1、单元15 蒸气压缩式制冷系统组成,,,目 录,,15.1 冷凝器的种类、构造,在制冷系统中，冷凝器是一个制冷剂向系统外放热的换热器。自压缩机经油分离器来的制冷剂蒸气进入冷凝器后，向冷却介质放热，其状态由过热蒸气变成饱和液体或过冷液体。制冷剂进入冷凝器的热量实际上包括三部分：蒸发器从被冷却物体吸收的热量；在压缩机中受压缩时接受由外加机械功转化的热量；低温的制冷剂在管道和设备中流动时从外界传入的热量。冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式（俗称风冷式）、蒸发式三大类。,,用水作为冷却介质，使高温、高压的气态制冷剂冷凝的设备，称为水冷式冷凝器。水作冷却介质有许多优点：水比较容易取得，江、河
2、、湖、海的水、井水、自来水等均可作为水源；作为冷却介质，水温通常低于空气温度，所以采用水冷却可以获得较低的冷凝温度，对提高制冷机的能力和减少能耗均有利。故凡是有条件采用水冷却的场合，应优先选用水冷式冷凝器。常用的水冷式冷凝器有卧式壳管式冷凝器、立式壳管式冷凝器及套管式冷凝器等形式。,15.1 冷凝器的种类、构造,,1. 卧式壳管式冷凝器卧式壳管式冷凝器是一种壳管式换热器，分氨用和氟利昂用两种，它们在结构上大体相同，只是在局部细节和金属材料的选用上有所差异。卧式壳管式冷凝器的壳体是一个由钢板卷制焊接成的圆柱形筒体，筒体的两端焊有两块圆形的管板，两个管板钻有许多位置对应的小孔，在每对相对应的小孔中
3、装入一根管子，管子的两端用胀接法或焊接法紧固在管板的管孔内，组成了一组换热直管管束。,15.1 冷凝器的种类、构造,,卧式壳管式冷凝器水平放置，其结构如图15.1所示。其两端装有铸铁的端盖，在其内侧面上有经过设计互相配合的分水筋，冷却水的进出水管接头设在同一侧的端盖上，冷却水是从下面进入，上面流出，以保证运行时冷凝器中所有管子始终被冷却水充满，不会在上部存有空气。由于有分水筋的配合,水在管簇中多次往返流动。冷却水每向一端流动一次称为一个“水程”，国内生产的卧式壳管式冷凝器的水程数为410个。这样的水路设计可以提高冷却水的温差，减少用水量。在另一侧的端盖上，上部有一个放空气的旋塞，供开始运行时放
4、掉水一侧的空气，以免影响冷却水的流通；下部有一个泄水旋塞，用以长期停止使用时放尽冷却水，以防止冬季冻裂水管。,15.1 冷凝器的种类、构造,,卧式壳管式冷凝器的筒体上也设有若干与系统中其他设备连接的管接头、安全阀和压力表接头，如图15.2所示。放油口设在筒体底部。制冷剂过热蒸气由筒体顶部的进气口进入冷凝器内的空间，与水平管的冷表面接触后即在其上凝结为液膜，由筒体下部的出液管流入贮液器中。正常运行时，筒体下部只存少量液体，但是对于小型制冷装置，为了简化系统，有时不单设贮液器，还让冷凝器的筒体底部兼有一定的贮液作用，此时下部少装几排管子即可。对于氨冷凝器，通常在筒体下部还焊有一个集污包，以便积存润
5、滑油及机械杂质。,15.1 冷凝器的种类、构造,,卧式壳管式氨冷凝器的传热管通常采用2538 mm的无缝钢管，氟利昂冷凝器可用无缝钢管（25 mm以上），也可用铜管。为了提高氟利昂一侧的凝结放热系数，经常应用滚压工艺将铜管的外表面压出肋片，肋片的形状很像螺纹，所以也称螺纹管。卧式壳管式冷凝器普遍应用于中小型氨制冷系统和氟利昂制冷系统。它的优点在于：(1）传热系数高，冷却水耗量小； (2）安装方便，占空间高度小，有利于空间的立体利用,15.1 冷凝器的种类、构造,,(3）结构紧凑，运行可靠，操作管理简便。缺点是：不易发现制冷剂的泄漏；对冷却水质要求高，水温要低；冷却水流动阻力比较大；清洗不方便且
6、需要停止制冷机的运行。,15.1 冷凝器的种类、构造,,2. 立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器直立安装，只适用于大、中型氨制冷装置。它的壳体是由钢板卷成圆柱形筒体后焊接而成，垂直安置，筒体的上下两端各焊一管板，两块管板之间贯穿相对应的管孔，焊接或胀接有许多根无缝钢管，形成一个垂直的管簇。管内为水路，冷却水由顶部通过配水箱均匀地分配到每根钢管内，每根钢管的顶端装有一个具有分水作用的导流管嘴，冷却水经导流管嘴上的斜槽以螺旋线状沿管内壁向下流动，这样既可保证所有传热管表面被水膜覆盖，充分吸收制冷剂放出的热量，提高冷却效率，又可使冷却水的流量相对减少。吸热后的冷却水汇集于冷凝,15.1 冷凝器的种类、
7、构造,,器下面的水池中。氨蒸气从壳体高度的大约三分之二处进入筒体内钢管之间的空间，与冷却水进行热交换后在传热管的外表面上呈膜状凝结，凝液沿垂直管壁向下流动至筒体的底部，由出液管导至高压贮液器。与卧式冷凝器相似，立式冷凝器的外壳上也设有一些管接头，使之与系统中的其他设备连接起来：进气管接头与油分离器连接；出液管和均压管接头与高压贮液器连接；放油管接头与集油器连接；放空气管接头与放空气器连接。其他还有安全阀等接头，如图15.3所示。立式壳管式冷凝器在大中型制冷装置中被广泛采用，其优点主要是：,15.1 冷凝器的种类、构造,,（1）可以安装在室外，节省机房面积；可装在冷却水塔的下面，简化冷却水系统。
8、（2）清洗方便，且可以不中断制冷机的正常运行。（3）对冷却水的水质要求不高，可以适应各种不同的水源。它的缺点是：换热系数较卧式冷凝器小，因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有24，对数平均温差一般在56，故耗水量较大；体积大，比较笨重；易结水垢，露天安装时，灰砂易落入，需经常清洗；水泵耗功率高；制冷剂泄漏不易被发现，等到发现时损失已经很大。,15.1 冷凝器的种类、构造,,3. 套管式冷凝器套管式冷凝器多用于小型氟利昂制冷机组，例如柜式空调机、恒温恒湿机组等。其构造如图15.4所示。它的外管通常采用50 mm的无缝钢管，内管为一根或若干根紫铜管或低肋铜管。内外管套在一起后再整形成螺旋形、螺旋管形或
9、长腰形等几种外形结构。制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔，在内管外表面上冷凝，液体在外管底部依次下流，从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入，依次经过各排内管从上部流出，与制冷剂呈逆流方式，故换热效果好。,15.1 冷凝器的种类、构造,,套管式冷凝器可以套放在压缩机的周围，节省了压缩冷凝机组的占地面积。其缺点是单位换热面积的金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外冷却水流动阻力大，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。,15.1 冷凝器的种类、构造,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.1 卧式壳管式
10、冷凝器,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.2 卧式壳管式冷凝器外形及换热管图,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.3 立式壳管式冷凝器,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.4 套管式冷凝器,,空气冷却式冷凝器又称为风冷式冷凝器，是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量。空气冷却式冷凝器多为蛇管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。自然对流空气冷却式冷凝器依靠空气受热后产生的自然对流，将制冷剂冷凝放出的热量带走。图15.5所示为几种不同结构形式的自然对流空气冷却式冷凝器，其冷凝管多为铜管或表面镀铜的钢管，管外通常做有
11、各种形式的肋片。管子,15.1 冷凝器的种类、构造,,外径一般为58 mm。这种冷凝器的换热系数很小，为510 W/(m2K)，主要用于家用冰箱和微型制冷装置。图15.6所示为强迫对流式冷凝器的结构图。它由几组蛇形盘管组成，盘管外加肋片，以增大空气侧换热面积，同时采用通风机加速空气的流动。制冷剂蒸气从上部分配集管进入每根传热管中，空气以23m/s的流速横向掠过管束，带走制冷剂的冷凝热，凝液由蛇管留下，汇于液体集管中，排出冷凝器。,15.1 冷凝器的种类、构造,,沿空气流动方向，蛇管的排数与风机形式有关，小型冷凝器一般为23排，大型冷凝器可以做到4排。蛇管一般用直径较小的铜管制成。管外肋片多为套
12、片式，多用厚0.20.3 mm的铜片或铝片制成，肋间距24 mm。每根蛇管的长度不宜过长，否则后部被液体充满，影响换热效果。这种冷凝器的传热系数较小，当迎面风速为23 m/s时，按全部外表面积计算的传热系数为2430 W(m2K)。,15.1 冷凝器的种类、构造,,与水冷式冷凝器相比较，风冷式冷凝器唯一的优点是可以不用水而使冷却系统变得十分简单。但其初次投资和运行费用均高于水冷式。在夏季室外气温比较高（3035）时，冷凝温度将高达50，因此风冷式冷凝器只能应用于氟利昂制冷系统，而且通常是应用于小型装置，用于供水不便或根本无法供水的场合（如飞机和车辆上，空气源热泵除外）。不过目前国外由于水资源紧
13、张以及水处理费用昂贵，已大量采用风冷式冷凝器,并用于大型制冷装置。,15.1 冷凝器的种类、构造,,在全年运行的制冷装置中采用风冷式冷凝器，为避免冬季因气温过低而造成冷凝压力过低，由此造成膨胀阀前后压差不足而致使蒸发器缺液，可采用减少风量或停止风机、风机变频等措施弥补。,15.1 冷凝器的种类、构造,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.5 自然对流空气冷却式冷凝器 （a）线管式；（b）百叶窗式；（c）板管式,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.6 空气强迫对流式冷凝器,,蒸发式冷凝器是冷凝器和冷却塔的组合体。它是由换热管组、供水喷淋系统和风机三部分组成。换热管组是一个由光管或肋管组成的
14、蛇形管组，每列蛇形管垂直布置，它们的上端与进气集管相接，下端与出液集管相连。整个管组安装在一个由型钢或钢板焊制的立式箱体内。箱体的底部作为贮水的水盘。制冷剂蒸气由上部的进气集管分配给每一根蛇管，与冷却介质换热后形成的冷凝液经出液集管流入贮液器中。,15.1 冷凝器的种类、构造,,供水系统包括水箱、循环水泵、喷淋器和挡水板以及水管。水泵将水箱中的冷却水打到管组的上方，经喷嘴喷淋到管组的表面，使其形成均匀的水膜向下流动，最后落入箱体底部的水箱中，如此循环往复。挡水板的作用是降低冷却水随气流的飞散损耗。风机的作用是使箱体内的空气自上而下地流经蛇形管组，并由上方排出，把产生的水蒸气及时排出箱外，加速喷
15、淋水的蒸发。当空气的温度低于水温时，空气还对水起到一定的冷却作用。在箱体上部装有挡水板，以减少水量的吹散损失。,15.1 冷凝器的种类、构造,,按空气流动方式，蒸发式冷凝器的风机可分为吸入式和压送式，如图15.7所示。 风机可设在蛇形管组的上部，吸入来自管组下部的空气，此为吸入式蒸发冷凝器；也可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，此为压送式。吸入式由于空气均匀地流过冷凝盘管，箱体内保持负压，因而水的蒸发温度较低，换热效果好。但是风机长期处于高温和非常潮湿的环境中，寿命缩短。压送式情况正好相反，风机电动机工作条件好，但空气流过冷凝盘管不太均匀。我国生产的多为压送式蒸发冷凝器。
16、,15.1 冷凝器的种类、构造,,蒸发式冷凝器有两个突出优点：（1）循环水量和耗水量比水冷式冷凝器要少得多，特别适用于缺水的地区，尤其是当气候干燥时，应用效果更好。水冷式冷凝器中由冷却水吸收热量，立式壳管式冷凝器中每千克冷却水只能带走812 kJ的热量，卧式壳管式冷凝器中，每千克冷却水也只能吸收2535 kJ的热量。蒸发式冷凝器基本上是利用水的汽化吸收气态制冷剂冷凝过程放出的凝结潜热，水的比潜热约为2450 kJ，所以理论上蒸发式冷凝器的耗水量约为水冷式的1。实际上，由于水的飞散损失以及排污溢流等原因，其补充水量为水冷式的1/501/25。,15.1 冷凝器的种类、构造,,（2）冷凝温度低。蒸
17、发式冷凝器中制冷剂的冷凝温度直接与环境的气象参数相关，根据热湿交换完善的程度，冷凝温度一般比空气的湿球温度高510。冷凝温度低，对于提高制冷机的效率，即提高制冷能力和降低耗功率均是有利的目前国内生产的蒸发式冷凝器尚待解决的问题是防腐蚀和水质处理。由于设备的表面积大，采用防锈漆防止锈蚀，使用寿命一般不超过10年，因此使得折旧成本增大。另外，由于冷却水在传热管的表面不断蒸发，水中的矿物质完全留在管子的表面上，水垢层增厚较快，清垢工作相当麻烦，因此应该使用软水或经过软化处理的冷却水。在结构上，挡水板上方设预冷管组，可以使进入蛇形管组的蒸气温度有所降低，有利于减少外表层结垢。,15.1 冷凝器的种类、
18、构造,,15.1 冷凝器的种类、构造,图15.7 蒸发式冷凝器示意图 (a)吸入式；(b)压送式,,15.2 蒸发器的种类、构造,蒸发器是制冷系统中的一种吸热设备。低温低压的液态制冷剂在传热壁的一侧汽化吸热，从而使传热壁另一侧的介质被冷却。被冷却的通常是水或空气，为此蒸发器可分为两大类，即：1冷却液体（水或盐水）的蒸发器；2冷却空气的蒸发器。冷却固体物料的接触式蒸发器，如冻结食品的平板冻结器，在这里不予介绍。,,常用冷却液体的蒸发器有两种形式，即卧式壳管式蒸发器（制冷剂在管外蒸发的为满液式，制冷剂在管内蒸发的称干式）和立管式冷水箱。 1. 满液式壳管蒸发器这种蒸发器常用于大型空调用制冷装置中，
19、用来冷却水或盐水。其工作原理如图15.8所示。由于其传热效果较好，结构紧凑，占地面积小且易于安装等优点而被广泛采用，尤其是在空调用的冷水机组中最为适宜。,15.2 蒸发器的种类、构造,,满液式蒸发器均为卧式。制冷剂液体在管外与壳体间蒸发吸热，而被冷却介质（水或盐水）在管内流动放热。经过膨胀阀降压以后的低温低压液体，从筒体的下部进入，充满管外空间。由于存液量很大，故属满液式蒸发器。制冷剂汽化形成的蒸气不断上升至液面，经过顶部的分液包分离掉蒸气中可能挟带的液滴，干蒸气被压缩机吸回。水程和卧式壳管式冷凝器一样做成多程式，即在传热管簇内经端盖往返流动多次，与制冷剂进行充分的热交换。水的进出口一般也是做
20、在同一侧的端盖上，下进上出。壳体上留有若干与制冷系统中其他设备连接的管接头。,15.2 蒸发器的种类、构造,,氨用蒸发器的传热管一般为25 mm25 mm或32 mm25 mm的无缝钢管，氟利昂蒸发器一般多用紫铜或黄铜管，直径在20 mm以下的，为了增强传热效果，多采用低肋管。总的来说，卧式壳管式蒸发器的传热系数要略低于卧式壳管式冷凝器。满液式蒸发器中，由于制冷剂气化时会产生气泡，使液面比不工作时升高，为了避免压缩机吸回未蒸发完的液体，蒸发器应在筒内上部留有空间。对于氨制冷剂，充液高度应控制在不超过筒径的7080。用氟利昂制冷剂时，起泡现象更为严重，充液量应控制在5565。液面上裸露的传热管，
21、在蒸发器投入运行后被制冷剂泡沫,15.2 蒸发器的种类、构造,,润湿，也能起到很好的换热作用。此外，当用来冷却淡水时，一般只能冷却到45，以避免冻结的危险。满液式壳管蒸发器从其结构和工作情况可以看出它有以下缺点：（1）制冷剂的充注量较大，成本高。（2）受静液柱的影响。当蒸发器的直径较大时，由于液体静压的影响而使得下部制冷剂的蒸发温度升高，无形中减小了传热温差。,15.2 蒸发器的种类、构造,,（3）回油较困难。对于氟利昂制冷剂，由于它们能和润滑油互相溶解而将油带入蒸发器，在蒸发器中氟利昂不断汽化后被吸回，而润滑油则很难从蒸发器中返回，因此在长期运行后蒸发器中会积存较多的含油浓度很高的氟利昂油溶
22、液，影响蒸发器的传热性能，因此，对于氟利昂制冷系统，须考虑一定的回油措施。,15.2 蒸发器的种类、构造,,2. 干式氟利昂壳管蒸发器干式氟利昂壳管蒸发器是用来冷却淡水的氟利昂壳管式蒸发器，见图15.9。在这种蒸发器中，制冷剂液体是在管内蒸发的，被冷却介质在管外流动。此时液态制冷剂的充注量很少，为管组内部容积的35%40%，而且制冷剂在气化过程中不存在自由液面，所以称为干式蒸发器。这里，氟利昂液体是从前端盖的下部分两路进入传热管簇，往返四个流程，蒸发产生的蒸气由同一端盖的上部引出。被冷却的水是在管外流动，由壳体上方的一端进入，从另一端流出。为了提高水流速度以强化传热，在蒸发器的壳体内横跨管簇装
23、设多块折流板。,15.2 蒸发器的种类、构造,,干式蒸发器克服了前述满液式蒸发器的缺点，主要的优点有以下几方面：（1）制冷剂的充注量很少，使用成本大为降低，且不需设贮液器，使机组的重量和体积大为缩小。（2）由于氟利昂蒸气在管内具有较大的流速，可将润滑油带回压缩机中。（3）与满液式壳管蒸发器相比，干式蒸发器的传热系数也有所提高。,15.2 蒸发器的种类、构造,,3. 立管式冷水箱冷水箱是大型空调制冷站中开式冷冻水系统常用的蒸发器，整体的管组沉浸于盛满载冷剂（水或盐水）的箱体（或池、槽）内。制冷剂在管内蒸发，载冷剂在搅拌器的推动下在箱内流动，以增强传热（图15.10）。应用这种蒸发器可以将水冷却到
24、接近0的温度；当用盐水作为载冷剂时，可冷却到-20-10，适用于制冰或食品冷加工。,15.2 蒸发器的种类、构造,,冷水箱中的蒸发器管组有立管式和螺旋管式两种。立管式蒸发器的列管以组为单位，按照不同的容量要求，蒸发器可由若干组列管组合而成。每一组列管各有上下两根直径较大的水平集管（一般为1214的无缝钢管），上面的称为蒸气集管，下面的称为液体集管。沿集管的轴向焊接四排直径较小两头稍有弯曲的立管（一般为573.5），与上下集管接通；另外顺集管的轴向每隔一定距离焊接一根直径稍大的立管（一般为764）。上集管用于汇集制冷剂蒸气，经一端的气液分离器分离掉液体后送往压缩机。分离器通过下液管与下集管相通，
25、将分离出来的液体重新送回蒸发立管。下集管的一端用一水平管与集油包相连。,15.2 蒸发器的种类、构造,,液态制冷剂由进液管直插到76立管的下部，经下集管迅速进入每根立管，并可利用液体流进时的冲力增强氨液在蒸发管中的循环。立管式蒸发器在工作过程中，细立管中的蒸发强度很大，产生的蒸气迅速脱离传热面，向上浮动进入上集管，没有蒸发完的液体从中间的粗立管下降，如此形成上下的循环对流。这种蒸发器的传热性能良好，与卧式壳管式蒸发器相仿。由于水箱中水量大、热稳定性优于壳管式，因此采用开式冷冻水系统处理空气的空调装置，均优先采用水箱式蒸发器。,15.2 蒸发器的种类、构造,,螺旋管式蒸发器是立管式的一种变型产品
26、。此种蒸发器的总体结构和液体的流动情况与立管式相似，其不同之处只是以两排螺旋管代替立管。这种蒸发器也只能用于氨制冷系统。与立管式相比，螺旋管式有许多优点，主要是：（1）结构紧凑，若蒸发面积相同，螺旋管式的体积要小得多；（2）上下集管上的焊口减少，减少了泄漏的可能，制造简单，维修也较方便；（3）传热系数较立管式有所提高。,15.2 蒸发器的种类、构造,,15.2 蒸发器的种类、构造,图15.8 满液式蒸发器,,15.2 蒸发器的种类、构造,图15.9 干式蒸发器,,15.2 蒸发器的种类、构造,图15.10 立管式蒸发器,,冷却空气的蒸发器都是制冷剂在管内蒸发直接冷却空气，包括冷却排管和冷风机的
27、蒸发器两种。 1. 冷却排管多用于冷库及各种试验用制冷装置中。其特点是制冷剂在冷却排管内流动并蒸发，管外作为传热介质的被冷却空气作自然对流。冷却排管可以用光管、肋片管制成。按管组在室内的安装位置可分为墙排管、顶排管和搁架式排管三种。,15.2 蒸发器的种类、构造,,按结构形式，冷却排管也可分为立管式、蛇管式两类。立管式只适用于氨系统，蛇管式对于氨及氟利昂系统都适用。 立管式墙排管通常用于冷藏库冻结物的冷藏间，靠墙布置，故称为墙排管。其结构如图15.11（a）所示。 蛇管式排管通常是用382.5的无缝钢管弯制而成，如图15.11（b）所示。可以是单排的也可以是双排的，每排由一根或两根光管或肋管组
28、成。,15.2 蒸发器的种类、构造,,蛇管式排管的适用范围较广。蛇管式顶排管重力供液或氨泵供液均可；单排和双排蛇管式墙排管可用于下进上出式的氨泵供液系统及重力供液系统，单根蛇管式排管还可用于氨泵上进下出供液系统和热力膨胀阀供液系统。氟利昂系统所采用的蛇管式排管通常为单排式。搁架式排管多用于冷库的生产库房中。它是由许多组蛇形盘管组合而成，冷冻加工时将食品置于冻盘中，放在搁架上进行冻结。由于排管与食品近乎直接接触，所以其传热系数较高，适用于冻结鱼类、家禽等食品。,15.2 蒸发器的种类、构造,,2. 冷风机的蒸发器广泛用于各种空调机组以及冷藏库、低温试验箱用的各种形式的冷风机。在这种蒸发器中，管外
29、空气是在风机的作用下受迫流动，与管内的制冷剂进行热交换，使空气冷却，从而达到降温的目的，如图15.12所示。氨的冷风机蒸发器用2538 mm的无缝钢管制成，管外绕以厚1 mm左右的钢肋片，肋距约为10 mm，下供液，上回气。氟利昂蒸发器多用1018 mm的铜管制成，管外肋片多为套片式。当蒸发器用于空调时，肋距为24 mm；用于降温或低温时，其肋距应放大，一般为46 mm，这是因为肋距太小时，凝结水流动不畅，或很快被积霜堵死，恶化了换热效果。目前一些房间空调蒸发器的基管也有用9.52 mm或7.2 mm的铜管，肋片多用厚0.12 mm 或0.15 mm左右的铝片,15.2 蒸发器的种类、构造,,
30、采用冷风机时，不用载冷剂，冷损失少，结构紧凑，易于实现自动化控制。冷风机蒸发器的换热系数也不大，当迎面风速为23m/s时，其换热系数为2935W/(m2K)。冷风机的蒸发器一般由许多并联的蛇形管组成，在供液前，应加装分液器和毛细管，保证液态制冷剂能够均匀地分配给各路蛇形管。分液器保证了流入各路的制冷剂蒸气含量相同。毛细管内径很小，有较大的流动阻力，从而保证了制冷剂分配时流量相同。,15.2 蒸发器的种类、构造,,15.2 蒸发器的种类、构造,图15.11 冷却排管结构形式 （a）立管式；（b）蛇管式若,,15.2 蒸发器的种类、构造,图15.12 冷风机的蒸发器,,15.3 节流机构的种类、构
31、造及工作原理,节流机构的作用主要是：对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节流降压；根据系统负荷变化，调整进入蒸发器的制冷剂液体的数量。常用的节流机构有手动节流阀、浮球式节流阀、热力膨胀阀及阻流式膨胀阀(毛细管)、热电式膨胀阀等。它们的基本原理都是使高压液态制冷剂受迫流过一个小过流截面，产生合适的局部阻力损失(或沿程损失)，使制冷剂压力骤降，同时一部分液态制冷剂汽化，吸收潜热，使节流后的制冷剂成为低温低压状态。,,手动节流阀又称手动调节阀或膨胀阀，和普通的截止阀在结构上的不同之处主要是阀芯的结构与阀杆的螺纹形式。普通截止阀的阀芯为一平头，阀杆为普通螺纹，所以它只能控制管路的通断和粗略地调节流量，
32、难以调整在一个适当的过流截面积上以产生恰当的节流作用。节流阀的阀芯为针形锥体或带缺口的锥体（图15.13），阀杆为细牙螺纹，所以当转动手轮时，过流截面积可以较准确、方便地调整。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,手动节流阀开启度的大小是根据蒸发器负荷的变化而调节的，通常开启度为手轮的1/8至1/4周，不能超过一周。否则，开启度过大，会失去膨胀作用。因此它不能随蒸发器热负荷的变动自动适应调节，几乎全凭经验结合系统中的反应进行手工操作。目前它只装设于氨制冷装置中。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.13 手动节流阀的阀芯 （a）
33、针形阀芯；（b）具有V形缺口的阀芯,,1. 工作原理浮球节流阀又称浮球调节阀，是一种自动调节的节流阀。利用一钢制浮球为启闭阀门的动力，靠浮球随液面高低在浮球室中升降，控制一小阀门开启度的大小变化而自动调节供液量，同时起节流作用。当容器内液面降低时，浮球下降，节流孔自行开大，供液量增加；反之，当容器内液面上升时，浮球上升，节流孔自行关小，供液量减少。待液面升至规定高度时，节流孔被关闭，保证容器不会发生超液或缺液的现象。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,2. 结构形式与安装要求浮球节流阀是用于具有自由液面的蒸发器、液体分离器和中间冷却器供液量的自动调节。在氨制冷系统中广泛应用一种低压浮
34、球阀。按液体在其中流通的方式，分直通式和非直通式两种，如图15.14所示。直通式的特点是：进入容器的全部液体制冷剂首先通过阀孔进入浮球室，然后再进入容器。结构和安装简单，但由于液体的冲击作用引起浮球室的液面波动大，调节阀的工作不太稳定，而且液体从壳体流入蒸发器，是依靠静液柱的高度差，因此液体只能供到容器的液面以下。非直通式的特点是：阀座装在浮球室外，经节流后的制冷剂不需要通过浮球室而沿管道直接进入容器。因此浮球室液面较平稳，而且可以供液到蒸发器的任何部位，但结构与安装均较复杂。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,目前我国冷冻机厂生产的浮球节流阀都是非直通式的。浮球节流阀在安装时要求浮
35、球室的气体平衡管应接在筒身上，而不应接在液体分离器的吸气管上。液体平衡管不应接在液体分离器与蒸发器之间的供液管上，也不应接在低压循环贮液筒的氨泵吸液管上，以免浮球室内液面波动过大。蒸发器中的液体往往呈气泡沸腾状态，致使气液混合物的密度显著降低，造成蒸发器中的实际液面要高于浮球室的液面，因此将浮球节流阀安装到蒸发器上时，最好把浮球节流阀适当降低一些。浮球节流阀的管路系统中一般应装置液体过滤器(采用250孔cm2的钢丝网)，以保证进入浮球阀内的液体无杂质，避免阀门堵塞。此外还要装设旁路手动节流阀，以便在浮球节流阀发生故障或清洗过滤器时仍可继续供液。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,15
36、.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.14 浮球节流阀 (a)安装示意图；(b)工作原理图,,氟利昂制冷装置中一般都采用热力膨胀阀来调节进入蒸发器的液态制冷剂的流量，并将液体由冷凝压力节流降压到蒸发压力。 热力膨胀阀按感应机构动力室中传力零件的结构不同，可分为薄膜式和波纹管式两种；按使用条件不同，可分为内平衡式和外平衡式两种。目前常用的小型氟利昂热力膨胀阀多为薄膜式内平衡热力膨胀阀。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,1. 内平衡式热力膨胀阀胀阀外形图内平衡式热力膨胀阀的外形如图15.15所示。其结构一般都由阀体、阀座、阀针、调节杆座、调节杆、弹簧、过滤器、传动杆、感温包、毛
37、细管、气箱盖和感应薄膜等组成，如图15.16所示。感温包里灌注氟利昂或其他低沸点的液体，把它紧固在蒸发器出口的回气管上，用以感受回气的温度变化；毛细管是用直径很小的铜管制成，其作用是将感温包内由于温度的变化而造成的压力变化传递到动力室的波纹薄膜上去。波纹薄膜是由很薄的(0.10.2 mm)合金片冲压而成，断面呈波浪形，有23 mm的位移变形。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,波纹薄膜由于动力室中压力变化而产生的位移通过其下方的传动杆传递到阀针上，使阀针随着传动杆的上下移动而一起移动，以控制阀孔的开启度。调节杆在系统调试运转中，用以调整弹簧的压紧程度来调整膨胀阀的开启过热度，系统正常
38、工作后不可随意调节且应拧上调节杆座上的帽罩，以防止制冷剂从填料处泄漏。过滤网安装在膨胀阀的进液端，防止阀孔堵塞。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,工作原理由图15.17可知，金属波纹薄膜受三种力的作用：在膜片的上方，感温包中液体(与其感受到的温度相对应的)的饱和压力P对膜片产生的向下推力P；在膜片的下方，受阀座后面与蒸发器相通的低压液体对膜片产生一个向上的推力P0(制冷剂的蒸发压力)；弹簧的张力W。此外，还有活动零件之间的摩擦力等因素构成的作用力，因为其值甚小，在分析时可以忽略不计。由以上分析可知，当三力处于平衡状态，即满足PP0+W时，膜片不动，则阀口处于一定的开启度。而当其中任
39、何一个力发生变化时，就会破坏原有的平衡，则阀口的开启度也就随之发生变化，直到建立新的平衡为止。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,当外界情况改变，如由于供液不足或热负荷增大，引起蒸发器的回气过热度增大时，则感温包感受到的温度也升高，饱和压力P也就增大，因此形成PP0+W，这样就会导致膜片下移，使阀口开启度增大，制冷剂的流量也增大，直至供液量与蒸发量相等时达到另一平衡。反之，若由于供液过多或热负荷减少，引起蒸发器的回气过热度减小，感温包感受到的温度也降低，则饱和压力P也就减小，因此形成PP0+W，这样就会导致膜片上移，阀口开启度减小，制冷剂的供液量也就减少，直至与蒸发器的热负荷相匹配为
40、此。如此，利用与回气过热度相关的饱和压力P的变化来调节阀口的开启度，从而控制制冷剂的流量，实现自动调节。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,另外，调节不同的弹簧张力W，便能获得使阀口开启的不同过热度。一般希望蒸发器的过热度维持在35的范围内。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,2. 外平衡式热力膨胀阀与内平衡热力膨胀阀在结构上略有不同，其感应薄膜下部空间与膨胀阀出口互不相通，而是通过一根小口径的平衡管与蒸发器出口相连，如图15.18所示。即外平衡热力膨胀阀膜片下部的制冷剂压力不是阀门节流后的蒸发压力，而是蒸发器出口处的制冷剂压力。这样可以避免蒸发器阻力损失较大时的影响，把过
41、热度控制在一定的范围内，使蒸发器传热面积充分利用。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,内、外平衡式热力膨胀阀工作原理相同，只是适用的条件不同。在实际应用中，蒸发器压力损失较小时，一般使用内平衡式热力膨胀阀，而压力损失较大时(当膨胀阀出口至蒸发器出口制冷剂的压力降相应的蒸发温度降低超过23时)，应采用外平衡式热力膨胀阀。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,3. 安装热力膨胀阀时应注意的问题（1）首先应检查膨胀阀是否完好，特别注意检查感温动力机构是否泄漏。（2）膨胀阀应正立式安装，不允许倒置。（3）感温包安装在蒸发器的出气管上，紧贴包缠在水平无积液的管段上，外加隔热材料缠包，或
42、插入吸气管上的感温套内(图15.19)。（4）当水平回气管直径小于25 mm时，感温包可扎在回气管顶部；当水平回气管直径大于25 mm时，感温包可扎在回气管下侧45处，以防管子底部积油等因素影响感温包正确感温。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,（5）外平衡膨胀阀的平衡管一般都安装在感温包后面100 mm处的回气管上，并应从管顶部引出，以防润滑油进入阀内。（6）一个系统中有多个膨胀阀时，外平衡管应接到各自蒸发器的出口。,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,4. 热力膨胀阀的调整热力膨胀阀安装完毕后需要在调试时予以调整，使它能在规定的工况条件下执行自动调节。所谓调整，就是调整热
43、力膨胀阀弹簧的压紧程度。拧下底部的帽罩，用扳手顺旋调节杆，使弹簧压紧而关小阀门，蒸发压力会下降。反旋调节杆，则蒸发压力上升。调整热力膨胀阀时，最好在压缩机的吸气截止阀处装一只压力表，通过观察压力表来判定调节量是否恰当。如果蒸发器离压缩机甚远，亦可根据回气管的结霜或结露情况进行判别。在空调用的制冷装置中，蒸发温度一般在0,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,以上，回气管处应当结露滴水。但若结露直至压缩机邻近，则说明阀口过大，应调小一些，如果装了回热热交换器，回热器的回气管出口处不应结露。相反，如果蒸发器的出口处不结露，则说明阀口过小，供液不足，应调大一些。,15.3 节流机构的种类、构造
44、及工作原理,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.15 内平衡式热力膨,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.16 内平衡式热力膨胀阀的结构,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.17 内平衡式热力膨胀阀的工作原理,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.18 外平衡式热力膨胀阀,,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,图15.19 感温包的安装点,,热电膨胀阀也称电动膨胀阀。它是利用热敏电阻的作用来调节蒸发器供液量的节流装置。其基本结构以及与制冷系统的连接方式如图15.20所示。热敏电阻具有负温度系数特性，即温度升高，电阻减小。它直接
45、与蒸发器出口的制冷剂蒸气接触。在电路中，热敏电阻与膨胀阀膜片上的加热器串联，电热器的电流随热敏电阻值的大小而变化。当蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度增加时，热敏电阻温度升高，电阻值降低，电加热器的电流增加，膜室内充注的液体被加热而温度增加，压力升高，推动膜片和阀杆下,15.3 节流机构的种类、构造及工作原理,,移，使阀孔开启或开大。当蒸发器负荷减小，蒸发器出口蒸气的过热度减小或变成湿蒸气时，热敏电阻被冷却，阀孔就关小或关闭。这样热电膨胀阀可以控制蒸发器的供液量，使其与热负荷相适应。不同用途的热电膨胀阀的感受元件有多种安装方式。热电膨胀阀具有结构简单，反应速度快的优点。为保证良好的控制性能，热敏电阻需要定期更换。,
