上海交通大学：《制冷原理与装置》课程教学资源（课件讲义，英文版）第十讲 冷凝器和蒸发器

冷凝蛋的种乖和二作環裏 第十饼冷燙翳和蒸发踞 水冷冷凝悬 electric motor is removed from the refrigeration 春管式冷凝暴 system. 具斗冲凝悬 In the condenser the heat 陈江平 燕发冷凝暴 nsferred to the water, air 上海交通大学制冷研究所 ion of the two (evaporative 水式斗凝暴 1水冷式冷蛋 Water-cooled condensers ■冷却水泉派 ■冷一应月录户 types with special ■峰水或勺水 特点 ■冷凝温度低 ■和罔换热面职排热量火 ■多用于火中型创≯机衄 ■要求有冷却水娠 11卧式亮管式冷呢蛋 卧式亮管式≯凝暴 餐外创内一命水 材:氯個光警利昴一低励蝠献瞢

1 第十讲 冷凝器和蒸发器 陈江平 上海交通大学制冷研究所 《制冷原理与装置》讲义 一．冷凝器的种类和工作原理  水冷冷凝器  卧式壳管冷凝器  立式壳管冷凝器  套管式冷凝器  风冷冷凝器  蒸发冷凝器  淋水式冷凝器 The condenser is a heat exchanger in which the heat from the evaporator and the electric motor is removed from the refrigeration system. In the condenser the heat from the discharge gas is ransferred to the water, air or ombination of the two (evaporative). 1. 水冷式冷凝器 „ 冷却水来源 „ 冷却塔应用最广泛 „ 深井水 „ 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 Water-cooled condensers Modern types with special copper tubes with very large internal and external surfaces 1.1 卧式壳管式冷凝器 管外制冷剂 管内冷却水 材料：氨钢光管 氟利昂低肋螺纹铜管 卧式壳管式冷凝器

卧式亮管式冷凝暴的特点 12受亮管冷噩 ■使用最广泛,多用于大、中小型制冷机组, 管外:创冷划 结构紧奏 管肉:冷却水 冷媒为氯或氟利昂 传热系数高 水侧多管程,冷却水温升一般为46 质要求高,清洗不方便 ■水侧流动阻力大 立式亮管式冷凝滁的糟点 13管式冷蛋 外套管为55mm无钢管 般用于大、中型氨制冷系就 外套管:制冷剂内奏管:冷却水 ■传热系教低于卧式,传热温差4~6℃ 可安装在宣外 ■容易清水垢,故对冷却水水质要求不高 ■占地面积小,但体积大 ■冷却水耗量大,冷却水温升2~3℃ 冷却水 ■需要高的操作平台 舂管式冷凝景 制作套管的材料 賽管式冷蛋的特点 多月于冷量小于25kW始烏引昂创斗机 热放哥 ■简手,如工 ■可奋在食崎阅压和上,地物凛 冷却水訑力大 ■合晶耗量火

2 卧式壳管式冷凝器的特点 „ 使用最广泛，多用于大、中、小型制冷机组， 结构紧凑 „ 冷媒为氨或氟利昂 „ 传热系数高 „ 水侧多管程，冷却水温升一般为4~6℃ „ 冷却水耗量少 „ 对冷却水水质要求高，清洗不方便 „ 水侧流动阻力大 1.2 立式壳管冷凝器 管外：制冷剂 管内：冷却水 立式壳管式冷凝器的特点 „ 一般用于大、中型氨制冷系统 „ 传热系数低于卧式，传热温差4~6℃ „ 可安装在室外 „ 容易清水垢，故对冷却水水质要求不高 „ 占地面积小，但体积大 „ 冷却水耗量大，冷却水温升2~3℃ „ 需要高的操作平台 1.3 套管式冷凝器 ) 外套管为55mm无缝钢管 ) 外套管：制冷剂 内套管：冷却水 套管式冷凝器 制作套管的材料 套管式冷凝器的特点 „ 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

14其它型水冷式冷凝:可發莞型 15水冷究冷涎蛋狐差 制冷剂 2.风冷式冷凝骱 风冷式冷凝暴 冷蔽管 风冷式冷凝景 Air-cooled condenser 腰

3 1.4 其它类型水冷式冷凝器：可清洗型 1.5 水冷式冷凝器的传热温差 T F 制冷剂 水 2. 风冷式冷凝器 风冷式冷凝器 风冷式冷凝器 Air-cooled condenser

风冷式冷凝暴的特点 冷式冷凝暴的传热馄差 ■适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和 汽丰空调 制冷剂 ■传热系敷低,传热温差大 ■气温高时冷凝压力高 ■不需要配冷却水系統 ■露天布王,不需要机房 ■翅片清洗不便 幕裳式冷蛋 幕赏式冷凝 FrETT Fipre 19-10 Cod section of an evaporative condenser(Baltimore Alecu Comne. /n 幕赏式冷蛋 小机血

4 风冷式冷凝器的特点 „ 适用于中、小型氟利昂制冷机组、缺水环境和 汽车空调 „ 传热系数低，传热温差大 „ 气温高时冷凝压力高 „ 不需要配冷却水系统 „ 露天布置，不需要机房 „ 翅片清洗不便 冷式冷凝器的传热温差 T F 制冷剂 空气 3 . 蒸 发 式 冷 凝 器 蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器 蒸 发 式 冷 凝 器 小型机组 的室外机

幕贰冷蛋的特成 豢各水冷式和风冷式的优点 幕裳式冷凝蛋的陣敦狐差 ■近用于中、小型氯和氯利昂制冷机红 制冷剂 ■传热系教比较高,冷凝湿度低 ■耗水量少 ■露天布工,不雷要机房 ■价高 ■清洗、修均帔扉烦 冷却介质 冷凝蛋的惑工龍 1.不同≯凝暴的传热憔能此 2.彩响冷蛋陟癥能的因膏 1400 ■21机理 1000 ■制冷剂侧 ·凝结换热 600 ■冷却介质侧 风冷/水冷式:对流换热 ·燕发冷凝式:蒿发换站 卧式立式套管式风冷式蕪发式 ■23制冷剂侧 ■22冷却介质侧 ■流态:过热蒿汽一饱和蒿汽一两相一液态 冷中介质流 近夺液 流遠高:换热增强,减少积垢 流遠低:流动阻力小,泵风扇能耗小 ■凝结形式 最佳流遠 藁状凝站:换燕票数小 er水:0.8-12m/眠(氨<25m/6氧利昂 森状凝站:换热系大 立式◆凝磊下鄣淡增厚,传热系数降低 冷却介质传热面积垢 冷凝壁面的表面状态 水冷式:水垢、镑饮 风冷式:灰尘、锈蚀 壁面粗批会使液膜飘聚变厚,热阻增大

5 蒸发式冷凝器的特点 兼备水冷式和风冷式的优点 „ 适用于中、小型氨和氟利昂制冷机组 „ 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 蒸发式冷凝器的传热温差 T F 制冷剂 冷却介质 二、冷凝器的热工性能 1. 不同冷凝器的传热性能比较 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 卧式 立式 套管式 风冷式 蒸发式 传热系数 (W/m2℃ ) 1200 750 1100 28 700 2. 影响冷凝器传热性能的因素 „ 2.1 机理 „ 制冷剂侧 • 凝结换热 „ 冷却介质侧 • 风冷/水冷式：对流换热 • 蒸发冷凝式：蒸发换热 „ 2.2 冷却介质侧 „ 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 Q 水：0.8~1.2m/s(氨), <2.5m/s(氟利昂) Q 空气：2～4m/s „ 冷却介质传热面积垢 • 水冷式：水垢、锈蚀 • 风冷式：灰尘、锈蚀 „ 2.3 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 • 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 „ 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

24冷凝器热阻的大致分配 ■传热面油膜的影响 R总一R外质十R管壁十制冷刹十R符 ■R:卧000立0013秦管0000風冷0036发 ·氯冷凝器会沉积润滑油膜 00014 ■不凝气体的影响 冷却介质侧 水冷式冷凝器Rn=008-00005 制冷剂燕汽中含有空气等不凝性气体时, 风冷式冷凝幂R=0001-000 聚集的气膜和降低传热系数 制冷剂侧 氨冷凝器R=00005~0.000 ■24冷凝器热阻的大致分配 3冷蛋殺针的娶羸 ■先报媚啬地畚件噜定采用冲凝暴的真塑 水冷式冷凝景传热热阻比例 ■总换鵝面积应满足录火负荷要求群有裕量 冷凝台教一般应与压编机对废 口冷却水 ■故求经脐此裊 口创冷 大、中型姚燕发式冷凝与水冷冷凝 口苛牺 却基本筝,俚通行鲁低 口管 ■单护费蕊发式冷凝暴录高 ■冷凝器的排热量有多少? 三.幕裳的种鶉 ■冷凝器排热量十压编机散热量 primary task of the evapora i to coal the =燕发器吸热十压缩机指示功率 =(1+1/COP蒸发器吸热 亮管或 Normally this air is cooled by counterflow. ■压缩机散热量是多少? on the evaporato is to mak ■开启式压缩机 求莓式 风冷式散热少 水冷式散热多 difference( LMTD)is an expression for the load on 然对或 ■封闭式压缩机:散热量大于开启式 apacity to cool the aif. it is defrosted at certai

6 „ 传热面油膜的影响 • 氨冷凝器会沉积润滑油膜 „ 不凝气体的影响 • 制冷剂蒸汽中含有空气等不凝性气体时， 聚集的气膜和降低传热系数 „ 2.4 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= 0.00018~0.0005 • 风冷式冷凝器 R污垢=0.0001~0.0003 „ 制冷剂侧 • 氨冷凝器 R污垢=0.00035~0.0006 „ 2.4 冷凝器热阻的大致分配 水冷式冷凝器传热热阻比例 冷却水 制冷剂 污垢 管壁 3. 冷凝器设计的要点 „ 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？ „ 冷凝器排热量＋压缩机散热量 ＝蒸发器吸热＋压缩机指示功率 ＝（1＋1/COP)蒸发器吸热 „ 压缩机散热量是多少？ „ 开启式压缩机 • 风冷式散热少 • 水冷式散热多 „ 封闭式压缩机：散热量大于开启式 三．蒸发器的种类 „ 冷水器(cooler)：以水作载冷剂 „ 壳管式 • 满液式 • 干式 „ 水箱式 „ 直接蒸发器：直接冷却空气 „ 强制通风式 „ 自然对流式 The primary task of the evaporator is to cool the dedium to the required temperature. An air-cooled evaporator is, as the word indicates, surrounded by air. Normally this air is cooled by counterflow. The purpose of the fins on the evaporator is to make it more effective. The fin increase the heat transfer surface of the evaporator significantly. Heat is transferred mainly by conduction. The difference between evaporator temperature and air temperature is normally between 6 - 10 K. This difference ( LMTD) is an expression for the load on the evaporator. To ensure that the evaporator is effective and has capacity to cool the air, it is defrosted at certain intervals

31蒲贰死幕蛋 31蒲液式亮管幕赏蛋的特羸 ■广泛眉于创冷条能,也可用于氟利昂桌貌 构紧凛,占地面积小 ■袁冷划可系用式环,可暴眉昌拆发的载冷 易秋 液西高度70~ 冷划发生冻 外:冷 管内:≯礁水 3.2平幕放蛋的碗韆 3.2予死會幕赏夤 Liquid bring 怜水入日 冷冻水出口 内:制冷剂 外:冷冻水 管内;创斗刻 管外:≯冻水 32予死會幕觉蛋 32予式亮雪幕裳蛋

7 3.1 满液式壳管蒸发器 管外：制冷剂 管内：冷冻水 液面高度70～ 80％ 3.1 满液式壳管蒸发器的特点 „ 广泛用于氨制冷系统，也可用于氟利昂系统 „ 结构紧凑，占地面积小 „ 载冷剂可采用闭式循环，可采用易挥发的载冷 剂 „ 易积油 „ 载冷剂易发生冻结 3.2 干式蒸发器的流程 管内：制冷剂 管外：冷冻水 3.2 干式壳管蒸发器 管内：制冷剂 管外：冷冻水 3.2 干式壳管蒸发器 3.2 干式壳管蒸发器

3.2予亮曾幕裳蚋特 33水辖弌幕赏蛋:尭管式水箱 管内:创冷 管外:冷冻水 用于氟利昂桑(晶于晕) 构紧凛,可眉子冷水机血 ■载冷划不哥冻 恻冷克战量少(集能可不谩坠漩 可用热力粤供漩 ■载配工艺复杂 33水箱实幕赏蛋:漩管式水箱 33水辖式幕裳蛋:管贰水箱 管内:冷 管外:冷冻水 管内:创斗 R*c2 3.3水幕赏聶的特胤 34其它骢到:Sh_Hr ■占地面秋大,抛不紧,用于昨整体和血的 ■直立管和塌旋管式用子恻冷桌姚,盒誉式造 用于氣利昂 昔冷能力 ■只使用弈薺发性载冷划 秋汕

8 3.2 干式壳管蒸发器的特点 „ 适用于氟利昂系统(易于带油) „ 结构紧凑，可用于冷水机组 „ 载冷剂不易冻结 „ 制冷剂充注量少(系统可不设贮液器) „ 可用热力膨胀阀供液 „ 装配工艺较复杂 3.3 水箱式蒸发器：立管式水箱 管内：制冷剂 管外：冷冻水 3.3 水箱式蒸发器：螺旋管式水箱 管内：制冷剂 管外：冷冻水 3.3 水箱式蒸发器：盘管式水箱 管内：制冷剂 管外：冷冻水 3.3 水箱式蒸发器的特点 „ 占地面积大，结构不紧凑，用于非整体机组的系 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 3.4 其它类型：Shell-and-Coil Cooler

其它:nte!yre Ceiling-mounted evaporator atural air circulation The plate heat exchanger Plate heat exchanger 35冷窆乞蚋宜接幕赏蛋 冷却空气的直接燕发 直接燕发的特点 ■适用于冷库和空训设备 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 ■拉制方便

9 Ceiling-mounted evaporator Natural air circulation Ceiling-mounted evaporator Forced air circulation Set point ∆ts ∆t t i = 0 癈 t e = -4 癈 t s = 1 癒 Plate heat exchanger 其它类型：Plate-type 3.5 冷却空气的直接蒸发器 冷却空气的直接蒸发器 直接蒸发器的特点 „ 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

2.影响蒸发器传热性能的因素 ■21 创本划句 燕发换為 冷介质 冷水墨:本或冷 直碁蔫虞式:尘气,骚创和自然对

10 2. 影响蒸发器传热性能的因素 „ 2.1 机理 „ 制冷剂侧 • 蒸发换热 „ 冷却介质侧 • 冷水器：水或载冷剂 • 直接蒸发式：空气，强制和 自然对流