制冷换热器

制冷换热器是制冷系统中在温度不同的流体介质间实现相互换热的设备。按其工作原理，换热器有间壁式和混合式二大类。在制冷空调、暖通等领域主要涉及混合式换热器和间壁式换热器，其中以间壁式换热器应用最多。

换热原理

制冷装置中的换热器都是表面式换热器。换热器的结构型式有壳管式、蛇形盘管式、螺旋管式、肋片管式和板翅式等。换热器按在制冷系统中的作用，主要有冷凝器、蒸发器、回热器、过冷器和中间冷却器等。这些换热器的换热介质主要是制冷剂(氟利昂、氨等)、水、空气或盐水。

表面式换热器是两种或多种换热介质通过换热壁面进行热交换，使热流体被冷却及冷流体被加热。换热器中，热量从热流体经过壁面传递给冷流体的过程称为传热过程。例如在制冷系统中，冷凝器内的高温制冷剂通过壁面将热量传递给冷却水；在满液式蒸发器中，制冷剂气化，通过壁面向盐水吸收热量等。

在传热过程中，如果传热的“热流密度”不随时间而改变，称为稳定传热过程；反之，如果传热的热流密度随时间而改变，称为不稳定传热过程。在制冷装置中，一般传热过程认为是稳定传热。稳定传热方程式为：

Q=KFΔtm（kJ/h）

式中： Q——传热量，kJ/h； F——换热面积，m； Δtm——冷热流体的对数平均温差，℃； K——传热系数，kJ/(m·h·℃)。

分类

间壁式

间壁式换热器亦称表面式换热器。它利用金属壁(管壁和板壁)把进行换热的冷、热流体隔开，通过金属壁面与流体之间的对流换热和壁的导热来完成换热过程。这是制冷装置中应用最广泛的一类换热器。间壁式换热器的结构类型很多，有壳管式、肋片管式、套管式、板翅式、螺旋板式和平板式等。其中壳管式和肋片管式在制冷系统中用得最多。它们的典型结构见图5.5.5-1和图5.5.5-2，统称管式换热器。

壳管式换热器由钢板卷制和焊接而成的圆形筒体与管簇所组成。根据管簇的布置和形状，可分为列管式和绕管式。前者由许多直管管束构成，如壳管式冷凝器、壳管式冷却器等; 后者常由螺旋形盘管构成，一般作辅助换热器使用，如回热器、中间冷却器和过冷器等。在小型制冷装置中，常采用一种类似壳管式的套管式换热器，其结构见图5.5.5-3。套管式换热器的内管可以是1根、3根或多根光管或纵肋管。一般高温、高压流体在管内流动，而低温、低压流体则在管腔中逆向流动。

混合式

混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。

它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。

影响因素

由换热器的传热方程可得，提高换热器的工作效率的主要途径是提高传热系数，换热器的结构对传热系数的影响已无法改变，污垢对传热系数的影响也只能靠勤清理而改善，因此，提高换热器的换热系数主要是提高换热器两侧流体的换热系数。

在传热过程中，如果传热的“热流密度”不随时间而改变，称为稳定传热过程; 反之，如果传热的热流密度随时间而改变，称为不稳定传热过程。在制冷装置中，一般传热过程认为是稳定传热。

蒸发器的传热效果与冷凝器一样，也是受到制冷剂侧的换热系数、传热表面污垢物的热阻及被冷却介质侧换热系数等因素的影响，其中表面污垢的热阻及冷却介质侧换热系数的影响与冷凝器的一样，但制冷剂侧的换热系数与冷凝器的有很大不同。

传热系数计算方法

稳定传热方程式为：Q=KFΔtm kJ/h式中： Q——传热量，kJ/h;F——换热面积，m;Δtm——冷热流体的对数平均温差，℃;K——传热系数，kJ/(m·h·℃); 其中

单层平壁传热系数：

式中： α1、α2——两换热面的对流放热系数，kJ/(m·h·℃)；

1/(α1)、1/(α2)——两换热面单位面积的放热热阻(m·h·℃)/kJ；