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1、冷热源工程,刘映辉 建筑工程学院,第4章 制冷系统设备与机组,本章主要内容 4.1冷凝器与蒸发器 4.2节流机构 4.3辅助设备 4.4制冷机组,3,4.1.1 冷凝器,蒸发式：用水少，空气干燥,4.1 冷凝器与蒸发器,水冷式,风冷式,4,一、水冷式冷凝器 1、立式管壳冷凝器 1）结构特点：外壳是用钢板卷制成的大圆筒，圆筒两端焊有管板，板上用涨管法或焊接固定着无缝钢管。冷却水自上而下在管内流过，氨气在壳体内管族之间冷凝后沿管外壁流下，经出液管流入贮液器。,5,配水箱分水器向下流动钢管内侧构成薄膜状提高冷却效果节省水。,6,2）优缺点：A）垂直安装，占地面积小； B）无冻结危险，可以安装在室外；
2、 C）冷却水自上而下直通流动，便于清除铁锈和污垢，可在制冷系统运行情况下清洗，对冷却水质量要求不高; D）气态制冷剂从中部进入，方向垂直于管束，能很好地冲刷钢管外表面，使之不致形成较厚的液膜，故传热系数较高; E）缺点是冷却水耗量大，体形比较笨重。 立式管壳冷凝器适用于水源充足、水质较差的地区。用于大、中型氨制冷系统中。,7,2、卧式管壳冷凝器 卧式壳管冷凝器的外壳是用钢板卷制焊接而成的圆筒体。外壳两端焊有两块圆形的管板，传热管两端用涨管或焊接法固定在管板的管孔中。,8,筒体两端装有端盖，端盖内设有隔板，将管子按一定的管数和流向分成几个流程（几个管组）。 卧式 通常采用偶数流程，以便把冷却水进
3、出管安装在同一端盖上。冷却水从端盖的下部进入，按顺序通过每个管组（这样由于冷却水的行程长，冷却水进出口的温差可以有较大提高，因此可以使冷却水用量较少，操作管理方便），从端盖的上部流出。另一端盖的上侧装有放气旋塞，以便在充水时排出空气；下部装有放水旋塞，在冬季冷凝器停止使用时将水排尽，以免冻裂管子。,9,卧式壳管冷凝器的优点是传热系数较高，冷却水耗用量较少（但对水质要求较高），目前己广泛应用于氨（大、中、小型）和氟利昂制冷系统中。,10,优点：结构简单、制作方便，它可以套放在全封闭制冷压缩机的周围，节省占地面积。缺点：清洗水垢比较困难，单位传热面积的金属耗量大。 一般仅用于小型氟利昂制冷装置中。
4、,3、套管式冷凝器 在一根较大直径的无缝钢管内套有一根或数根小直径的铜管(光管或低肋管)，并弯制成螺旋型或蛇形。冷却水与制冷剂成逆向流动，以增强传热效果。,11,12,二、空气冷却式冷凝器 自然和强制对流冷却,丝管式冷凝器,自然对流,13,强制对流冷却,以空气作为冷却介质的， 由几组蛇型盘管组成。 在盘管外加肋片，采用 风机加速空气的流动，以加强空气侧的传 热效果。 制冷剂蒸气从上部的分配集管进入蛇形管中，冷凝的液体沿管子流下，由下部排出。,14,空气冷却式冷凝器最大的优点是不用冷却水，因此特别适用于缺乏水源的地区。,空气冷却式冷凝器已广泛应用于中、小型氟利昂空调机组中(如窗式空调器、立柜式空
5、调机组等)，而且在大型的冷、热水机组中也开始逐步采用。,缺点是传热系数小。,15,汽车空调冷凝器,风冷式冷凝器,翅片式冷凝器,16,三、蒸发式冷凝器 制冷剂蒸气是在管内冷凝，冷凝时放出的热量同时被水和空气带走。,制冷剂蒸气从蛇形盘管上部进入，冷凝后由下部排出。 水盘内的冷却水由循环水泵送到盘管上部，经喷嘴喷淋在盘管的外表面，一部分冷却水吸热而蒸发，未蒸发的喷淋水仍流进水盘内。 装设风机，以使空气加大流速自下而上地流经盘管，不断带走水蒸气，加速喷淋水的汽化。 为防止末汽化的水滴被空气带走，在箱体上部还装有挡水板。,压送式,17,吸入式，风机放在挡水板上方，条件比较恶劣，但气流均匀。,18,蒸发式
6、冷凝器主要是利用冷却水的汽化来吸收制冷剂蒸气冷凝时放出的热量的（水的潜热约2500KJ，而1KG水在水冷式中只带走25-35KJ的热量），所以耗水量很小。理论上耗水量是水冷式的 。蒸发式冷凝器特别适用于缺水地区，通常安装在制冷机房的屋顶上。用于大中型氨机。,19,4.1.2 蒸发器,冷却空气的蒸发器,空气自然对流时 多采用光盘管结构 空气强制对流时 采用翅片管结构,冷却液体（水或其它液 体载冷剂）的蒸发器,分类：,20,1、按供液方式的不同分：满液式、非满液式、循环式和喷淋式四种。 a）满液式蒸发器内充满了液态制冷剂，使传热面与液态制冷剂接触，所以满液式蒸发器的沸腾放热系数较大。缺点是要加入大
7、量的制冷剂，另外，如果采用与润滑油溶解的制冷剂，润滑油将难于返回压缩机。属于这类的有立管式、螺旋管式和卧式壳管蒸发器等 。(氨机常用）,21,b）非满液式蒸发器主要用于氟利昂制冷系统。制冷剂经膨胀阀节流后直接进入蒸发器，在蒸发器内制冷剂处于气、液共存的状态。传热效果比满液式的差。优点是充液量少，润滑油容易返回压缩机。属于这类蒸发器的有干式壳管蒸发器、直接蒸发式空气冷却器和冷却排管。,22,c）循环式蒸发器是依靠重力或泵使制冷剂在蒸发器中循环吸热直至完全气化。沸腾放热系数较高，并且润滑油不易在蒸发器中积存。设备费用较高，所以目前只在大、中型冷藏库中使用。 e）喷淋式蒸发器是用泵把制冷剂送至喷嘴，
8、然后喷淋在传热面上，这样可减少制冷剂的充液量，又能消除静液高度对蒸发温度的影响。溴化锂吸收式制冷机中采用。其他场合，费用高较少使用,23,一、满液式蒸发器 1、水箱式蒸发器,直管或螺旋管装在矩形的水箱内。上集管的一端焊有液体分离器。下集管的一端与集油器相连。 每组蒸发管组的中部有一根穿过上集管通向下集管的竖管（冲击力形成循环动力）。,水箱中装有搅拌器和隔板，使水箱中的冷冻水按一定的方向和速度循环流动。水箱还装有溢水管和泄水管等。 循环良好，传热效果较好。（氨制冷系统）。 动画,24,螺旋管式蒸发器与立管式蒸发器的主要区别在于它以螺旋管代替两集管之间的立管，当传热面积相同时，其外形尺寸比立管式的
9、小，结构紧凑，又可减少焊接工作量，减少泄露机会。,25,2、卧式壳管蒸发器 构造与卧式壳管冷凝器相似。制冷剂在管外空间汽化，载冷剂在管内流动。为了保证载冷剂在管内具有一定的流速，在两端盖内铸有隔板，使载冷剂多流程通过蒸发器。 制冷剂液体从进液口进入管外空间，充满筒体空间的70%-80%，吸热汽化后的制冷剂蒸气上升至液体分离器，分离后的蒸气被压缩机吸入，制冷剂液滴仍落入蒸发器内。,26,充液量：充满过高，由于蒸发器形成大量泡沫可能造成回气中带有液体，冲缸；反之，充液不足，部分传热面不与制冷剂接触，降低传热效果。 为了能观察到蒸发器内的液体，在液体分离器和壳体之间装设一根旁通管，旁通管上的结霜处即
10、表示蒸发器内的液位。 氨蒸发器的底部焊有集油器，可定期放出沉集在其中的润滑油。 这种形式的蒸发器具有传热性能好，结构紧凑等优点。但是，当采用水为载冷剂时，操作不当，易发生冻结事故。,27,卧式满液式蒸发器结构,氟利昂系统也可用这种蒸发器，为提高制冷剂侧的放热系数，传热管大多采用低肋铜管。但由于充液量大(贵)且回油困难，建议采用干式壳管蒸发器,28,二、干式壳管蒸发器,a. 冷却液体 构造与满液式的一样，区别在于:制冷剂在传热管内汽化吸热，载冷剂在管外流动，为了提高载冷剂的流速，在筒体内装有多块折流板。 这种蒸发器的传热面几乎全部都是与干度不同的湿蒸气接触，属于非满液式。由于制冷剂在管内流动，充
11、液量少（仅为管内容积的40%左右）；流速较高，容易解决润滑油返回压缩机的问题；此外，干式壳管蒸发器还具有冷损失少，传热管不致发生冻裂等优点（载冷剂在管外）。,29,30,1、排管 1）蛇管式排管 2）U型排管 3）搁架式排管 2、直接蒸发式空气冷却器 广泛应用于冷藏库和空调设备中。在冷藏库冻结间和高温冷藏间等库房使用的冷风机，由风机和在光管上套金属片或绕金属带制成的肋片管等组成。,b. 冷却气体（自然、强制）,直接蒸发式空气冷却器的优点是:不用载冷剂，冷损失少;结构紧凑，易于实现自动化控制，但其传热系数低。,31,空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式 a) 蒸发器 b) 绕片管 c) 套片管 1
12、-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器,由数排肋片管组成，肋片管一般采用直径10-18mm的铜管，外套约0.2mm的铝片，片距为2-4mm。,32,三、循环式蒸发器 四、板式换热器,4.2 节流机构,节流机构的功能: (1)对高压液态制冷剂节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差。 (2)调整进入蒸发器中的制冷剂流量，以适应蒸发器的负荷变化，使制冷装置稳定运行。 若节流机构向蒸发器的供液量过大，可能引起湿压缩，甚至冲缸事故。若供液量太少，蒸发器未充分利用，甚至蒸发压力降低；制冷量降低，制冷系数减小，压缩机的排气温度增高，降低了润滑油的质量。,一、手动调节阀：这种调节阀
13、使用较少，仅在一些试验装置上采用，或者与浮球调节阀配套使用。,35,二、浮球调节阀： 是一种自动膨胀阀，它根据满液式蒸发器液面的变化来控制蒸发器的供液量，同时起节流降压作用。,浮球室的液位与蒸发器内的液位平衡。当蒸发器的热负荷增大时，制冷剂的蒸发量增加，液位下降，浮球下沉并驱动杠杆使阀针开启或开大，高压液态制冷剂经阀孔节流后直接从出液管进入蒸发器。 当蒸发器中的液位达到规定高度时、浮球将上升，并驱动杠杆使阀针关小或完全关闭阀孔，使进入蒸发器中的制冷剂量减少或完全停止供给。,36,直通式浮球膨胀阀 非直通式浮球膨胀阀 这种调节阀主要用在氨制冷系统中，通常称为氨浮球调节阀，它与蒸发器配套供应，用户
14、通常不必自行选择。,37,三、热力膨胀阀 (感温调节阀或自动调节阀)与浮球阀不同，它不是通过控制液位而是控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制供入蒸发器的制冷剂流量。是氟利昂制冷系统中使用最广泛的节流机构。,基本结构分为：感应部分、传动部分、执行部分、调节部分,工作原理：,外平衡式热力膨胀阀,1、R22蒸发器压力降P0达到下表4 .2所规定的值时，应采用外平衡式热力膨胀阀。 2. 使用带分液器的蒸发器时，应采用外平衡式热力膨胀阀。,安装热力膨胀阀时应注意的问题 膨胀阀应正立式安装，不允许倒置。 感温包安装在蒸发器的出气管上，紧贴包缠在水平无积液的管段上，外加隔热材料缠包，或插入吸气管上的感温套
15、内。 当蒸发器出口管直径小于22mm时，感温包可扎在回气管顶部；当蒸发器出口管直径大于22mm时，感温包可扎在回气管下侧45处，以防管子底部积油等因素影响感温包正确感温。 外平衡膨胀阀的平衡管一般都安装在感温包后面100mm处的回气管上，并应从管顶部引出，以防润滑油进入阀内。 一个系统中有多个膨胀阀时，外平衡管应接到各自蒸发器的出口。,46,四、热电膨胀阀（电动膨胀阀）,47,毛细管是最简单的节流机构，通常用一根内径为0.5-2.5mm，长度为0.5-5m的紫铜管就能使制冷剂节流、降温。,五、毛细管,48,毛细管的结构虽然简单，但制冷剂在管内的节流过程却十分复杂。在膨胀阀中，制冷剂节流是在通过
16、阀孔的瞬间进行，而在毛细管中，节流过程是沿着整个管长逐步进行的。,毛细管与之前学到的各种膨胀阀在节流原理上的根本区别是什么？,49,制冷剂节流过程中的状态变化情况（图5.10）,(1)当压力为P1的过冷液体进入毛细管中节流时，1a过程是过冷液体的节流，在该过程中，过程压力由P1降至Pa，温度保持不变(即t1=ta)。压力变化是呈线性的,此时为单相流动。,50,由于该段内饱和气的百分比沿流动方向逐步增加，因此压力降为非线性变化，且越接近毛细管末端，单位长度的压力降越大。此时为气液两相流动。,(2）状态点a的温度ta为压力Pa下的饱和温度，从状态点a开始，原来的过冷液体因压力降低已达到饱和状态。所以a-2过程是气、液两相的饱和湿蒸气节流过程，在该过程中，压降率增大，温度明显下降，毛细管出口段出现低温(结露或结霜)。,51,(3)湿蒸气在毛细管中流动时，若出口压力P2达到其临界压力pc，则出口压力不再因蒸发压力P0的降低而降低。,压力的进一步降低将在毛细管之外进行（如图中2-3所示过程为湿蒸气在蒸发器中的降压过程），但流量
