制冷冷凝器的热力计算、设计原则、影响效率因素

制冷空调设备主要部件有：

主要设备：压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器；

辅助设备：干燥过滤器、油分离器、集油、回热器、气液分离器、 储液器 等。

冷凝器是制冷装置的主要热交换设备之一。

冷凝器的作用：是将压缩机排出的高温、高压制冷剂过热蒸气冷却及冷凝成液体。制冷剂在冷凝器中放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。

按照冷凝器使用冷却介质和冷却方式的不同，有水冷式、空气冷却式和蒸发式三种。

水冷式冷凝器是利用水冷却高压气态制冷剂而使之冷凝的设备。冷却水可以是地下水、地表水、经冷却后再利用的循环水，后者使用最为广泛。由于水的温度比较低，所以，采用水冷式冷凝器可以得到较低的冷凝温度，对制冷系统的制冷能力和运行经济性均有利。因此，制冷装置中目前多采用这种冷凝器。

常用的水冷式冷凝器有壳管冷凝器和套管式冷凝器，而 壳管冷凝器分卧式和立式两大类。

  1．卧式壳管冷凝器

卧室壳管冷凝器是水平方向装设的，筒体两端焊有钢板，板上焊接或胀接若干根传热管，该管采用的是φ25mm×2.2mm或φ38mm×3mm的无缝钢管。此外，筒体上也设有进气管、出液管、平衡管和安全阀等。高温高压的气体制冷剂由上部进入管束外部空间，冷凝后的液体由下部排出。

卧式壳管冷凝器筒体两端管板的外面用带有隔板的封盖封闭之，从而把全部管束分成几个管组（也称几个通程），冷却水从一端封盖的下部进入后，将顺序通过每个管组，最后从同一端封盖上部流出。这样，可以提高管内冷却水的流动速度，增加冷却水侧的吸热系数；同时，由于冷却水的行程较长，冷却水进出口的温差也可有较大提高，因此，可使冷却水的用量较少。

氨卧式壳管冷凝器的管束采用光滑钢管。而氟利昂卧式壳管冷凝器的管束多采用轧有低肋的铜管，采用肋片的作用就是增大传热面积。

卧式壳管式冷凝器

优点：传热系数较高，耗水量较少，占用空间高度较小，结构紧凑，操作管理方便。

缺点：要求冷却水的水质要好、水温较低，清洗水垢时不太方便，需要停止冷凝器的工作。

适用范围：目前除了大、中、小型氨制冷装置使用外，氟利昂制冷系统也多采用这种冷凝器。特别是压缩式冷凝机组中使用最为广泛。

2．立式壳管式冷凝器

立式管壳式冷凝器的外壳是有钢板卷焊成的圆筒，筒上下两端各焊一块钢板，管间焊接或胀接有许多根φ38mm×3mm或φ57mm×3.5mm无缝钢管。如下图所示。

胀接 是指根据金属具有塑性变形的特点，用胀管器将管子胀牢固定在管板上的连接方法。多用于管束与锅筒的连接。

工作过程是：将胀管器插入管子头，使管子头发生塑性变形，直至完全贴合在管板上，并使管板孔壁周围已发生变形，然后拔出胀管器。由于管子发生的是塑性变形，而管板仍然处在弹性变形状态，扩大后的管径不能缩小，而管板孔壁则要弹性恢复而使孔经变小（复原），这样就使管子与管板紧紧地连接在一起了。利用管端与管板孔沟槽间的变形来达到紧固和密封的连接方法。用外力使管子端部发生塑性变形，将管子与管板连接在一起，又叫胀管。目前，多采用胀管器胀接。

冷凝器的构造如图所示：

冷却水自上通入管内，吸热后排入下部水池。为使冷却水能够均匀地分配给各根钢管，冷凝器顶部装有配水箱，箱内设有均水板。每根钢管顶端装有一个带斜槽的导流管嘴，如图所示。冷却水通过斜槽沿切线方向流入管中，并以螺旋线状沿管内壁向下流动，这样，在钢管内壁能够很好的形成一层氺膜，不但可以提高冷凝器的；冷却效果，还可节省冷却水量。

气态制冷剂从冷凝器外壳的中部进入管束外部空间，为了使气体易于与管束各根管的外壁接触，管束中可留气道。冷凝后的液体沿管束外壁流下，积于冷凝器的底部，从出液管流出。此外，冷凝器外壳上还设有液位指示器以及放空气阀、安全阀、平衡管和放油阀等管接头。

立式壳管冷凝器，由于气态制冷剂从中部进入，其方向垂直于管束，能很好地冲刷钢管外表面，使之不致于形成较厚的液膜，故传热系数较高。

立式壳管式冷凝器特点

优点：

1）垂直安装，占地面积小；

2）无冻结危险，可安装在室外，不占用室内建筑面积；

3）冷却水自上而下直通流动，便于清除铁锈和污垢，而且清洗时不必停止制冷系统的运行，对冷却水的水质要求不高。

缺点：冷却水用量大、体型比较笨重、搬运不方便，制冷剂在里面泄漏不易发现。

适用范围：目前我国大中型氨制冷装置中多采用。

3．套管式冷凝器

单机制冷量小于25KW的氟利昂制冷机组中，目前多采用套管式冷凝器。例如柜式空调机、恒温恒湿机组等，其构造见右图。

冷却水在内管中流动，流向为下进上出，高压气态氟利昂则由上部进入外套管内，冷凝后的液体从下部流出。这种冷凝器比较理想地进行逆流式换热，传热效果好。此外，套管式冷凝器还可以套放在 全封闭制冷压缩机 的周围，节省制冷机组的占地面积。

套管式冷凝器特点：

优点：结构紧凑、制造简单、价格便宜、冷凝液体再冷度较大、冷却水耗量较少。

缺点：两侧流体的流动阻力均较大，且清除水垢较困难。

适用范围：目前多用于单机制冷量小于25kW的小型氟利昂制冷机组中。

空气冷式冷凝器又称风冷式冷凝器， 空气冷式冷凝器完全不需要冷却水，而是利用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，分为降低过热、冷凝和再冷三个阶段。根据空气流动发生的原因不同，空冷式冷凝器有自然对流式和强迫对流式之分。强迫对流就是借助轴流风机或离心风机使空气以2～3m/s的速度流动。

空气冷却式冷凝器一般采用的是直径较小的铜管（φ10mm×0.7mm～ φ16mm×1mm）弯制成蛇形盘管，或在铜管两端焊制半圆形弯头，蛇形盘管常采用错列排列。气态制冷剂从上部进入肋管内，冷凝液从下部流出。空冷式冷凝器与水冷式冷凝器相比较，在冷却水充足的地方，水冷式设备的初次投资和以后的运行费用都小于空冷设备。

当采用空冷式冷凝器时，由于夏季室外温度较高（约30～35℃），冷凝温度比较高，一般可达50℃左右，为了获得同样的制冷量，制冷压缩机的容量需要大20%，同时系统运行费用也较高。因此，空冷式冷凝器多用于小型制冷机组。对于移动式制冷机组以及缺水地区的中型佛利昂制冷系统，也有采用空冷式冷凝器的。

风冷式冷凝器

常见的空气与水联合冷却式冷凝器有淋激式冷凝器和蒸发式冷凝器等。

1.淋激式冷凝器

其又称为大气式冷凝器，它主要用于大、中型氨制冷系统中。

2.蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的传热部分采用光滑管簇组成的蛇形管组，管组装在由型钢和钢板焊制的立式箱体内。制冷剂蒸汽经气体集管分配给每一根蛇形管；冷凝液体经液体集管流入储液器中。另外用浮球阀控制水位。冷却水通过循环水泵送至冷凝管组上方，经喷嘴或重力配水机构喷淋到蛇形管组上面，沿冷凝器管的外表面呈膜状下流，最后集会到水池或水箱中，不断循环。冷却水流经冷凝器管组时主要靠水的蒸发使管内制冷剂蒸汽冷却冷凝。

与此同时，用风机使空气由下而上地在水膜外表面吹过，空气的主要作用是将水膜表面蒸发的水蒸气及时带走，以创造水膜能够连续不断蒸发的有利条件。蒸发器中水膜的作用是，起传热介质作用。管内制冷剂蒸气冷却冷凝放出的热量首先传给水膜，使水膜蒸发，而水膜蒸发成水蒸气时就以潜热的方式把这部分热量连同水蒸气本身传给空气。

另外，当空气的温度低于水膜表面温度时，空气也可以起到一定的冷却作用。挡水板的作用时减少水的吹散损失。循环水由于不断在冷凝器表面蒸发而被空气吹散夹带，故要不断补充新鲜水。冷却水的不断蒸发会使水池中的含盐量增大，并使管外侧结垢严重，蒸发式冷凝器应使用软化或经过软化处理的水，并且水池中需定期换水。为了减少换热器表面结垢，在喷水机构下面设有过滤网。

根据蒸发式冷凝器的结构和通风机在箱体中的安装位置可分为吸气式、吹风式和有预冷式等型式。

（2）吹风式蒸发式冷凝器

特点是：在箱体下部或两端装有轴流风机向箱体内冷却管组吹风，流经冷却管组、挡水板后，从冷凝器上方排出空气。

吹风式蒸发式冷凝器具有吸风式蒸发式冷凝器不同的优缺点，并需要配置较大功率的电动机。

（3）有预冷的蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的优点是：

1)与水冷式冷凝器相比，循环水量和耗水量减少。

2)与风冷式冷凝器相比，其冷凝温度低，尤其是干燥地区更明显。

蒸发式冷凝器的缺点是：

1)蛇形盘管容易腐蚀，管外易结垢，且维修困维。

2)既消耗水泵功率，又消耗风机功率。

蒸发式冷凝器适用于缺水地区，可以露天安装，广泛应用于中小型氨制冷系统。

1.传热面积（加肋或翅片）换热管材料

2.制冷剂流速及流向

3. 不凝性气体

4.含油量

5.冷凝器构造及型式

6.冷却介质

7.换热面积

冷凝器是用于制冷剂与热源间换热的主要设备之一。通过冷凝器向冷却介质（水或空气）放出的热量称为冷凝器负荷，即制冷循环系统中的有效制冷量、无效制冷量以及外界耗能所转换热量之和。在冷凝器中，由于压缩后的制冷剂过热蒸气向冷凝器传热壁面放出热量后被冷却、冷凝成液体，所以其放热量包括冷却显热和 凝结潜热 ，其中凝结潜热占制冷剂放热量的80%以上。冷却介质作为冷凝器中的吸热流体，并起到向环境散热的作用，冷却介质主要靠显热传热。

冷凝器负荷是制冷剂热流体通过间壁式热交换器壁面传向冷却介质的的换热量，其传热公式为：

1.选用原则：

 取决于当地的水温、水质、水量、气候等自然条件和制冷剂的种类。实际工程中要根据工艺要求和各种类型冷凝器的特点及适用范围，综合比较衡量后来决定较合理的选用方案。

2.传热面积的确定：