[科普中國]-制冷換熱器

換熱原理

制冷裝置中的換熱器都是表面式換熱器。換熱器的結(jié)構(gòu)型式有殼管式、蛇形盤管式、螺旋管式、肋片管式和板翅式等。換熱器按在制冷系統(tǒng)中的作用，主要有冷凝器、蒸發(fā)器、回?zé)崞鳌⑦^冷器和中間冷卻器等。這些換熱器的換熱介質(zhì)主要是制冷劑(氟利昂、氨等)、水、 空氣或鹽水。

表面式換熱器是兩種或多種換熱介質(zhì)通過換熱壁面進(jìn)行熱交換，使熱流體被冷卻及冷流體被加熱。換熱器中，熱量從熱流體經(jīng)過壁面?zhèn)鬟f給冷流體的過程稱為傳熱過程。例如在制冷系統(tǒng)中，冷凝器內(nèi)的高溫制冷劑通過壁面將熱量傳遞給冷卻水； 在滿液式蒸發(fā)器中，制冷劑氣化，通過壁面向鹽水吸收熱量等。

在傳熱過程中，如果傳熱的“熱流密度”不隨時(shí)間而改變，稱為穩(wěn)定傳熱過程； 反之， 如果傳熱的熱流密度隨時(shí)間而改變，稱為不穩(wěn)定傳熱過程。在制冷裝置中，一般傳熱過程認(rèn) 為是穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定傳熱方程式為：

Q=KFΔtm（kJ/h）

式中： Q——傳熱量，kJ/h； F——換熱面積，m； Δtm——冷熱流體的對數(shù)平均溫差，℃； K——傳熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃)。2

分類間壁式間壁式換熱器亦稱表面式換熱器。它利用金屬壁(管壁和板壁)把進(jìn)行換熱的冷、熱流 體隔開，通過金屬壁面與流體之間的對流換熱和壁的導(dǎo)熱來完成換熱過程。這是目前制冷裝 置中應(yīng)用最廣泛的一類換熱器。間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)類型很多，有殼管式、肋片管式、套管式、板翅式、螺旋板式和平 板式等。其中殼管式和肋片管式在制冷系統(tǒng)中用得最多。它們的典型結(jié)構(gòu)見圖5.5.5-1和圖5.5.5-2，統(tǒng)稱管式換熱器。

殼管式換熱器由鋼板卷制和焊接而成的圓形筒體與管簇所組成。根據(jù)管簇的布置和形狀， 可分為列管式和繞管式。前者由許多直管管束構(gòu)成，如殼管式冷凝器、殼管式冷卻器等; 后 者常由螺旋形盤管構(gòu)成，一般作輔助換熱器使用，如回?zé)崞?、中間冷卻器和過冷器等。在小型制冷裝置中，常采用一種類似殼管式的套管式換熱器，其結(jié)構(gòu)見圖5.5.5-3。套管 式換熱器的內(nèi)管可以是1根、3根或多根光管或縱肋管。一般高溫、高壓流體在管內(nèi)流動， 而低溫、低壓流體則在管腔中逆向流動。

混合式混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。

它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。

影響因素由換熱器的傳熱方程可得，提高換熱器的工作效率的主要途徑是提高傳熱系數(shù)，換熱器的結(jié)構(gòu)對傳熱系數(shù)的影響已無法改變，污垢對傳熱系數(shù)的影響也只能靠勤清理而改善，因此，提高換熱器的換熱系數(shù)主要是提高換熱器兩側(cè)流體的換熱系數(shù)。

在傳熱過程中，如果傳熱的“熱流密度”不隨時(shí)間而改變，稱為穩(wěn)定傳熱過程; 反之， 如果傳熱的熱流密度隨時(shí)間而改變，稱為不穩(wěn)定傳熱過程。在制冷裝置中，一般傳熱過程認(rèn) 為是穩(wěn)定傳熱。

蒸發(fā)器的傳熱效果與冷凝器一樣，也是受到制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)、傳熱表面污垢物的熱阻及被冷卻介質(zhì)側(cè)換熱系數(shù)等因素的影響，其中表面污垢的熱阻及冷卻介質(zhì)側(cè)換熱系數(shù)的影響與冷凝器的一樣，但制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)與冷凝器的有很大不同。

傳熱系數(shù)計(jì)算方法穩(wěn)定傳熱方程式為：Q=KFΔtm kJ/h式中： Q——傳熱量，kJ/h;F——換熱面積，m;Δtm——冷熱流體的對數(shù)平均溫差，℃;K——傳熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃); 其中

單層平壁傳熱系數(shù)：

式中： α1、α2——兩換熱面的對流放熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃)；

1/(α1)、1/(α2)——兩換熱面單位面積的放熱熱阻(m·h·℃)/kJ；

λ——換熱壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃) ；1/λ——換熱壁單位面積的導(dǎo)熱熱阻，(m·h·℃)/kJ；

δ——換熱壁的厚度，m。