当前课程知识点:建筑冷热源 >  第四章 制冷热泵系统主要设备 >  4.2 换热器 >  4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)

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下一节:4.2.2.2 制冷系统中的换热设备-冷凝器(2)

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4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)课程教案、知识点、字幕

下面 我来讲第二个问题

制冷系统中的换热设备

我将重点介绍 冷凝器 蒸发器

以及制冷系统中的其他主要换热器

的种类 结构特点和热工性能

下面 我来介绍冷凝器

首先 我们来看看冷凝器的种类和结构

这里给出了 一个冷水机组

制冷系统的原理图

我们可以看到

冷凝器是排放制冷系统冷凝热

又称冷凝负荷的设备

根据冷却介质的种类不同

冷凝器可以分为 水冷式冷凝器

风冷式冷凝器以及蒸发式冷凝器三大类

其中 水冷式冷凝器 又根据其结构形式

可以分为 套管式 壳管式和板式等类型

在大型建筑的空调系统中

普遍采用水冷式冷水机组 作为其冷源设备

水冷式冷水机组的冷凝器

就是水冷式冷凝器

它的主要特点是 以水为冷却介质

相对于以空气为冷却介质

的风冷换热器而言

制冷系统的冷凝温度低 传热系数大

换句话说 在相同换热面积

和传热温差下的排热量大

因此 其冷水机组的能效比也更高

多用于大中型的制冷机组中

由于它采用了水冷却方式

因此 也需要有相应的冷却水源

冷却水的来源 主要有三类

可以是 人工制备的冷却水

也就是 用冷却塔将冷凝器排出的

温度较高的冷却水

降温后循环使用的冷却水

采用冷却塔制备冷却水

也是建筑中应用最广的一类

还可以是 地下水和地表水

地下水呢 是指埋藏在地表以下

各种形式的重力水

在暖通空调领域

我们通常采用 打井的方式提取地下水

故 我们也称之为“深井水”

地下水 是水资源的重要组成部分

由于 一年四季的水量和水温比较稳定

水质也比较好

可代替冷却塔制取冷却水

同时 在冬季还可以作为

水源热泵系统的低温热源使用

这也是水源热泵系统

逐渐得到发展的原因

地表水

是指陆地表面上的动态水和静态水的总称

也称 “陆地水”

主要是指 江 河 湖 海中的水

在暖通空调领域

地表水 也包括城市污水和建筑中水

由于它们的水质不太好

所以 在工程(应用)中

必须进行相应的水质处理

水冷式冷凝器 最基本的形式

是套管式换热器

水与制冷剂的换热 是两种流体之间的换热

流体的流动通道 通常为圆形管道

套管式换热器 可采用两管同轴

大管套小管的结构方式

内管走水 管间走制冷剂

可实现逆流的换热

考虑到 换热器的结构尺寸

实际应用时 将做好的套管组件

卷制成这样的盘状结构

以减少换热器的体积

为强化传热和固定内管

内管 常采用强化传热的螺旋管

请看 它们的内部结构

这就是 目前常用的一种套管式换热器

同轴套管式换热器

简称 “同轴式换热器”

这里给出了它们的实物照片

当换热量增大时

就需要增大换热面积

当然 可以通过增大内管管径的方式

来增大换热面积

但是 随着内管管径的增大

管内流速必将降低

导致传热系数K减小

而且 管径越大

单位体积内的传热面积(F)就越小

那么 如何才能一方面增大传热面积

同时 又提高传热系数K呢

我们可以设想

是否将单根内管

换成由多根内管组成的管束 就可以了呢

是的 这就是多管束套管式换热器

这种换热器内部采用了

由多根管道构成的管束

管束结构 有利于提高水的流速

从而提高传热系数K

同时 又增大了传热管的总的外表面积

这里给出了 多管束套管式换热器

的内部结构和实物照片

通常 管束采用麻花状结构

管束内走制冷剂

并通过分液头

以保证制冷剂的分流均匀

管束外的缝隙中内走水

麻花状结构 可以强化水的扰动

提高传热系数

同时 也能固定管束

提高管束的机械强度

随着传热量的进一步增大

外管管径也需增大

内管的数量也需增多

继续采用套管式结构的话

其水侧的流速将降低

为了提高换热系数

此时 多管束的套管换热器

就演变成了 壳管式换热器

二者的结构基本相同

但主要区别在于

壳体由钢板卷制

内管管束 规律排列

管内外流体的流向垂直

管束内走水 壳体内走制冷剂

壳管式换热器 一般水平放置

所以 也称为 卧式壳管式换热器

这里 给出了它的结构原理图

和实物的内部照片

大家可以看到

壳管式换热器 主要由

筒体 管板 端盖 铜管束 折流板

和进出水接管等部件组成

筒体两端 焊有管板

板上焊接或挤压胀接了若干根传热管

筒体上部 设有进气管

底部设有出液管

高温 高压的气态制冷剂

由上部进入管束的外部空间

冷凝后的液体从下部排出

壳管式冷凝器的筒体

两端的管板的外面

用带有隔板的端盖封闭

从而把全部管束 分隔成几个管组

也叫“管程”

冷却水 从一端的端盖下部进入

顺序通过每个管组

并在冷凝器的另一端

端盖处 折流返回

再从 进水管的同一侧端盖的上部流出

这样 可以提高

管内冷却水的流动速度

增加冷却水侧的对流换热系数

同时 由于冷却水的行程较长

可以提高冷却水进出口的温差

以减少冷却水的使用量

壳管式换热器内的传热管束

多采用(管)内外

强化传热的高效传热管

此外 筒体内还设置有很多折流板

折流板有两个作用

其一是 固定管束

其二是 形成壳程的流体通道

使得制冷剂的流向 垂直冲刷管道

以强化传热

壳管式冷凝器的优点是

传热系数较高

冷却水用量较少

操作管理方便

在大中型氟利昂和氨制冷系统中普遍使用

但是 对冷却水的水质要求较高

除了上述两种结构的水冷式冷凝器外

是否还有可能出现

其他结构的流速较大

且容易强化传热的结构形式呢

我们可以想象

两种流体 除了在管内外流动外

还有一种可行方式

就是让两种流体 分别在板的两侧流动

即 用板片隔开两股流体

流体通过板片进行换热

这样的话呢

两股流体 间隔排列

就形成了传热系数很高的

具有逆流换热特征的板式换热器

板式换热器 可以做成

用螺栓压紧连接的

可拆卸清洗的框架式结构

还可以 采用焊接方式

做成一体的钎焊式结构

框架式板式换热器 多为水-水换热器

用于水系统

这在空调系统中常常用到

这里 给出了它们的内部结构图

为了保证换热器与外部流体

管路的方便连接和维护管理

板式换热器的冷热流体的进出口

都设置在换热器的同一个面上

故 换热器的这一侧就有四个流体接管

热流体从换热器上部

进入热流体通道

然后同时进入1 3 5

等奇数板片通道内

并沿板片间的缝隙向下流动

进入热流体收集管

并流出换热器

冷流体 从下部进入冷流体通道内

然后在2 4 6等偶数板片

的缝隙中向上流动

再汇聚到冷流体收集管

并流出换热器

为了 保证换热器能够拆卸清洗

故 在板片间采用密封条

并用螺栓压紧连接成一个整体

在制冷系统中

由于制冷剂的压力较高

为减少泄漏

故 作为冷凝器的板式换热器

则 采用钎焊式结构

它的流动方式 与框架式结构完全相同

制冷剂为热流体

冷却水为冷流体

二者呈逆流换热

高温高压的气态制冷剂 从上部进入

冷凝后的高压液体 从底部流出

再流向节流装置

为强化换热

无论是水-水换热器

还是制冷剂-水换热器

其板片 都采用了强化传热措施

例如 将板片表面制成点支撑形

波纹形 人字形等各种形状

有利于破坏流体的层流边界层

在低流速下 也能产生众多的涡漩

形成旺盛紊流

以强化传热

但是 换热器设计的时候

在考虑强化传热的同时

还必须考虑

不要过多地增大流动阻力

从上述结构 可以看出

板式换热器的特点

流道间距小

流体流速高

采用高效传热板片

结构紧凑 换热系数高

但 对于钎焊式换热器而言

其水侧污垢清洗困难

需要为其提供水质优良的冷却水

下面 我们来看看风冷式冷凝器

风冷式冷凝器 不需要冷却水

而是利用室外的空气

使气态制冷剂冷凝

制冷剂 在风冷式冷凝器中的传热过程

和水冷式冷凝器相似

但其结构 却有很大的差异

风冷式冷凝器 有自然对流式

和强制对流式之分

用得最多的是 强制对流式风冷式冷凝器

它主要由 换热器壳体

多管程管翅式换热器

即翅片管式换热器

和轴流风机等组成

其中 管翅式换热器由传热管

翅片 弯头 集管等组成

翅片 穿在金属管上

并通过机械挤压的方式扩管

使翅片紧密贴合在管壁的外侧

以减少接触热阻

并用弯头和集管

合理组织管道的流程

以提高换热效率

并减小制冷剂和空气的阻力

风冷式换热器产品的结构形式很多

根据产品结构的需求

可以做成平板型 L型

U型和O型等形状

但 后面这些变形的换热器

都是通过 采用夹具

折弯等工装器具

对平板型换热器进一步加工而成的

气态制冷剂从冷凝器的上部

进入管翅式换热器的管束内

冷凝液 从下部流出

借助轴流风机或离心式风机

使空气横掠传热管管束

与制冷剂形成叉流结构

吸收管内制冷剂放出的热量

风冷换热器的结构尺寸 可大可小

小到 只有手掌这么大

大的比人还高

它的翅片形式发展非常快

从平直翅片逐渐发展到

波纹片 花边片

再发展到百叶窗片

其传热系数K值 也逐渐增大

风冷式冷凝器 最大的缺点

是换热系数小

耗用材料较多

由于风冷换热器的使用量巨大

故 提高其换热系数

是人们一直努力的方向

实现风冷换热器的强化传热

主要是在传热管 即管型

和翅片形状 即片型

两个方面开展工作

这里给出了 近年来传热管的技术进展

以1980年前的光管传热系数为基准1

可以看出

随着技术的进展

目前 采用非对称沟槽

内螺纹管的管内换热系数

已经提升到 原来的5到6倍

主要是以 改变管内壁面形状

即采用内螺纹

来提高其管内换热系数的

其技术核心在于

通过改进拉制管工艺

实现所需内螺纹管的加工

在翅片管的片型发展方面

目前主要是通过改变翅片形状

以扩大传热面积

抑制翅片表面温度边界层的发展

采用减小管径方式

减少空气侧的流动阻力

实现小风量化等技术措施

使目前的管外换热系数

提升到1980年前的3~4倍

全面推进了风冷换热器的技术进步

为进一步提高风冷换热器的换热系数

减小换热面积

于是 微通道换热器得到了快速发展

微通道换热器 也是一种风冷式换热器

它与常规风冷式换热器相同

空气垂直进入换热器平面

从翅片间流过

并与制冷剂形成叉流的换热方式

但 它又是一种特殊的风冷式换热器

它的特殊之处在于

其结构和加工工艺的不同

主要体现在以下几个方面

第一 微通道换热器的管束是一组

相互平行的管板

这些管板 是在金属板的厚度方向

开设了很多当量直径很小的孔道

这些孔道的当量直径 在1~3mm

这个结构 有点像口琴

可以把它叫“口琴管”

这个口琴管 插入制冷剂的集管中

集管上设置有一些

让制冷剂转向的折流板

能合理地组织制冷剂的管程结构

第三 在口琴管与口琴管之间

设置有强化传热

和增大传热面积的金属翅片

第四 上述口琴管

集管 翅片

通过钎焊方式

将它们焊接成为一个整体

微通道换热器 一般采用全铝的结构

可节约铜材资源

降低成本 换热系数大

但也由于其翅片形式

与常规的风冷换热器不同

容易出现集尘 积灰

迎风面容易被柳絮糊死

且清扫困难等问题

故 一般只能用在空气质量较好的场所

微通道换热器 换热性能优异

目前 已研发出采用微通道换热器的

风冷式冷水机组产品

并应用于工程中

但是 由于其除霜问题难以解决

所以 目前只能作为冷凝器使用

还不能作为空气源热泵的

室外机热器使用

此外 由于微通道换热器的

耐压强度高

所以 它也常作为CO2跨临界制冷循环的

气体冷却器使用

建筑冷热源课程列表:

第一章 建筑冷热源概述

-1.1 建筑冷热源概述

--1.1 建筑冷热源概述

-1.2 冷热源设备与系统

--1.2 冷热源设备与系统

-1.3 《建筑冷热源》课程的知识结构

--1.3《建筑冷热源》课程的知识结构

-第一章课后习题

-建筑冷热源概述-讨论题1

-建筑冷热源概述-讨论题2

-第一章讲义 建筑冷热源概述

第二章 蒸气压缩式制冷与热泵原理

-2.1 理想循环

--2.1 理想循环

-2.2 理论循环

--2.2 理论循环

-2.3 循环计算

--2.3 循环计算

-2.4 循环改善

--2.4.1.1 提升制冷循环的能效比(1)

--2.4.1.2 提升制冷循环的能效比(2)

--2.4.2 改善制冷循环的低温性能

--2.4.3 改善制冷循环的高温性能

-2.5 实际循环

--2.5 实际循环

-第二章课后习题

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题1

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题2

-第二章讲义 蒸气压缩式制冷与热泵原理

第三章 制冷工质

-3.1 制冷剂

--3.1.1 制冷剂的定义、分类、命名

--3.1.2 制冷系统对制冷剂的要求

--3.1.3 常用制冷剂

--3.1.4 制冷剂的发展历程

-3.2 润滑油

--3.2 润滑油

-3.3 载冷剂

--3.3 载冷剂

-第三章课后习题

-制冷工质-讨论题1

-制冷工质-讨论题2

-第三章讲义 制冷工质

第四章 制冷热泵系统主要设备

-4.1 压缩机

--4.1.1 制冷压缩机的种类与应用领域

--4.1.2 压缩机的工作过程

--4.1.3 (1)容积式压缩机的结构和工作原理-活塞式压缩机

--4.1.3 (2)容积式压缩机的结构和工作原理-转子式压缩机

--4.1.3 (3)容积式压缩机的结构和工作原理-涡旋式压缩机

--4.1.3 (4)容积式压缩机的结构和工作原理-螺杆式压缩机

--4.1.4 离心式压缩机的结构和工作原理

--4.1.5 压缩机的运行工况和性能参数

--4.1.6 压缩机的运行极限

--4.1.7 压缩机小结

--4.1压缩机课后习题

--压缩机-讨论题1

--压缩机-讨论题2

--第四章讲义 压缩机部分

-4.2 换热器

--4.2.1 换热设备在制冷系统中的重要性

--4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)

--4.2.2.2 制冷系统中的换热设备-冷凝器(2)

--4.2.2.3 制冷系统中的换热设备-蒸发器

--4.2.2.4 制冷系统中的换热设备-其他换热器

--4.2.3 冷却塔

--4.2换热器课后习题

--换热设备-讨论题1

--换热设备-讨论题2

--第四章讲义 换热设备部分

-4.3 节流装置

--4.3.1 节流装置的安装位置与功能

--4.3.2 节流装置的种类

--4.3.3.1 热力膨胀阀(1)

--4.3.3.2 热力膨胀阀(2)

--4.3.4 电子膨胀阀

--4.3节流装置课后习题

--节流装置-讨论题1

--节流装置-讨论题2

--第四章讲义 节流装置部分

-4.4 辅助设备

--4.4.1 辅助设备的类型与安装位置

--4.4.2 典型辅助设备的结构原理

--4.4.3 制冷剂管道

--4.4辅助设备课后习题

--辅助设备-讨论题1

--辅助设备-讨论题2

--第四章讲义 辅助设备部分

第五章 制冷热泵系统及其运行调节

-5.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.2 氟利昂制冷系统

-5.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性

--5.2.1 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(1)

--5.2.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(2)

-5.3 蒸气压缩式制冷热泵装置的性能调节

--5.3.1 压缩机的容量调节(1)

--5.3.2 压缩机的容量调节(2)

--5.3.3 压缩机的容量调节(3)

--5.3.4 冷凝压力调节、蒸发压力调节及安全控制

-第五章课后习题

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题1

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题2

-第五章讲义 系统与调节

第六章 吸收式制冷与热泵

-6.1 吸收式制冷技术发展简况

--6.1 吸收式制冷技术发展简况

-6.2 吸收式制冷的基本原理

--6.2.1 吸收式制冷的基本原理(1)

--6.2.2 吸收式制冷的基本原理(2)

-6.3 溴化锂二元溶液的基本性质

--6.3.1 溴化锂二元溶液的基本性质(1)

--6.3.2 溴化锂二元溶液的基本性质(2)

-6.4 溴化锂吸收式制冷机组的结构原理

--6.4.1 单效机组的工作原理

--6.4.2 单效机组的原理分析

--6.4.3 双效吸收式制冷机

--6.4.4 直燃机

-6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

--6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

-6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

--6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

-第六章课后习题

-吸收式制冷与热泵-讨论题1

-吸收式制冷与热泵-讨论题2

-第六章讲义 吸收式制冷与热泵

第七章 供热锅炉

-7.1 锅炉及锅炉房基本知识

--7.1.1 锅炉及其热工知识

--7.1.2 锅炉房设备

-7.2 锅炉的热效率

--7.2.1 燃料及其燃烧反应

--7.2.2 热平衡方程

--7.2.3 锅炉的热效率

-7.3 供热锅炉

--7.3.1 锅炉的类型及典型结构

--7.3.2.1 供热用典型热水锅炉(1)

--7.3.2.2 供热用典型热水锅炉(2)

-第七章课后习题

-供热锅炉-讨论题1

-供热锅炉-讨论题2

-第七章讲义 供热锅炉基础

第八章 建筑冷热源设备与系统

-8.0 引言

--8.0 引言

-8.1 单独热源设备

--8.1 单独热源设备

-8.2 单独冷源设备

--8.2 单独冷源设备

-8.3 冷热同源设备

--8.3.1.1 空气-空气热泵机组(1)

--8.3.1.2 空气-空气热泵机组(2)

--8.3.2 水-水热泵机组

--8.3.3 空气-水热泵与水-空气热泵机组

--8.3.4 同时制冷和制热的机组

-第八章课后习题

-建筑冷热源设备与系统-讨论题1

-建筑冷热源设备与系统-讨论题2

-第八章讲义 建筑冷热源设备与系统

第九章 空调与供暖水系统

-9.1 空调与供暖水系统概述

--9.1 空调与供暖水系统概述

-9.2 冷水/热水系统的类型与特点

--9.2.1 直连/间连系统

--9.2.2 两水管/四水管水系统

--9.2.3 开式/闭式系统

--9.2.4 一级泵系统

--9.2.5 二级泵系统

--9.2.6 水系统的定压方式

--9.2.7 不同的泵与冷水机组连接方式

-9.3 冷却水系统

--9.3 冷却水系统

-9.4 实际工程水系统举例

--9.4 实际工程水系统举例

-第九章课后习题

-空调与供暖水系统-讨论题2

-空调与供暖水系统-讨论题1

-第九章讲义 空调与供暖水系统

第十章 课程总结

-10.1 课程总结

--10.1 课程总结

-10.2 问题探讨

--10.2.1 建筑中的冷和热

--10.2.2 建筑节能的技术路线

--10.2.3 产品设计与工程应用

-10.3 结束语

--10.3 结束语

-第十章课后习题

-课程总结-讨论题1

-课程总结-讨论题2

-课程教学评估

-第十章讲义 课程总结

4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)笔记与讨论

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