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淺析蒸發器在制冷系統中的作用及特點

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發布日期:2016-11-17  瀏覽次數:475
        制冷系統的四大部件分別是,壓縮機,蒸發器,泠凝器和節流裝置。這其中,作為空調系統心臟的壓縮機,其種類和特點相較于其他三部件更要為人所熟知。而蒸發器則是其中另一個關鍵部件,蒸發器的作用是通過蒸發(沸騰),吸收載冷劑的熱量,從而達到目的。蒸發器的形式很多,按載冷劑的不同可分冷卻液體的蒸發器和冷卻空氣的蒸發器。下面主要介紹幾種常見的蒸發器的工作原理和結構特點。

    一、冷卻液體的蒸發器

    1.干式蒸發器

    干式蒸發器制冷劑在換熱管內通過,冷水在高效換熱管外運行,這樣的換熱器換熱效率相對較低,其換熱系數僅為光管換熱系數的2倍左右,但是其優點是便于回油,控制較為簡便,而制冷劑的充注量大約是滿液式機組充注量的1/2~1/3左右。

    2.滿液式蒸發器

    滿液式蒸發器與干式蒸發器的運行方式恰好相反,冷水在換熱管內通過,制冷劑完全將換熱管浸沒,吸熱后在換熱管外蒸發。滿液式蒸發器的傳熱管表面上有許多針形小孔,管內表面上還有螺旋形凸起強化冷水側的換熱。這種同時強化管外沸騰和管內傳熱的高效傳熱管,使其傳熱系數較光管提高了5倍左右。

    3.降膜式蒸發器

    降膜式蒸發器,也稱之為噴淋式蒸發器,這種換熱器與滿液式蒸發器相似,但是它又與滿液式蒸發器有區別。這種蒸發器的制冷劑是從換熱器的上部噴淋到換熱管上,制冷劑只是在換熱管上形成一層薄薄的冷劑液膜,這樣冷劑在沸騰蒸發時便減少了靜液位壓力,從而提高了換熱效率,其換熱效率較滿液式機組提高了5左右。如圖3為降膜式蒸發器冷媒流程示意圖。

    降膜蒸發是流動沸騰,由于管外表面的液膜層厚度小,沒有靜壓產生的沸點升高,傳熱系數高。而滿液式蒸發(也就是沉浸式蒸發)產生的氣泡易于集聚在換熱管的表面,導致換熱效率下降,其換熱效果不如降膜蒸發。總的來說降膜蒸發屬于小溫差情況下,但要防止結垢,影響傳熱效率。

    4.干式和滿液式蒸發器的優缺點

    滿液式殼管蒸發器在管內走水,制冷劑在管簇外面蒸發,所以傳熱面基本上都與液體制冷劑接觸。一般殼體內充注的制冷劑量約為筒體有效容積的55%~65%,制冷劑液體吸熱氣化后經筒體頂部的液體分離器,回入壓縮機。操作管理方便,傳熱系數較高。

    其缺點是:

    ①制冷系統蒸發溫度低于0℃時,管內水易凍結,破壞蒸發管;

    ②制冷劑充灌量大;

    ③受制冷劑液柱高度影響,筒體底部的蒸發溫度偏高,會減小傳熱溫差;

    ④蒸發器筒體下部會積油,必須有可靠的回油措施,否則影響系統的安全運行。

    干式殼管式蒸發器的制冷劑在管內流動,水在管簇外流動。制冷劑流動通常有幾個流程,由于制冷劑液體的逐漸氣化,通常越向上,其流程管數越多。為了增加水側換熱,在筒體傳熱管的外側設有若干個折流板,使水多次橫掠管簇流動。

    其優點是:

    ①潤滑油隨制冷劑進入壓縮機,一般不存在積油問題

    ②充灌的制冷劑少,一般只有滿液式的1/3左右;

    ③在0℃附近時,水不會凍結。

    其缺點是:

    ①制冷劑有多個流程,在端蓋轉彎處如處理不好會產生積液,從而使進入下一個流程的液體分配不均勻,影響傳熱效果;

    ②水側存在泄漏問題,由于折流板外緣與殼體間一般有1~3mm間隙,與傳熱管之間有2mm左右的間隙,因而會引起水的泄漏。實踐證明,水的泄漏會引起水側換熱系數降低20%~30%,總的傳熱系數降低5%~15%。

    二、冷卻空氣的蒸發器

    1.自然對流式冷卻排管

    自然對流的直接蒸發器式空氣冷卻器也稱為冷卻排管,常用于冰箱、冷藏柜、冷藏車、冷藏庫等處,大多用肋片管制成。對于氨制冷系統應采用鋼管,且一般用套片式肋片管,氟利昂制冷系統多用銅管,肋片管則可以是繞片或套片式。有些冷卻排管也可以用光管制成。冷卻排管也可以用光管制成。冷卻排管按其安裝方式,可分為墻排管、頂排管和擱架式排管等。冷卻排管外側的空氣是自然對流,所以傳熱系數很小。通常光管管子的傳熱系數為6~14W/(m2•K),肋片管傳熱系數為4~10W/(m2•K)。

    2.強制對流的直接蒸發式空氣冷卻器

    為了增強傳熱,在間冷式冰箱的冷凍室、空調機組、冷藏庫及除濕機等處多采用強制對流式的直接蒸發式空氣冷卻器。圖4為空調用強制對流式的直接蒸發式空氣冷卻器構造示意圖,來自節流裝置的低壓制冷劑濕蒸氣通過分液器分成多通路,吸熱蒸發后為氣態制冷劑,匯集到集管中流出,而空氣以一定流速從肋片管的肋片間掠過,將熱量傳給管內流動的制冷劑,溫度降低。直接蒸發式空氣冷卻器一般由4~8排肋管組成,管材為直徑Φ7~Φ12mm的銅管,外套連續整體鋁片,片厚0.12~0.2mm,片間距1.6mm~3mm,蒸發溫度較低時,考慮到肋片結霜,應加大肋片間距。強制對流式蒸發器與自然對流式蒸發器相比,具有傳熱效果好,結構緊湊等優點,在冷凍、空調設備中得到廣泛應用。 


 
 
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