換熱設(shè)備是冷庫安裝系統(tǒng)的能量交換裝置，可以使冷熱介質(zhì)進行熱量的傳遞。
制冷設(shè)備中的換熱設(shè)備主要有蒸發(fā)器、冷凝器、氣液換熱器、中間冷卻器、過冷器等。
一、冷凝器的種類、構(gòu)造和工作原理
冷凝器是制冷系統(tǒng)的散熱部件，作用是使壓縮機排出的高溫高壓制冷劑過熱蒸氣向外界冷卻介質(zhì)散熱而變成液體，以便制冷劑液體經(jīng)節(jié)流減壓后供蒸發(fā)器再次使用，實現(xiàn)循環(huán)蒸發(fā)制冷的目的。
過熱蒸氣在冷凝器中放熱而變成液體時，一般有3個放熱過程:
*，過熱蒸氣冷卻為干飽和蒸氣。過熱蒸氣進入冷凝器放熱的初始階段，由排氣溫度下降至冷凝溫度(即該壓力下的飽和溫度)，此時，過熱蒸氣就冷卻成干飽和蒸氣。
第二，干飽和蒸氣冷凝為飽和液體。蒸氣在冷凝器內(nèi)放熱冷凝過程中溫度和壓力不變(仍為該壓力下的冷凝溫度)。
第三，飽和液體進一步冷卻為過冷液體。在冷凝器末端，蒸氣已經(jīng)全部冷凝為飽和液體，但是由于制冷劑的冷凝溫度總是比冷卻介質(zhì)的溫度高，飽和液體還可以進一步被冷卻介質(zhì)所冷卻，使其成為溫度低于該壓力下飽和溫度的過冷液體。
經(jīng)以上3個過程，冷凝器的放熱才結(jié)束。由此可見，在制冷劑放熱的初末階段，其溫度是下降的，但在整個放熱過程中的壓力卻是不變的。因此，對制冷系統(tǒng)的冷凝溫度，只需測量其冷凝壓力，再查飽和蒸氣表就可以得到。
冷凝器按冷卻介質(zhì)和冷卻方式，可以分為水冷式，空冷式和蒸發(fā)式3種。
1.水冷式冷凝器
水冷式冷凝器是用水作冷卻介質(zhì)，吸收制冷劑蒸氣的熱量使其液化。常用的水冷式冷凝器有殼管式、套管式和沉浸式。
(1)殼管式冷凝器殼管式冷凝器的主體部分。它是一個由鋼板卷制焊接成的圓柱形筒體，筒體的兩端焊有兩塊圓形的管板，兩個管板鉆有許多對應(yīng)的小孔，在每
對相對應(yīng)的小孔中裝入一根管子，管子的兩端用脹接法或焊接法緊固在管孔內(nèi)，這樣便組成了直管束。
臥式殼管式冷凝器系水平放置，所以也稱臥式冷凝器。在這種冷凝器中，制冷劑的蒸氣是在管子外表面上冷凝，冷卻水是在泵的作用下經(jīng)管內(nèi)流過。制冷劑蒸氣從上部進入筒殼內(nèi)，凝結(jié)成液體后由筒殼的下部流入貯液器中。
正常運行中筒殼的下部只存少量的液體。但對于小型制冷裝置，為了簡化設(shè)備，有時不另設(shè)貯液器，而是將制冷劑的液體貯存在冷凝器的下部，此時下部的管子就要少裝幾排。冷凝器的出液管可以直接焊接在筒殼的下部，也可以在筒殼下部焊一個液包，而出液管接在液包上。對于氨冷凝器，通常在筒殼下面還焊有一個集油包，以便集存潤滑油及機械雜質(zhì)。
臥式殼管式冷凝器的兩端是用兩個端蓋封住，端蓋內(nèi)部用隔板分開，兩個端蓋的分隔要互相配合，以便冷卻水能在管子內(nèi)多次往返流動。冷卻水每向一端流一次，稱為一個管程(或稱一個流程)。
冷凝器的管程數(shù)一般做成雙(偶)數(shù)，這樣冷卻水的進、出口就可設(shè)在同一個端蓋上，而且冷卻水是從下面流進，上面流出(出口管應(yīng)高于zui上面的冷凝管)，這樣就可保證在運行中，冷凝管子始終被水充滿。端蓋是用螺栓與管板的外緣緊固在一起，兩者之間需要有防漏用的橡皮墊片。在端蓋的頂部及底部分別裝有放氣及放水旋塞。
上部的放氣旋塞是在開始充水時，用來排除管內(nèi)的空氣;下部的放水旋塞是在冷凝器停止使用時，用來排除其中殘留的水，以防管子被腐蝕或凍裂。臥式殼管式冷凝器的優(yōu)點是:①結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小;②換熱管內(nèi)的水流速度較高，所以傳熱系數(shù)較大;③冷卻水的溫升較大，所以冷卻水的耗量較小。臥式殼管式冷凝器的缺點是:①要求冷卻水的水質(zhì)好，水溫低;②冷卻水流動的阻力損失比較大;③清洗水垢不方便，清洗時需要設(shè)備停止工作。
立式殼管式冷凝器直立安裝，所以也稱為立式冷凝器，現(xiàn)在只用于中型及大型的氨制冷裝置中，其結(jié)構(gòu)。同臥式殼管式冷凝器相比，立式殼管式冷凝器兩端沒有端蓋，水及制冷劑的流動方式也有所不同。冷卻水從上部進入冷凝器管內(nèi)，但水并不充滿鋼管的整個斷面，而只是呈膜狀沿管內(nèi)壁自上流下，排入水池中，
一般再用水泵壓送入水塔中循環(huán)使用。
氣態(tài)制冷劑從冷凝器外殼的中部偏上處進入圓筒內(nèi)的管外空間中，冷凝后的液體沿管外壁從上流下，積在冷凝器底部，從出液管流出。此外，冷凝器的外殼上還設(shè)有放油閥、放空氣閥和安全閥等管接頭。
為了使冷卻水均勻地分配到每根鋼管中，冷凝器頂部裝有配水箱，水從水箱中通過分配器或多孔篩板分配到每根鋼管。水分配器的結(jié)構(gòu)有多種，使用較多的一種是導流管嘴。在每根鋼管的頂端冷卻水入口處，裝有一個導流管嘴，冷卻水通過三個斜槽流入管中，并以螺旋線狀沿管內(nèi)壁向下流動，這樣在管內(nèi)壁能夠很好地形成一層水膜，使冷卻水得到充分利用，提高冷凝器的冷卻效果，節(jié)省冷卻水量。立式殼管式冷凝器一般是用51x3.5 mm(或較小直徑)的無縫鋼管。
這種冷凝器的優(yōu)點是:①可以露天安裝，以節(jié)省機房面積;②可以裝在冷卻水塔的下面，以簡化冷卻水系統(tǒng);③冷凝器可以在運行中清洗水管，對冷卻水質(zhì)的要求可以放低一些。
立式殼管式冷凝器的缺點是:①從冷凝放熱的特性看，立管要比水平管差一些(因液膜流動的路程長)，因而它的傳熱系數(shù)比臥式冷凝器要低;②冷卻水用量大，體積大，比較笨重;③冷凝器管內(nèi)水流速度低，易結(jié)水垢;④當露天裝置時，灰砂易落入，因此需要經(jīng)常清洗。
(2)套管式冷凝器套管式冷凝器就是用一根大直徑的金屬管(一般為無縫鋼管)，內(nèi)穿一根或幾根小直徑鋼管(光管或外肋管)，再盤成圓形或橢圓形。管的兩端用特殊接頭將大小管內(nèi)徑分隔為互不連通的兩個空間，冷卻水在小管內(nèi)流動，制冷劑在小管外流動。制冷劑蒸氣由盤管的上端進，凝結(jié)后的制冷劑液體從下面流出。冷卻水則下進上出，與制冷劑成逆向流動，以增強傳熱效果。
套管式冷凝器的優(yōu)點是:①結(jié)構(gòu)簡單，便于制造;②體積小;③傳熱性能好。其缺點是:①金屬消耗量較大;②對水垢的清洗不方便，因此對水質(zhì)的要求較高;③冷卻水的流動阻力較大，因而在使用時應(yīng)保持足夠的冷卻水輸送水壓，否則將會降低冷卻水量，影響傳熱效果，引起冷凝壓力上升。
(3)沉浸式冷凝器它以銅管盤成螺旋狀并浸沒在水箱里。螺旋管可用一層或數(shù)層組成。制冷劑在管內(nèi)冷凝，其流向是上進下出，冷卻水在水箱里流動，流向是下進上出。
沉浸式冷凝器的優(yōu)點是制造特別方便，修理也很方便。其缺點是冷卻水在水箱內(nèi)的流動速度很低，所以它的傳熱效果很差，目前已很少采用這類形式的冷凝器。
2.空氣冷卻式冷凝器(空冷式)
空氣冷卻式冷凝器也稱為風冷式冷凝器。在這種冷凝器中，制冷劑冷卻和凝結(jié)放出的熱量被空氣帶走。空氣冷卻式冷凝器現(xiàn)在多用于小型氟利昂制冷裝置中，如電冰箱、冷凍柜、窗式空調(diào)器、汽車和鐵路車輛用空調(diào)裝置、冷藏車等移動式制冷裝置以及缺水地區(qū)、一或者不便于使用水冷式冷凝器的場合。在國外，為了減少用水量，空氣冷卻式冷凝器也被用在制冷量為350KW的中型固定式制冷裝置中。但到目前為止，空氣冷卻式冷凝器主要是用于氟里昂制冷裝置。
空氣冷卻式冷凝器的結(jié)構(gòu)一般多為蛇管式，制冷劑的蒸氣在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流過。根據(jù)空氣運動的方式不同，空氣冷卻式冷凝器有自然對流式和強迫對流式之分。
自然對流空氣冷卻式冷凝器依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑放出的熱量帶走。這種冷凝器的傳熱效果低于強迫對流空氣冷卻式冷凝器。它主要用于家用電冰箱和微型制冷裝置。由于不用風機，故節(jié)省了風機電耗，而且避免了風機運轉(zhuǎn)時的噪聲。
為強迫對流空氣冷卻式冷凝器。為了使冷凝器的結(jié)構(gòu)緊湊，通常由幾根蛇
管并聯(lián)在一起，做成長方體。制冷劑蒸氣是從上部的蒸氣集管進入每根蛇管中，凝結(jié)成的液體沿蛇管下流，匯于液體集管中，然后注入貯液器內(nèi)。蛇管一般是用直徑較小的紫銅管制成。每根蛇管的總長度不宜過長，否則蛇管的后部將被液體充滿，影響傳熱效果。沿空氣流動方向蛇管的排數(shù)，是與風機的型式有關(guān)，對于小型冷凝器，一般為3~6排。當冷凝器的容量較大時，可以將其寬度增大，用兩個風機或者冷凝器設(shè)計成并聯(lián)工作的幾組。
強迫對流空氣冷卻式冷凝器空氣側(cè)的放熱系數(shù)較小，因此管外都裝有翅片。這種冷凝器很少使用螺旋形翅片，因為它容易藏污，清洗比較困難，因此一般是使用套片式翅片。翅片用厚0.2-0.6 mm的銅片或鋁片制成，翅片間距約為2~4mm。
強迫對流空氣冷卻式冷凝器的傳熱系數(shù)仍然較低，當迎面風速為2~3 m/ s時，按全部外表面(包括翅片在內(nèi))計算的傳熱系數(shù)約為24~29 W。由于夏季室外溫度高(可達350℃)，采用空氣冷卻式冷凝器時，其冷凝溫度也較高，所以它適用于冷凝壓力較低的制冷劑。
空氣冷卻式冷凝器的zui大優(yōu)點是不需要冷卻水，因此特別適用于缺水地區(qū)或者供水困難的地方。近年來在小型氟利昂制冷裝置中，采用空氣冷卻式冷凝器的特別多，如各種空調(diào)器、小型組裝式冷庫等大都采用這種冷凝器。
3.蒸發(fā)式冷凝器
蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)構(gòu)，其冷卻介質(zhì)是水和空氣，但主要是靠一部分冷卻水蒸發(fā)來吸熱。水池中的冷卻水由水泵送至噴水管，經(jīng)噴嘴而噴淋在冷凝管的外表面，使冷凝管外表面附有一薄層水膜，一部分水吸收了制冷劑蒸氣熱量而蒸發(fā)成水蒸氣，經(jīng)過擋水板而被風機排出。一部分水膜吸熱后聚積成水滴落至水池，在滴入水池過程中，由于排風作用，水滴與空氣換熱，使水滴得到冷卻。擋水板的作用是阻擋空氣流中的細小水滴，使其滴回水池，以減少冷卻水的消耗。但由于冷卻水的蒸發(fā)，冷卻水總是要經(jīng)常補充的，當水池的水位過低時，水池內(nèi)的浮球閥就自動打開以補充冷卻水。
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