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1、第五章 制冷换热器及辅助设备,第五章制冷换热器及辅助设备,概述,在制冷设备中，除去起主导作用的压缩机外，还包括其他一些设备，这些设备统称辅机。其中换热器占很大比重，而且在制冷系统中起着重要的作用。,制冷换热器的换热机理,制冷机的换热器，大多数是面式换热器，热量从一种流体通过金属壁传给另一种流体。,制冷剂在管内流动,外部空气,热流传递,制冷机换热器的分类,按面式换热器的结构型式分： 壳管式、蛇管式、螺旋管式、板翅式等。 按换热器用途分：冷凝器、蒸发器、中间冷却器、回热热交换器等。,几种换热器的外形图,第一节 肋片管式换热器,一、面式换热器加肋的原因,由于管内外的放热系数相差悬殊，管外空气侧的放热
2、系数较小，通常只有3050 w/m2.，而管内R12或R22的放热系数可高达10003000 w/m2. ，所以在蛇管外部设有肋片，以强化传热，这种具有肋片的蛇管式换热器称为肋片管式换热器。 它是目前车辆制冷设备中广泛采用的结构型式。,二、肋管型式及其参数,1、肋管的型式较多，常见的肋管有： 绕片管 轧片管 套圈管 套片或套圈管,绕片管,绕片管是将薄钢带内侧轧有皱折用专用机具绕在光铜管外，然后整根肋管紧固所以接触热阻小，但其根部带有皱折，易于污脏，清除较困难，因此只适宜在蒸发器上采用。,轧片管,是在同一金固管外轧制出肋片，它的优点是没有 接触热阻但肋化系数小，重量大。,缠丝管,缠丝管是在光管外
3、缠绕针形肋带，靠胶合紧固这种肋管紊流换热性好，且可制成非直线肋管，但空气流动阻力大,针形肋带,套片肋管,套片式肋管是将预先冲好孔的厚0.20.3mm的铝片，用套片机套在管族上，根部带有卷边，用以增大与管子的接触面积。,铝片,铜管,2、肋管参数,节距 e24mm 肋片厚度0.20.4mm 肋高 h712mm 管径 dw 加肋程度用肋化系数表示 =FW / Fn,肋片管束计算尺寸示意图,肋片的计算高度示意图,3、肋片效率,说明肋片热交换的有效性，,设肋片根部与空气之间的温差,肋片平均温度与空气之间的温差为,显然有：,定义,称肋片效率,说明肋片热交换的有效性 总是小于1 肋片效率与肋片的导热热阻及肋
4、片管外侧的放热系数有关，随肋片的厚度和节距的增加及h的减小而增大。因此肋片热交换器常使用导热性能良好的铜质、铝质作为肋片。,的意义,三、肋片管式换热器的传热分析与计算,1、传热过程： 空气侧放热 通过管壁与肋片的导热 管内制冷剂与管壁的对流放热,管内传热,外部换热,管壁传热,管内制冷剂,管外空气,热流 Q,2、肋片管换热器传热系数k的经验公式,式中： -污垢系数 -肋化系数 -肋片管内冷剂的当量放热系数 -肋片与管的接触热阻 -肋片管外空气侧当量放热系数,空气侧放热系数,空气横向流过肋片管簇的放热情况比流过光管管按时更为复杂，它除了与流动情况、物性容数、冲击角、管于的排列方式等有关外，还与肋片
5、间距、肋片高、肋片厚等因素有关。,要得出各种因素对放热的影响，必须对肋片管进行大量的试验。目前对于空气流过肋片管时放热系数的计算，通常使用经验公式来进行计算。,肋片管放热系数的经验公式,式中：,-管外平均放热系数,-通过肋片间的空气流速 m / s,肋片管内冷剂的当量放热系数计算,冷凝器，制冷剂在管内为冷凝（气体变为液体） 蒸发器，制冷剂在管内为沸腾（液体变为气体） 管内制冷剂的当量换热系数与制冷剂在管内的状态有关，需要对具体的情况进行分析。,3、肋片管换热器传热温差的计算公式,一般采用对数平均温差 ：,大温差,小温差,tk,t1,t2,式中：,两流体的大温差：,两流体的小温差：,4、换热器传
6、热面积F的计算,式中：,换热器的传热量,换热器的传热系数,换热器的传热面积,换热器的平均传热温差,第二节 肋片管式冷凝器和蒸发器,一、冷凝器结构,冷凝器是使制冷剂将热量放给冷却介质(水或空气)的换热设备，从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气在冷凝器中进行冷却、冷凝以至过冷。,三种类型的冷凝器,按其冷却方式可： 水冷式 空气冷却式 蒸发淋激式 (此种方式，制冷剂冷凝时放出的热量主要被水蒸发时吸收的汽化潜热带走)。,车辆用制冷设备中，由于运用条件的限制，只采用空气冷却式，即风冷冷凝器。 采用空气冷却比较简便，但冷凝压力高、尺寸大、能量消耗也较大。风冷冷凝器也用于其他小型制冷机上，如冰箱、冷藏柜、冷藏汽
7、车、窗式空调器等。,风冷冷凝器都做成蛇管式，外套肋片，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在轴流式回风机的作用下，在蛇管外横向流过。为了使冷凝器的结构紧凑，通常是作成长方体形，几蛇管并联在一起。,上进下出式风冷冷凝器结构图,1 分配集管 2-冷凝蛇管 3-集液器,横进横出式风冷冷凝器结构图,制冷剂蒸汽入口,制冷剂液体出口,冷却用空气,冷凝器单元内部结构图,h 肋高 dw 管径 肋厚 e 肋片节距,典型的风冷冷凝器外形图（一）,典型的风冷冷凝器外形图（二）,自然对流的冷凝器外形图,二、蒸发器的结构,蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低温度下蒸发（沸腾）而转变为蒸气，利用制冷剂的
8、蒸发潜热，吸收被冷却介质的热量而使被冷却介质的温度降低。所以，蒸发器是制冷系统中产生和输出冷量的设备。,1）冷却液体（水、盐水等）的蒸发器 冷却液体的蒸发器有壳管卧式蒸发器、干式蒸发器和沉浸式蒸发器； 2）冷却空气的蒸发器 冷却空气的蒸发器有冷却排管和直接蒸发式空气冷却器两种。,蒸发器的分类,直接蒸发式空气冷却器也称冷风机，它适用于各种空调机组、冷藏库及低温试验箱中。它的特点是制冷剂在蛇管内吸热蒸发，管外空气在风机作用下强迫流动。由于空气是强迫流动，所以传热系数比冷却排管高。 车辆制冷系统中，采用的蒸发器均为直接蒸发式空气冷却器。,（a）横向垂直；（b）水平；（c）倾斜。 1-膨胀阀；2-分液
9、器；3-分液管； 4-汇集管；4-回气管；6-感温包。,直接蒸发式空气冷却器及其安装位置示意图,典型的蒸发器结构图,典型的蒸发器结构图,平板形表冷器结构图,分液器,第三节 辅助设备,在实际的制冷系统中，为改善制冷装置的工作条件，提高运行的经济性和安全可靠性，还必须设一些辅助设备，如贮液器、气液分离器、干燥过滤器等。,一、干燥过滤器,在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上，都装有干燥过滤器，它是制冷系统的净化设备。其作用是消除制冷剂中的水分和机械杂质。 干燥过滤器主要由壳体，滤网，干燥剂，进、出液管接头等组成 。,1-进液管接头；2-压盖；3-滤网；4-干燥剂； 5-出液管接头；6-壳体；7-连接螺栓。,干燥过滤器图,贮液器亦称储液筒，是用来贮存制冷循环中的制冷液体，以适应工况变动时制冷剂流量的变化。,二、贮液器,贮液器结构图,1-截止阀 2-示液镜 3-放油排污口,气液分离器结构图,