制冷压缩机与设备第九章 冷凝器与蒸发器

传热学原理分析
冷凝器中的传热过程是制冷剂流体将 热量通过间壁式热交换器传向冷却介质 （水或空气）,再通过冷却介质传向环境。 在冷凝器中的放热液化过程中，由于制冷 过热蒸气放出热量后被冷却、冷凝成液体， 因此其放热量应包括气体冷却热、 凝结 热，这就是冷凝器热负荷。其中，凝结热 占总负荷的80%以上。
2020/1/10
7
二、影响冷却介质侧放热的因素
冷却介质
通常采用水或空气，由于水的热容量
大于空气的热容量，因此用水作冷却介质的 冷凝器的传热性能要优于用空气作冷却介质 的冷凝器。另外，用水作冷却介质时，制冷 系统的冷凝压力明显低于用空气作冷却介质 的，这有利于制冷系统的安全工作。
在冷凝器传热壁的冷却介质一侧，
适用范围：水质差，水温较高而水量 充足的大、中型氨制冷系统。
制作材料：外壳用钢板；管子用无缝 钢管。
2020/1/10
13
2. 卧式壳管式冷凝器
卧式冷凝器是一种壳管式换热器，来自 压缩机的高温高压氨蒸气，由冷凝器壳体的 顶部进气口进入冷凝器的壳程，在固定于管 板上的冷凝管束上放热冷凝成液体，氨液由 壳体的底部出液口流出。冷却水从端盖下法 兰口进入，受端盖内的分程隔板的导向，在 冷凝器的换热管内呈多流程来回流动。吸收 热量后从端盖上法兰排出。
制作难度较大，金属材料耗量较大，冷却水 水质要求高，水温要求低，清洗时要停止工作。
适用：水质较好的地区，以及要求占地位
置小的地方。
制作材料：
氨用：管用无缝钢管，外壳采用钢板。
氟用：管用无缝钢管或紫铜管（可用外 螺纹管），外壳采用钢板。
2020/1/10
18
3.套管式冷凝器
工作原理： 冷却水在内管内 由下至上流动， 制冷剂在内管外 由上至下流动冷 凝。
流动的冷却水或空气的流速对冷却介质 一侧的放热系数有很大的影响。
Байду номын сангаас2020/1/10
8
第二节 冷凝器的种类、结构和工作原理
冷却介质——带走热量的介质（如空气、水） 被冷却介质——制冷剂 冷却方式——水冷、空气冷却（风冷）、水
与空气联合冷却
按其冷却介质和冷却方式的不同，可 以分为水冷却式、空气冷却式和蒸发式三 种类型。
冷凝器圆筒上还设有安全阀接口、放空 气口、压力表接口、平衡口，在端盖上还设 有放气口和放水口。
2020/1/10
14
氨用卧式壳管式冷凝器
2020/1/10
15
氟用卧式壳管式冷凝器
2020/1/10
16
2020/1/10
17
特点：传热系数高，冷却水用量比立式冷
凝器少，结构紧凑，占空间高度小，便于机组化， 运行可靠。
2020/1/10
6
4.制冷剂蒸气中含有空气或其他不 凝性气体的影响
制冷系统中存在空气或其它不凝性气体 是难以避免的。这些气体随制冷剂蒸气进入冷 凝器，附着在凝结液膜附近，使制冷剂蒸气的 分压力减低，不及时排除会使制冷剂放热系数 大大下降、影响制冷剂蒸气的凝结放热。
5.冷凝器结构形式的影响
无论何种结构的冷凝器，都应设法使冷 凝液体迅速地从冷却壁面离开。
2020/1/10
9
一、水冷却式冷凝器
冷却介质为水——利用水吸收制冷剂放出的冷 凝热量。
构造型式：壳管式、套管式、螺旋板式。 外形型式：立式、卧式。
分类： 1) 立式壳管式水冷冷凝器。 2) 卧式壳管式水冷冷凝器。 3) 套管式水冷冷凝器。
2020/1/10
10
1. 立式壳管式冷凝器
工作原理 立式冷凝器广
1.制冷剂蒸气的流速和流向
当蒸气与凝结的液膜做同向运动时，气流 能促使冷凝液膜减薄和较快地与冷却壁面脱开， 使放热系数增大。而当气流与液膜层流向相反 时,放热系数的大小取决于制冷剂蒸气的流速。
考虑到制冷剂蒸气的流速和流向对传热
的影响，立式壳管式冷凝器的蒸气进口一般 总是设在冷凝器高度2/3处的筒体侧面，以 便不使冷凝液膜太厚而影响传热。
2020/1/10
19
氨用套管式冷凝器
2020/1/10
20
氟用套管 式冷凝器
2020/1/10
21
特点：冷液体的流速较大，冷热两流体呈
逆向流动，热交换效果较好。排数和程数可根据 需要增加或拆除，机动性大。
金属耗用量较大，接头多，容易泄露，占地
2020/1/10
4
2.传热壁面粗糙度的影响
壁面光滑、清洁，液膜流动阻力 小，凝结的液体能较快流出，使液膜层 减薄，放热系数相应增大。如果壁面粗 糙，液膜的流动阻力增大，使液膜层增 厚，放热系数也就降低，严重时放热系 数下降20%～30%。
因而冷凝管表面应保持光滑和 清洁，以保证有较大的凝结传热系数。
冷凝器与蒸发器均属于热交换设备。
热交换器： 指实现两种或两种以上温度不同 的流体之间相互传热的设备。
在制冷系统中的热交换设备： 冷凝器(＊) 蒸发器(＊) 中间冷却器——氟利昂双级压缩系 统 冷凝－蒸发器——复叠式系统 过热冷却器——复叠式系统 2020/1/10 气－气热交换设备——复叠式系统1
第一节 冷凝器的传热分析
泛用于制冷系统中。 在其中，冷却水从 上部进入冷凝器， 在分水器的作用下 以螺旋状流过管程， 与壳程的高温、高 压氨气换热，使过 热氨气等压冷凝成 氨液。
2020/1/10
11
2020/1/10
12
特点：传热系数高，冷却冷凝能力大， 可以安装在室外，节省机房面积，对冷却 水要求不高。
用水量大，水泵消耗功率加大，比较 笨重，搬运安装不方便，制冷剂泄露不易 发现，易于结水垢，需要经常清洗。
其基本传热公式： Q K F t
2020/1/10
2
冷凝器的位置及作用
位置： 制冷循环中，冷凝器在制冷压缩 机后（高温高压制冷剂蒸气从压缩机 出来后进入冷凝器）。
作用： 使用不同的冷却介质，将制冷 压缩机出口的高温高压制冷剂气体 等压冷却成制冷剂液体。
2020/1/10
3
一、影响制冷剂侧蒸气凝结放热的因素
2020/1/10
5
3.制冷剂蒸气中含油时对凝结放热 的影响
制冷剂蒸气中混有大量润滑油时，油将 沉积在冷却壁面上形成导热系数很低的油膜， 形成附加热阻，使制冷剂侧的传热系数降低。 因而，油在制冷剂中的溶解量不得超过规定 范围，否则，会使传热系数降低。
在冷凝器的设计和运行中，应设
置高效的油分离器，以减少制冷剂蒸 气中的含油量，从而降低其对凝结放 热的不良影响。