蒸汽压缩式制冷循环四大部件之三 蒸发器

制冷循环四大部件三----蒸发器是制冷装置中的主要换热设备之一蒸发器种类和工作原理蒸发器的作用是通过制冷剂蒸发(沸腾)，吸收冷源（被冷却系统）的热量，从而达到制冷目的。蒸发器的形式很多，按照被冷却介质的不同可分为冷却液体、冷却空气及接触式等蒸发器。（一）冷却液体蒸发器冷却液体的蒸发器主要用于冷却水、盐水及其他溶液的载冷剂，主要有卧式壳管式和沉浸式。1.卧式壳管式蒸发器卧式壳管式蒸发器一般用于闭式的载冷剂系统，有满液式和干式两类。1）结构：和卧式冷凝器结构相似（1）满液式蒸发器：内部充满液态制冷剂氨用换热管一般用φ25mm×2.5mm～φ38mm×3mm无缝钢管氟利昂用换热管一般多用φ20mm以下的滚压成薄壁低肋的紫铜管或黄铜管。2）配管、件：压力表、安全阀、放油管、放空气管、泄水管等3）工作流程：制冷剂走壳管间→供液入壳底，若为氨时，充满高度约为筒径的70～80%；鉴于氟利昂液面沸腾泡沫较严重，故其充液量为筒径的55～65%。载冷剂（冷却水）走管束内→同侧水平进出。淡水作为载冷剂时，在管内流速为1.5～2.5m/s,海水为1～2m/s。4）满液式蒸发器的特点优点是：（1）结构紧凑，占地面积小；（2）传热性能好；（3）制造和安装较方便；（4）用盐水作载冷剂，不易腐蚀和避免盐水浓度被空气中水分稀释。缺点：制冷剂充灌量大，液体静压影响较大。5）应用广泛被用于船舶制冷、制冰、食品冷冻和空气调节中由于蒸发器的传热面几乎全部与不同干度的湿蒸气接触，故属于非满液式蒸发器。干式壳管蒸发器按照管组的排列方式不同可分为直管式和U形管式两种，见图。(2)干式壳管蒸发器：内部充液量少图示为直管式干式蒸发器工作流程制冷剂走管束内载冷剂走水箱内讨论1：满液式蒸发器和干式壳管式蒸发器在工作流程上和充液量上有什么不同？讨论2：直管式干式蒸发器和U形管式蒸发器的区别？干式壳管式蒸发器的优点：（1）充液量少，为管内容积的40%左右（2）受制冷剂液体静压力的影响较少；（3）排油方便；（4）载冷剂结冰不会胀裂管子；（5）制冷剂液面容易控制；（6）结构紧凑。干式壳管式蒸发器缺点：（1）制冷剂在换热管束内供液不易均匀，（2）弓形折流板制造与装配比较麻烦，（3）载冷剂在折流板孔和换热管间、折流板外周与筒体间容易产生泄漏旁流，从而降低传热效果。(二)沉浸式蒸发器（又称水箱式蒸发器）卧式壳管蒸发器存在两个缺点：1、使用时需注意蒸发压力的变化，避免蒸发压力过低，使被冷却的水冻结，胀裂传热管；2、蒸发器水容量小，运行过程的热稳定性差，水温易发生较大变化。水箱式蒸发器可消除此缺点。水箱式蒸发器由水箱和蒸发盘管组成，水箱由钢板焊接而成，盘管可为立管、螺旋形盘管、蛇形盘管及V形管式等。图示为氨立管式水箱式蒸发器，水箱中装有两排或多排管组，每排管组由上下集管和介于其间的许多钢制立管组成；上集管焊有液体分离器，下集管焊有集油罐，集油罐上部接有均压管与回气管相通。1）结构及组成2）工作流程制冷剂走管束内载冷剂走水箱内直立管式：氨用，腐蚀性大3）类型螺旋管式：氨用，结构紧凑，传热性能更好蛇管式：小型氟里昂装置讨论3：立管式、螺旋式和蛇管式蒸发器的区别及联系？（二）冷却空气用的蒸发器在冷却空气的蒸发器中，制冷剂沿管程流动冷却管外空气。冷却空气的蒸发器主要有空气自然对流的冷却排管和空气强迫的冷风机。1.冷却排管根据排管安装不同有三类：墙排管顶排管搁架管其结构有直管式、集管式与盘管式立式墙排管（1）立式墙排管（2）盘管式墙排管盘管式墙排管盘管式墙排管冷库盘管式墙排管蒸发器两层顶排管（3）集管式顶排管一般用于氨制冷系统中，根据需要有两层光滑管、两层翅片管、四层翅片管等（4）搁架式冷却排管搁架式排管3.干式冷风机主要由箱体、蒸发器和通风机组成。主要依靠通风机强迫空气流过箱体内的蒸发器管组进行热交换。有落地式和吊顶式两类。大型干式冷风机一般采用落地式，分为氨用和氟用讨论4：落地式和吊顶式冷风机的区别和联系？分液器和分液管是保证将液态制冷剂均匀分配给直接蒸发式空气冷却器各通路的主要部件。由于液态制冷剂流经膨胀阀降压后，呈气液两相状态，处理不当，则导致各通路分液不均；为了解决此问题，除在膨胀阀后设置分液器增强气液混合以外，还设置等长度的分液管，增加各通路阻力，保证各通路分液均匀。分液管为内径颇小的毛细管，其尺寸选择可参见资料。图示是五种常见的分液器示意图。二、蒸发器的传热及影响因素（一）蒸发器的传热（二）影响蒸发器传热的因素（三）提高蒸发器传热效率1.氨制冷系统，应定期排油；2.适当提高载冷剂流速；3.及时清除载冷剂侧水垢；4.冷库中应定期除霜；5.防止蒸发温度过低，避免载冷剂结冰。第三节其他换热设备制冷装置的换热设备除了冷凝器和蒸发器外，为了提高制冷装置工作效率或达到所需要的低温，还有其他一些换热设备，其中包括再冷却器、回热器、中间冷却器、水冷却塔和冷凝-蒸发器等。一、再冷却器对于冷凝器来说，希望能使冷凝后的液态制冷剂达到一定的再冷度，以便提高制冷系统的制冷能力和有利于液态制冷剂的输送。为了获得较大的再冷度一般有两种方法：一种是使冷凝器底部的部分传热管浸没在被冷凝下来的液态制冷剂中；另一种则是独立设置再冷却器。采用冷凝下来的液态制冷剂浸泡部分传热管时，由于液态制冷剂与刚进入冷凝器的冷却水通过管壁进行热交换，可使液态制冷剂有较大的再冷。但是，浸泡式传热面的换热属于自然对流换热，传热系数颇低。图示为套管式氨再冷却器。冷却水在内管中自下而上流动，氨液在内管外部环形空间中自上而下流动。这种与冷凝器分离的再冷却器，一则可以使之进行强迫对流换热，再则可使冷却水与氨液之间呈逆流式热交换，因此，再冷能力较强。二、中间冷却器中间冷却器位于制冷冷压缩机的低、高压级之间。它有怎样的作用和使用条件？氨中间冷却器结构见图。氟利昂中间冷却器结构见右图，其结构比氨中间冷却器简单。三、回热器回热器是指氟利昂制冷装置中使节流装置前制冷剂液体与蒸发器出口制冷剂蒸气进行换热的气液热交换器，它的作用是：(1)对于R12、R134a和R502，通过回热提高制冷装置的制冷系数；(2)使得节流装置前制冷剂液体再冷以免气化，保证正常节流；(3)使蒸发器出口制冷剂蒸气中夹带的液体气化，以提高制冷压缩机的容积效率和防止压缩机液击。对于大中型制冷装置多采用盘管式回热器；0.5～15kW容量的制冷装置可采用套管式和绕管式。对于电冰箱等小型制冷装置，将供液管和吸气管绑在一起或并行焊接在一起，或将作为节流装置的毛细管同吸气管绑在一起，或者直接插入吸气管中，构成最简单的回热器。盘管式回热器如图所示。回热器外壳为钢制圆筒，内装铜制螺旋盘管。来自冷凝器的高压高温制冷剂液体在盘管内流动，而来自蒸发器的低压低温制冷剂蒸气则从盘管外部空间通过，使液体再冷却。为了防止润滑油沉积在回热器的壳体内，制冷剂蒸气在回热器最窄截面上的流速取8～10m／s；设计时，制冷剂液体在管内的流速可取0.8～1.0m／s，这时回热器的传热系数约为240～300W／(m2·K)。制冷剂蒸气的干度对回热器的换热影响很大，饱和蒸气的传热系数比x。=0.86～0.88的湿蒸气低三分之一。四、冷凝-蒸发器冷凝-蒸发器用于复叠式制冷装置，它是利用高温级制冷剂制取的冷量，使低温级压缩机排出的气态制冷剂冷凝，既是高温级循环的蒸发器，又是低温级循环的冷凝器。常用的结构形式有套管式、绕管式和壳管式。(一)套管式套管式冷凝--蒸发器与套管式冷凝器结构相似，它是将两个直径不同的管道套在一起后弯曲而成。一般高温级循环制冷剂在管间蒸发，低温级制冷剂蒸气在管内冷凝。这种蒸发一冷凝器结构简单，加工制作方便，但外形尺寸较大；当套管太长时，蒸发和冷凝两侧的流动阻力都较大，故它适用于小型复叠式制冷装置。(二)绕管式绕管式冷凝一蒸发器的结构如图所示，它是由一组多头的螺旋形盘管装在一个圆形的壳体内组成的。高温级制冷剂由上部供入，在管内蒸发，蒸气由下部导出；低温级制冷剂在管外冷凝。这种冷凝．蒸发器结构及制造工艺较其他形式复杂，但是它传热效果好，制冷剂充注量较小。由于其壳体内容积较大，必要时还可以起到膨胀容器的作用。(三)壳管式壳管式冷凝-蒸发器在结构上是将直管管束设置在壳筒内，以取代螺旋盘管，其形式与壳管式冷凝器结构基本相同。它可以设计成立式安装型，高温级制冷剂液体从下部进入管内蒸发，蒸气由上部集管引出到高温级压缩机；低温级制冷剂蒸气由上封头的接管进入壳内，在管外冷凝成液体后由下封头的接管引出，进入低温级的节流装置。这种结构形式需要的高温级制冷剂充注量较大。此外，壳管式冷凝．蒸发器还可以设计成卧式安装型，其工作原理与干式卧式蒸发器相似，其结构较立式安装型复杂一些，但是传热效果较好，可以作成大型设备，以满足大容量复叠式制冷装置的需要。