度低，有利于机组化2 进出水温差一般为46，传热效果较好3 冷却水循环使用，耗水量少4 操作方便，运行可靠,缺点1 冷却水流动阻力大，水泵耗电多2 对水质要求较高，清洗不方便3 清洗水垢不方便，且需要停止运行,1.1 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,优点1 占地面积小，可露天安装2 对水质要求较低3 冷却水所需压头低，水泵耗电少4 清洗水垢比较方便，可不必停止冷凝器地工作5 冷却能力大，适用于大、中型氨制冷系统,缺点1 冷却水用量大，耗水量多2 进出水温差比卧式小（冷却水温升为23），传热效率较低3 操作维护不及卧式方便4 安装在室外时，水花飞溅对周围的环境有影响,第一节,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser,立式壳管冷凝器,1.1 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,特点多用于冷量小于25kW的氟利昂制冷机组传热效果好结构简单，易加工可套在全封闭压缩机上，结构紧凑冷却水流动阻力大金属耗量大,第一节,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser,套管式冷凝器,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser,焊接板式冷凝器,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser,焊接板式冷凝器,特点体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、加工过程简单内容积小、难以清洗、内部渗漏不易修复,1.1 水冷式冷凝器 Water-cooled Condenser,水冷式冷凝器的传热温差,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,自然对流式,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,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,强迫对流式,强迫对流式,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,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,特点（与水冷式的比较）1 适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和汽车空调2 传热系数低，传热温差大3 气温高时冷凝压力高4 不需要配冷却水系统（氨制冷系统一般不采用空冷式）5 露天布置，不需要机房6 翅片清洗不便,第一节,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,风冷式冷凝器的传热温差,第一节,1.2 风冷式冷凝器 Air-cooled Condenser,1.3 蒸发式冷凝器,1.3 蒸发式冷凝器,第一节,1.3 蒸发式冷凝器,小型机组的室外机,吸入式,第一节,1.3 蒸发式冷凝器,压送式,第一节,1.3 蒸发式冷凝器,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，不需要机房造价高清洗、维修均较麻烦,第一节,1.3 蒸发式冷凝器,蒸发式冷凝器的传热温差,第一节,1.3 蒸发式冷凝器,不同冷凝器的传热性能比较,第二节,2 冷凝器中的传热过程,2 冷凝器中的传热过程,影响冷凝器传热性能的因素,机理制冷剂侧凝结换热冷却剂侧风冷/水冷式：对流换热蒸发冷凝式：蒸发换热,2 冷凝器中的传热过程,影响冷凝器传热性能的因素,冷却剂侧,冷却介质流速流速高：换热增强，减少积垢流速低：流动阻力小，泵/风扇能耗小最佳流速：水：0.81.2m/s（氨），2.5m/s（氟利昂）空气：24m/s冷却介质传热面积垢水冷式：水垢、锈蚀风冷式：灰尘、锈蚀,2 冷凝器中的传热过程,影响冷凝器传热性能的因素,制冷剂侧,流态：过热蒸汽饱和蒸汽两相液态过冷液凝结形式冷凝壁面的表面状态壁面粗糙会使液膜积聚变厚，热阻增大传热面油膜的影响氨冷凝器会沉积润滑油膜不凝器体的影响制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时，聚集的气膜会降低传热系数,膜状凝结：换热系数小珠状凝结：换热系数大立式冷凝器下部液膜增厚，传热系数降低,2 冷凝器中的传热过程,影响冷凝器传热性能的因素,冷凝器热阻的大致分配,R总=R介质+R管壁+R制冷剂+R污垢R总：卧0.0008，立0.0013，套管0.0009，风冷0.036，蒸发0.0014冷却介质侧水冷式冷凝器R污垢=0.000180.0005风冷式冷凝器R污垢=0.00010.0003制冷剂侧氨冷凝器R污垢=0.000350.0006,冷凝器设计的要点,第三节,3 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技术经济比较大中型系统蒸发式冷凝器与水冷冷凝器+冷却水塔基本相等，但运行费低维护费蒸发式冷凝器最高冷凝器的排热量有多少压缩机散热量是多少,3 冷凝器的设计计算,水冷冷凝器 主要设计内容,1 设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）2 主要参数选择 冷凝器结构型式 冷却水的流速 冷却水进出口温度及其与冷凝温度之差 冷却水的温升选择 污垢热阻的选取3 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,空气冷却式冷凝器 主要设计内容,1 设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷（可变）2 主要参数选择 冷凝器结构型式 空气进出口温升选择 冷凝温度的选择 管排数的选择 迎面风速的选择3 空气的流动阻力4 风机需用功率,空气入口温度与冷凝温度之差：1015,通常小于8,3 冷凝器的设计计算,假设、迭代求解,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，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，否则，重新假设重复以上步骤计算,分类,第四节,4 蒸发器的种类和工作原理,按制冷剂的供液方式划分,满 液 式,循环式,非满液式,淋激式,4 蒸发器的种类和工作原理,满液式蒸发器卧式壳管式水箱式,第四节,4 蒸发器的种类和工作原理,满液式蒸发器卧式壳管式水箱式,第四节,优点结构简单检修方便。管子内侧易于清洗去垢,缺点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,满液式蒸发器卧式壳管式水箱式,第四节,立管式水箱 管内：制冷剂 管外：冷冻水,4 蒸发器的种类和工作原理,满液式蒸发器卧式壳管式水箱式,第四节,盘管式水箱 管内：制冷剂 管外：冷冻水,4 蒸发器的种类和工作原理,满液式蒸发器卧式壳管式水箱式,第四节,特点：占地面积大，结构不紧凑，用于非整体机组系统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有蓄冷能力只能使用非挥发性载冷剂易积油,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,管内：制冷剂管外：载冷剂,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,直管式管内：制冷剂管外：载冷剂,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,U形管管内：制冷剂管外：载冷剂,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,优点1 制冷剂充注量少，可不设置高压贮液桶2 制冷剂的流速高，蒸发器内不易积油3 载冷剂的流速较高，不易冻结4 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,缺点1 折流板的装配工艺较复杂，检修较困难2 折流板与壳体及管簇之间容易泄漏3 管子外侧清洗去垢较困难，一般只能采用化学清洗法,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,4 蒸发器的种类和工作原理,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,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,非满液式蒸发器干式壳管式蒸发器直接蒸发式空气冷却器,第四节,特点：适用于冷库和空调设备家用空调器组合式空调机组不需要载冷剂，冷损失少结构紧凑控制方便,5 蒸发器内的传热过程,影响蒸发器传热性能的因素,第五节,机理制冷剂侧蒸发换热冷却介质侧载冷剂：水等载冷剂对流换热直接蒸发式：空气自然或强迫对流,6 蒸发器的设计计算,冷却液体型干式壳管式蒸发器 主要设计内容,1 给定设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷2 主要参数选择 制冷剂质量流速的选择 制冷剂与载冷剂相对流向的选择 制冷剂侧的流程数选择 载冷剂温降选择 载冷剂折流板型式及数量的选择 载冷剂侧污垢热阻 传热管型式3 液体流动阻力4 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,6 蒸发器的设计计算,冷却空气型干式蒸发器 主要设计内容,1 给定设计条件 压缩机、制冷剂、工况、额定负荷2 主要参数选择（空气流量、空气进出口参数）结构参数（肋片参数、管参数等）管束排列方式管片材料选择空气流速选择传热管型式3 传热系数的计算4 湿工况下析湿系数5 流动阻力,冷间温度与制冷剂蒸发温度之差：715,第六节,空冷冷凝器的设计计算举例,试设计制冷剂为R22的2FM5全封闭压缩机配用的空气冷却式冷凝器。要求冷凝液有5 过冷，已知压缩机在蒸发温度为5，冷凝温度为50 时排气温度为85，压缩机的实际排气量为Gr=180kg/h，空气进风温度t2为35。,