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全面解析蒸发器种类和工作原理

2017-10-20  来源:互联网转载  发布者:小A

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蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发,吸收低温热源介质(水或空气)的热量,达到制冷的目的。

蒸发器按其冷却的介质不同分为:冷却空气的蒸发器、冷却液体(水或其它液体载冷剂)的蒸发器。

冷却空气的蒸发器:

空气自然对流时多采用光盘管结构

空气强制对流时采用翅片管结构

冷却液体(水或其它液体载冷剂)的蒸发器:

1、壳管式

2、沉没式

根据制冷剂供液方式的不同:

1、满液式蒸发器

2、干式蒸发器

3、循环式蒸发器

4、喷淋式蒸发器

5、满液式蒸发器

按其结构分为卧式壳管式、水箱直管式、水箱式等几种结构型式。

它们的共同特点是在蒸发器内充满了液态制冷剂,运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断地从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触,沸腾换热系数更高。

但不足之处是制冷剂充注量大,液柱静压会给蒸发温度造成不良影响;若采用能溶于润滑油的制冷剂,润滑油难以返回压缩机。

壳管式满液式蒸发器:

一般为卧式结构,见下图。制冷剂在壳内管外蒸发;载冷剂在管内流动,一般为多程式。载冷剂的进出口设在端盖上,取下进上出走向。

制冷剂液体从壳底部或侧面进入壳内,蒸气由上部引出后返回到压缩机。壳内制冷剂始终保持约为壳径70%~80%的静液面高度。

壳管式满液式蒸发器结构图

壳管式满液式蒸发器应注意以下问题:

①以水为载冷剂,其蒸发温度降低到0℃以下时,管内可能会结冰,严重时会导致传热管胀裂。同时蒸发器水容量小,运行时热稳定性差;

②低蒸发压力时,液体在壳体内的静液柱会使底部温度升高,传热温差减小;

③与润滑油互溶的制冷剂,使用满液式蒸发器存在着回油困难;

④制冷剂充注量较大。同时不适于机器在运动条件下工作,液面摇晃会导致压缩机冲缸事故;

⑤在满液式蒸发器中,由于制冷剂气化,产生大量气泡,使液面升高,因此制冷剂充注量不应浸没全部换热面。

水箱式蒸发器:

水箱式蒸发器可由平行直管或螺旋管组成(又称为立式蒸发器)。

它们均沉浸在液体载冷剂中工作,由于搅拌器的作用,液体载冷剂在水箱内循环流动,以增强传热效果。制冷剂液体在管内蒸发吸热,使管外载冷剂降温。

水箱式蒸发器结构图

立管式水箱蒸发器

1—集油器;2—均压管;3—汽-液分离器;4—上集气管;5—水箱;6—泄水口;7—搅拌器;8—溢流管;9—隔板;10—直立管管束;11—下集液管

可以克服壳管式满液式蒸发器的可能会结冰,及运行时热稳定性差缺点,同时制冷剂下进上出,符合液体沸腾时的运动规律,循环良好,沸腾换热系数较高。

非满液式蒸发器(干式蒸发器)

干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全气化的蒸发器。

其传热管外侧的被冷却介质是载冷剂(水)或空气,制冷剂则在管内吸热蒸发,其每小时流量约为传热管内容积的20%-30%。

增加制冷剂的质量流量,可增加制冷剂液体在管内的湿润面积。同时其进出口处的压差随流动阻力增大而增加,以至使制冷系数降低。

干式蒸发器图

按冷却介质分:

冷却液体干式蒸发器

冷却空气干式蒸发器(直接蒸发式空气冷却器)

冷却液体干式蒸发器:

干式壳管焊接板

式蒸发器蒸发器

式蒸发器蒸发器图

1、干式壳管蒸发器

壳管式干式蒸发器分为直管式和U形管式的结构型式。它们的共同特点是壳内装有多块圆缺形折流板,目的在于提高管外载冷剂流速、增强换热效果

干式壳管式蒸发器的特点是:

①能保证进入制冷系统的润滑油顺利返回压缩机;

②所需要的制冷剂充注量较小,仅为同能力满液式蒸发器的1/3;

③用于冷却水时,即使蒸发温度达到0℃,也不会发生冻结事故;

④可采用热力膨胀阀供液,这比满液式的浮球阀供液更加可靠。

直接蒸发式空气冷却

直接蒸发式空气冷却器

这类蒸发器按空气的运动状态分有冷却自由运动空气的蒸发器和冷却强制流动空气的蒸发器两种型式。

1、冷却自由运动空气的蒸发器:由于被冷却空气呈自由运动状态,其传热系数较低。所以这种蒸发器被制成光管蛇形管管组,通常称做冷却排管。一般用于冷藏库和低温试验装置中。

冷却排管具有存液量少,其充液量约为排管内容积的40%左右,操作维护方便等优点。但存在管内制冷剂流动阻力大,蒸发后的蒸气不易排出。同时由于管外空气为自由运动,传热系数较低,一般在6.3-8.1W(m2K)范围。

2、冷却强制流动空气的蒸发器(又称冷风机):由于光管式空气冷却器传热系数K很低,为加强空气侧的换热,往往需要在管外设置肋片以提高传热系数值。但是在一般情况下,设置肋管后因片距较小会引起较大的流动阻力,必须采取措施强制空气以一定的流速通过肋片管族,以便于获得较好的换热效果。

这种蒸发器具有结构紧凑,传热效果好,可以改变空气的含湿量,应用范围广等优点。但从制造工艺要求分析,肋片与传热管的紧密接触是提高其传热效果的关键。

循环式蒸发器

这种蒸发器中,制冷剂在其管内反复循环吸热蒸发直至完全气化,故称做循环式蒸发器。循环式蒸发器多应用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统或低温环境试验装置。

循环式蒸发器结构图

循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内表面能始终完全润湿,表面传热系数很高。但体积较大,制冷剂充注量较多。

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