换热器和辅助设备

在中央空调系统中除了压缩机系统外，还有一些为完成制冷循环所必需的换热器及其他辅助设备。冷凝器和蒸发器是主要的换热器。它们传热效果的好坏，直接影响制冷机的尺寸和经济性。

2.4.1冷凝器

2.4.1.1冷凝器的工作原理

冷凝器又称“液化器”。是制冷装置中主要的热交换设备之一， 是使蒸气在其中放出热量而液化的换热器。在制冷系统中它是实现制冷剂向系统外放热的换热器。来自压缩机的制冷剂过热蒸气进入冷凝器后，将热量传给周围的介质—水、空气，而其自身因放出热量(主要是潜热)而凝结成液体(即液化)。

2.4.1.2冷凝器的分类

根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为三类:水冷式冷凝器、空冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。

(l)水冷式冷凝器。水冷式冷凝器的特点是传热效率高，结构比较紧凑.适用于大中型制冷装置。但采用这种冷凝器需要有冷却水系统，且管壁上结水垢后传热效果会降低，故需要定期清洗。

这种形式的冷凝器用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。冷却水可以一次性使用，也可以循环使用。用循环水时，必须配有冷却塔或冷却池，以保证水能不断地得到冷却。根据其结构不同，主要有壳管式和套管式两种。

①壳管式冷凝器。壳管式冷凝器分为立式(图2一11)和卧式(图公12)两大类。卧式或立式壳管式冷凝器都是由一筒体(外壳)、管板和管束(传热面)等所组成。筒体是用钢板卷成的圆筒，圆筒的两端用管板封住，在管板上胀接或焊接许多根管子组成管束。在大中型氨制冷装置中大多采用这种冷凝器，其结构如图2一11 (a)所示。

管束是壳管式冷凝器的传热面，管内走冷却水。对于立式壳管式冷凝器.在管的入口处设有斜槽的导流管嘴〔图2一11(b)〕，冷却水通过斜槽沿切线方向流入管内沿管壁向下流动，排入水池。冷却水在沿管内壁向下流动的过程中，吸收管外制冷剂释放出的热量， 使温度升高，同时使制冷剂冷却，并凝结成液体。对于卧式壳管式冷凝器，管板外面用封盖封闭。封盖内有分水隔板.将全部管束分隔成几个流程。冷却水由封盖下端进人后，依次流过每一个流程， 再由封盖的上部流出。这样使冷却水在管内作强迫流动。通常氨冷凝器管束采用无缝钢管，管内水的流速保持在0.8一1.2m/s;氟里昂冷凝器一般采用低肋纯钢管，管内水的流速保持在1.7~2.sm/S。

冷凝器外管上除设有蒸气进口、液体出口的接口外，还设有一系列接口:安全阀接头，压力表接头.平衡管接头与贮液器组成连通器).放油管接口，放空管(不凝性气体)接口等，根据系统情况及制冷剂，有些接口可不设或不用。壳管式冷凝器的热导率高，因而被普遍使用。

②套管式冷凝器。图2一l:4是氟里昂套管式冷凝器的结构图。 它是由两种直径不同的无缝钢管和紫铜管套在一起，盘成长圆型或圆形的冷凝器。氟里昂蒸气在套管空间内冷凝，冷凝液从下面流出。冷却水在内管中自下而上流动，，氟里昂蒸气的流向相反，冷却水流速在1一Zm之间。由于水在管内流程较长，因而进出口温差较大，约在8~10℃ 之间。

套管式冷凝器的优点是结构紧凑，制造简单。缺点是水侧和制冷剂阻力都较大;清洗水垢比较困难。这种冷凝器一般用于制冷城小于4OkW的小型制冷装置。

(2)空冷式冷凝器。空冷式冷凝器不需要冷却水.使用、安装都比较方便，特别适用于小型制冷装置中。但空冷式冷凝器传热系数低，因此体积和重量都比较大;另外翅片表面积灰后会使传热效率降低，需要及时清洗。

这种冷凝器以空气为冷却介质.制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，吸收管内制冷剂蒸气放出的热量。由于空气的换热系数较小，管外(空气侧)常常要设置肋片，以强化管外的换热。

按空气流动的方式不同。此类冷凝器可分为空气自由流动和空气强制流动两种形式。

①空气自由流动的空冷式冷凝器。该冷凝器利用空气在管外流动时吸收制冷剂排放的热量后，由于密度发生变化引起空气的自由流动而不断地带走制冷剂蒸气的凝结热。它不需要风机，没有噪声，多用于小型制冷装置。目前应用非常普遍的是管式结构的空气自由流动的空冷式冷凝器，如图2-14所示。

在蛇形传热管的两侧焊有1.4-1.6mm的钢丝.旨在加大管外传热面积，提高空气侧表面的传热系数。钢丝间的距离可以根据需要进行调节，一般为4~10:nm。传热管一般采用4~6mm复合钢管(外管镀铜，又称作邦迪管)，以保证其与钢丝的良好焊接性能。由于钢丝竖直焊接在水平蛇形管外，与热空气升力方l句一致， 因而使空气具有良好的流动性，获得佳的传热效果，一般传热系数可达15~ 1 7.s/mZ·K).

②空气强制流动的空冷式冷凝器。如图2一15所示，它由一组或几组带有肋片的蛇形管组成，制冷剂蒸气从上部集管进入蛇形管，其管外肋片用以强化空气侧换热.补偿空气表面传热系数过低的缺陷，空气强制流动的空冷式冷凝器适用于中小型氟里昂制冷装置。它具有结构紧凑，换热效果好和制造简单等优点。

(3)蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器是利用水在管外蒸发时吸收热量而使管内制冷剂蒸发冷凝的一种换热器。它耗水量少，适用于缺水地区。但管外结垢后更难以清洗.因而应使用水质较好或经过软化处理后的水作补充水。

水冷式冷凝器需要大的冷却水，但随若工业生产的迅速发展。节约冷却水的消耗已成为一个很重要的问题。特别是在缺水地区，这个矛盾更为突出。空气冷却式冷凝器虽然不需要冷却水， 但是它也有一定的局限性。因此.在一定情况下有必要采用蒸发式及淋激式冷凝器。在这类冷凝器中，制冷剂冷凝时放出的热同时被水和空气带走。

图2一16是蒸发式冷凝器的结构示意图，它的传热部分是一个由钢管或翅片管组成的蛇形管组。

管组装在一个由型钢和钢板焊接的立式箱体内，箱体的底部为一水盘。制冷剂的蒸气由蒸气分配管分配给每一根蛇形管.冷凝的液体则经集液管流入贮液器中。水盘内保持一定的水位，(用浮球阀控制)。冷却水用循环水泵送到冷凝器的上方，经喷嘴喷淋到蛇形管组上面。沿冷凝器管的外表面成膜层下流。水受热后一部分变为蒸气，其余的水沿蛇形管的外表面流下.并汇集于下部的水盘内，经水泵再送至喷嘴循环使用。喷嘴前水的表压力为(0.5~ 1.0)*10Pa。当水流经冷凝器管时.由于水的汽化吸热，使管内的制冷剂蒸气冷却和液化。

蒸发式冷凝器中的离心式或轴流式鼓风机.使室外空气自下而上地流经蛇形管组，并由箱体的上方排出。空气的作用主要是将冷凝器管外汽化的水蒸气带走，而当空气的温度低于水温时,它还.可以起到一定的冷却作用，但是在相反的情况下，即当空气的温度高于水温时(夏季多为这种情况)，空气流经冷凝管时温度反而降低。 空气自下而上从水膜表面吹过时，除把水蒸气带走外.还夹带一部分小水滴。为了减少蒸发式冷凝器水的吹散损失。在箱体上部装有挡水板，它的作用是尽量把空气中夹带的水滴分离下来。

蒸发式冷凝器的鼓风机，可以设在盘管的上部.吸入来自盘管下部的空气.此为吸入式如图2一16(A)所示。鼓风机也可以设在盘管下部的侧面.空气在风机的压送下从盘管外部流过.此为鼓风式，如图2一16(b)所示。两者各有优缺点。吸人式蒸发式冷凝器盘管处的气流比较平均，箱体内保持负压，因而水的蒸发温度较低。传热效果好，但是风机在高温和潮湿的情况下运转.容易发生故障。鼓风式的情况正好相反。根据一般的经验。鼓风式的使用效果比吸入式要好一些。我国目前生产的蒸发式冷凝器多为鼓风式。