制冷设备中10类蒸发器的结构、特性、应用一文全读懂

分类一： 按照冷却流体的不同，蒸发器分为冷却液体和冷却空气两大类。

1、冷却液体载冷剂蒸发器  
又称为间接冷却式蒸发器，简称液体蒸发器，常用的液体载泠剂有水和盐水。在标准大气压下，盐水的凝固点在0℃以下，比水的凝固点（0℃）低，如Nacl(氯化钠)溶液的浓度为13%时，其凝固点为-10℃；而水的比热比盐水大。所以水可冷却到0℃，适用于空调系统；盐水可冷却到-10~20℃，广泛应用于冷冻食品和制冰等。这类蒸发器的主要工作特征：先由制冷剂在蒸发器吸热蒸发，将液体载冷剂冷却，再由液泵将低温液体载冷剂送往冷间降温。

2、冷却空气载冷剂蒸发器  
又称直接冷却式蒸发器，制冷剂在管内吸热蒸发而把管外空气的温度降低。按空气流动的原因，它可分为自然对流式和强迫对流式两种。
自然对流式冷却空气的蒸发器
又称排管，这类蒸发器主要应用于冷库中。制冷剂在排管内流动吸收周围空气的热量汽化，依靠空气的热压作用自然对流，使库内空气冷却，并维持库内低温状态。
强迫对流式冷却空气的蒸发器
这种蒸发器应用于小型空调系统中，如房间空调器等。它由几排胀接上纯铝质翅片的盘管组成。胀接翅片的目的是增加传热面积，加强空气的扰动性，提高蒸发器的传热效率。铝翅片一般经过阳极化处理，以提高其抗腐蚀性能。翅片厚度通常为0.12~0.20mm，片距1.5~2.5mm，套片管管径Ф8~Ф16mm。

翅片管换热器的型式主要有三种型式，即L型、平直型、和V型。 V型蒸发器的结构：翅片有平、波纹、冲缝翅片三种。

平翅片虽然加工容易，但刚性差、传热性能不好，现已逐渐淘汰；

波纹翅片与平翅片相比，刚性好，传热面积增加，且空气流过波纹翅片时，增加了扰动和搅拌效应，因此传热效率提高1/5左右；

而冲逢翅片会使通过翅片的空气在槽缝中窜来窜去，因此其扰动和搅拌性能比波纹管还好，使传热效率比波纹片高1/3，但冲缝翅片空气阻力大，容易积尘结垢，反而可能使空调器的制冷量急剧下降。
为了提高蒸发器在制冷剂侧的传热系数，在国际上大力推广和应用强化制冷剂管内蒸发和冷凝的内螺纹管代替光管，即在管内表面上加工出许多微细的螺旋槽，与光管相比，可提高传热系数1.5~2.0倍，而其管内的压力损失与光管差不多。

1、干式蒸发器

1）定义：

制冷剂液体在管内一次完全汽化的蒸发器。

干式蒸发器是一种制冷剂液体在传热管内能够完全气化的蒸发器。其传热管外侧的被冷却介质是载冷剂（水）或空气，制冷剂则在管内吸热蒸发，其每小时流量约为传热管内容积的20%-30%。增加制冷剂的质量流量，可增加制冷剂液体在管内的湿润面积。同时其进出口处的压差随流动阻力增大而增加，以至使制冷系数降低。

按冷却介质分：

冷却液体干式蒸发器

冷却空气干式蒸发器（直接蒸发式空气冷却器）

冷却液体干式蒸发器：

干式壳管焊接板

式蒸发器蒸发器

1、干式壳管蒸发器

壳管式干式蒸发器分为直管式和U形管式的结构型式。它们的共同特点是壳内装有多块圆缺形折流板，目的在于提高管外载冷剂流速、增强换热效果

2）工作过程：

             

3）适用对象 ： 常用于冷库或蓄冷空调中。

             

4）干式蒸发器的特点

优点：充液量少、不需储液器或需小的储液器、便于把蒸发器中的润滑油排回压缩机、冷量损失小、可减少冻结的危险。

缺点：传热系数低。

干式壳管式蒸发器的特点是：

①能保证进入制冷系统的润滑油顺利返回压缩机；

②所需要的制冷剂充注量较小，仅为同能力满液式蒸发器的1/3；

③用于冷却水时，即使蒸发温度达到0℃，也不会发生冻结事故；

④可采用热力膨胀阀供液，这比满液式的浮球阀供液更加可靠。

5）干式蒸发器的分类：

按其冷却对象的不同，可分为：冷却液体型（ U型管式、直管式、板式蒸发器）、冷却空气型（光滑管式、肋片管式）。

（ A）U型管干式蒸发器

             

优点：管组可事先装配，可抽出清洗管外污垢，可消除热应力，制冷剂分配均匀，传热效果好。

缺点：制造管组时需采用不同的模具，不能使用纵向内肋管，管子损坏时不易更换。

（B）直管干式蒸发器

             

组成：壳体、管程、折流板、端盖、管板等；

为了提高传热系数，内管可采用光滑管或有纵向内肋片管， 一般不用外肋管。

             

             

（C）板式蒸发器

             

优点：阻力小，结构紧凑、金属消耗量低、传热面积可调等。

2、再循环式蒸发器   

1）定义：

制冷剂液体需经几次循环才能完全汽化的蒸发器。工作原理：

2）特点：

具有较高的换热系数、但体积大，需要的制冷剂量多，运行费用高。

             

3、满液式蒸发器   

满液式蒸发器结构紧凑、传热效果好、易于安装、使用方便；但制冷剂的充注量大，底部的蒸发温度稍高减少了传热温差，对于氟利昂蒸发器，润滑油较难排出，制冷剂易发生冻结。

1）工作原理：

                           

2）特点：

结构紧凑、传热效果好、易于安装、使用方便；但制冷剂的充注量大，底部的蒸发温度稍高减少了传热温差，对于氟利昂蒸发器，润滑油较难排出，制冷剂易发生冻结。

3）分类：

按其结构分为 卧式壳管式、水箱直管式、水箱式 等几种结构型式。它们的共同特点是在蒸发器 内充满了液态制冷剂 ，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断地从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触， 沸腾换热系数更高。 但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度造成不良影响；若采用能溶于润滑油的制冷剂，润滑油难以返回压缩机。

壳管式满液式蒸发器：

一般为卧式结构，见图。制冷剂在壳内管外蒸发；载冷剂在管内流动，一般为多程式。载冷剂的进出口设在端盖上，取下进上出走向。制冷剂液体从壳底部或侧面进入壳内，蒸气由上部引出后返回到压缩机。壳内制冷剂始终保持约为壳径70%~80%的静液面高度。

壳管式满液式蒸发器 应注意以下问题：

①以水为载冷剂，其蒸发温度降低到0℃以下时，管内可能会结冰，严重时会导致传热管胀裂。同时蒸发器水容量小，运行时热稳定性差；

②低蒸发压力时,液体在壳体内的静液柱会使底部温度升高,传热温差减小；

③与润滑油互溶的制冷剂，使用满液式蒸发器存在着回油困难；

④制冷剂充注量较大。同时不适于机器在运动条件下工作，液面摇晃会导致压缩机冲缸事故； 

⑤在满液式蒸发器中，由于制冷剂气化，产生大量气泡，使液面升高，因此制冷剂充注量不应浸没全部换热面。

水箱式蒸发器：

水箱式蒸发器可由平行直管或螺旋管组成（又称为立式蒸发器）。它们均沉浸在液体载冷剂中工作，由于搅拌器的作用，液体载冷剂在水箱内循环流动，以增强传热效果。制冷剂液体在管内蒸发吸热，使管外载冷剂降温。

立管式水箱蒸发器

1—集油器；2—均压管；3—汽-液分离器；4—上集气管；5—水箱；6—泄水口；7—搅拌器；8—溢流管；9—隔板；10—直立管管束；11—下集液管

可以 克服壳管式满液式蒸发器的可能会结冰 ，及运行时热稳定性差缺点，同时制冷剂下进上出，符合液体沸腾时的运动规律，循环良好，沸腾换热系数较高。

4、其他蒸发器  

           

直接蒸发式空气冷却器

这类蒸发器按空气的运动状态分有冷却自由运动空气的蒸发器和冷却强制流动空气的蒸发器两种型式。

 1）冷却自由运动空气的蒸发器：

由于被冷却空气呈自由运动状态，其传热系数较低。所以这种蒸发器被制成光管蛇形管管组，通常称做冷却排管。一般用于冷藏库和低温试验装置中。

冷却排管具有存液量少，其充液量约为排管内容积的40%左右，操作维护方便等优点。但存在管内制冷剂流动阻力大，蒸发后的蒸气不易排出。同时由于管外空气为自由运动，传热系数较低，一般在6.3-8.1W（m2·K）范围。 

 2）冷却强制流动空气的蒸发器（又称冷风机）：

由于光管式空气冷却器传热系数K很低，为加强空气侧的换热，往往需要在管外设置肋片以提高传热系数值。但是在一般情况下，设置肋管后因片距较小会引起较大的流动阻力，必须采取措施强制空气以一定的流速通过肋片管族，以便于获得较好的换热效果。 

这种蒸发器具有结构紧凑，传热效果好，可以改变空气的含湿量，应用范围广等优点。但从制造工艺要求分析，肋片与传热管的紧密接触是提高其传热效果的关键。

循环式蒸发器                                              

这种蒸发器中，制冷剂在其管内反复循环吸热蒸发直至完全气化，故称做循环式蒸发器。循环式蒸发器多应用于大型的液泵供液和重力供液冷库系统或低温环境试验装置。

循环式蒸发器的优点在于蒸发器管道内表面能始终完全润湿，表面传热系数很高。但体积较大，制冷剂充注量较多