冷凝器和蒸发器

基本原理

热量是通过冷凝器和蒸发器来离开和进入制冷系统的。冷凝器和蒸发器也称为热交换器，热量从温度高的一方传向温度低的一方。

热量是如何传递的呢？

大部分热量进入和离开制冷系统靠的是对流和导热。

流体和固体表面之间的热传递称为对流。

在同一种物体中或在相互接触着的物体上，从温度高的一侧向温度低的一侧的热传递称为导热。

传热的快慢和哪些因素有关？

1、 温差：高温物体和低温物体之间的温差越大，传热就越快；反之，温差越小，传热就越慢。

2、 接触面积：高温物体和低温物体之间的接触面积越大，传热就越快；反之，接触面积越小，传热就越慢。

3、 材料的类型：导体利于传热，绝缘体不利于传热。

如何应用这些原理？

在蒸发器中，管内制冷剂的温度低于管外空气的温度，空气中的热量将传到制冷剂中，这种传热是连续的，为了便于解释，我们把它分为两部分：对流和导热。

对流是空气中的热量传到蒸发器管壁基本上是靠对流实现的。

导热是从空气中传到管壁上的热量通过管子将热量传到制冷剂中，这大部分是靠导热实现的。

关于表面层流

在管子表面，管外的空气和管内的制冷剂形成一个表层，阻碍热量的传递，我们把这些表层称为表面层流。

空气侧

空气象大多数气体一样是不良导体，它所形成的表面层流对热量的传递非常不利，空气形成的表面层流是热交换器中热量传递的主要障碍。

常用弥补方法是通过装备翅片或套片来增加热交换器空气侧的换热面积，这并不能消除空气表面层流，但可弥补它们的影响。另一种方法是利用风扇或吹风机来加快热交换器空气侧的传热。通过增加人工对流来提高传热是一个很有效的方法。

制冷剂侧

在蒸发器管内，通过提高管壁的湿度来减小表面层流的影响，因为增加湿度可以使表面层流难以形成，从而使传热加快，效率提高。

要达到适当的表面湿度的主要困难是这要取决于蒸发器的运行，制冷剂变为气体覆盖在管子表面，这些气体阻碍液态制冷剂变为气体，因而变为气体的制冷剂基本上是定量的。由于蒸发器的特性，我们不能阻止气体的形成，但我们可以设计带有多组盘管的蒸发器石料代替一个长盘管，这有助于表面湿度的增加。多路循环有助于制冷剂的流动。

蒸发器是如何工作的？

蒸发器运行的第一步是液态制冷剂流入蒸发器。进入的方式可以是下进上出，也可以是下进上出。第二步是管外空气的热量传递给管内的制冷剂，这产生了两个结果：周围的空气失去热量变冷，制冷剂吸收热量蒸发。第三步是蒸发器中的蒸汽被压缩机抽走，这产生了两个结果：这为吸收热量的制冷剂提供了空间，另一方面使蒸发器内的液态制冷剂保持低压，从而使液体制冷剂在较低温度下蒸发。

所有蒸发器都有三种基本要求

1、 必须有足够的容积来容纳要满足系统冷量要求的制冷剂。

2、 制冷剂流动时的压力损失要小。

3、 设计合理，要有足够的换热面积使热量迅速和方便地传递给制冷剂。

蒸发器主要分为两种类型：干式和满液式

蒸发器被分为两大类，即干式蒸发器和满液式蒸发器。在干式蒸发器中制冷剂完全蒸发，到蒸发器出口的制冷剂都是气态的；在满液式蒸发器中，至少有少部分制冷剂未蒸发，这是为了提高表面湿度以便于传热。

蒸发器的类型

盘管式蒸发器：简单的盘管式蒸发器常被称为冷却盘管，它是一种常见的蒸发器，仅有一个光管组成，实际应用中，它常常由多回路构成且装有表面翅片，有时带有风机有时不带。若盘管式蒸发器带有风机，它可分为诱导空气和诱导循环两种，不带风机的盘管依赖于空气的自然对流。

壳管式蒸发器：一般由一个大水箱或装有一个或多个回路的盘管的贮液器构成，蒸发器用来冷却被称为载冷剂的液体，载冷剂在浸没在液态制冷剂底部的盘管中循环，它可用于冷水机组、盐水机组或其它的液体机组。

板式蒸发器：常用于冷柜中。

框架式蒸发器：常用于家用中央空调系统中。

冷凝器是如何工作的？

冷凝器的运行与蒸发器是相反的。高温高压的气体制冷剂在冷凝器中将热量传递给空气或水，被冷凝为液体后储存起来等待着蒸发。

被液化的制冷剂储存在与机组相连的单独的容器或冷凝器中。

冷凝器与压缩机相连组成一个整体被成为“高压部分”或冷凝机组。

冷凝器必须能将制冷剂增加的热量全部释放，这不仅包括制冷剂在蒸发器所吸收的热量，还包括压缩过程中带给制冷剂的热量。

冷凝器的类型

1、 空冷式冷凝器：空冷式冷凝器与冷却空气的蒸发器相似，它们有许多相同的特点，如表面翅片，提高传热的风机，它也可使用多回路。空冷式冷凝器必须保持清洁以利于传热，覆盖在翅片和管子上的脏物和油污都会形成空气表面层流而阻碍传热。它的缺点是空气温度的波性大，当空气温度较高时，压缩机必须做更多的功以提高冷凝压力并弥补空气冷却能力的不足。

2、 水冷式冷凝器：为避免空气温度波动的问题，有时用水作为冷凝器的冷却介质，由于水的比热较大，且即便在环境温度较高时它的稳定性仍较好，因而冷凝压力可以较低且稳定，由于水比空气的比热大，因而能吸收较多的热量，冷凝器可以比较紧凑。

水冷式冷凝器必须定期清洗管壁上的水垢，沉积在管壁上的水垢对传热有不良影响。

3、 套管式冷凝器：制冷剂在两个管子之间流动，水在小管子内与制冷剂反方向流动，制冷剂可以被水和制冷剂管外的空气冷却。

4、 壳管式冷凝器：高温的制冷剂气体经外壳上部进入，将热量传递给管内流动的水，冷凝后沉到外壳的底部并流到液管。

5、 蒸发式冷凝器；蒸发式冷凝器可以节省用水，它类似于冷凝器和水塔的组合，制冷剂在制冷剂盘管内循环，从水盘内定量抽到塔顶的水喷淋到制冷剂盘管上，一部分水蒸发使其余的水冷却，被冷却的水又用来冷却制冷剂。

总结

冷凝器和蒸发器都是热交换器，设计中要借助于空气或水和制冷剂之间的自然对流，蒸发器和冷凝器常用盘管并常设计为多回路以提高表面湿度和减少压降。

许多蒸发器和风冷式冷凝器的表面积都有所啬并带有风机以解决表面层流问题和增加传热。

冷凝器和蒸发器设计中所应遵循的三个原则：

1、 必须有足够的容积。

2、 制冷剂流动时的压力损失要小。

3、 要使热量迅速和方便地传递给制冷剂或由制冷剂传出。