認識換熱器：

　　換熱器在商用空調系統中的作用和型式：

　　換熱器在商用空調系統中的作用：

　　1、空調系統中必不可少的部件

　　——空調器甚至可以不要壓縮機和膨脹閥，但不能不要換熱器；

　　2、其成本在空調器中占非常突出的比（20%~40%）

　　3、換熱器生產是空調器廠商自主制造的的主要部件

　　4、其性能直接影響空調器的性能和運行的經濟性

　　——換熱器故障往往造成空調系統徹底崩潰，帶水系統的空調器往往會報廢；

　　——換熱器的維修、保養困難，其質量控制是空調器質量的非常重要的部分。

　　空調系統中常見的換熱器型式：

　　按結構形式：

　　翅片管式（制冷劑/空氣、載冷劑/空氣）

　　殼管式（制冷劑/載冷劑）

　　套管式（制冷劑/載冷劑）

　　板式（制冷劑/載冷劑）

　　冷卻塔（水/空氣）

　　按換熱介質形式：制冷劑/空氣——翅片管式

　　制冷劑/載冷劑（殼管式/套管式/板式）

　　水/空氣（冷卻塔）

　　按功能分：蒸發器、冷凝器、末端盤管、冷卻塔

　　蒸發器是吸收熱量（輸出冷量）的熱交換設備，實現制取冷量的目的；

　　冷凝器是輸出熱量的設備，它將制冷劑從蒸發器吸取的熱量以及由壓縮功而轉化的熱量一起傳給冷卻介質。

　　一般應用情況：

　　商用空調器中的換熱器的結構和特點：

　　冷凝器：

　　筒體由鋼板卷制焊接；筒體兩端焊管板；管孔中穿換熱管；筒體兩端裝有端蓋

　　換熱管使用焊接或漲管固定于管孔中，氨系統管用鋼管，R22多采用滾壓肋片銅管。

　　端蓋內有隔板，以將換熱管分隔成幾個流程，多采用偶數流程，使接管在同一側

　　R22走殼程，即R22在管外冷凝，上部進氣，從下部排出

　　冷卻水走管程；下進上出

　　水與R22逆向流動

　　傳熱系數較高（與風冷比較），冷卻水耗量少（與立式比較），應用廣泛。

　　例：R22，臥式殼管式（肋管）傳熱系數為850~900W/m2K，空氣冷卻式為24~28 W/m2K。

　　套管式冷凝器：

　　大直徑的無縫鋼管內套一根或多根銅管，并彎制成螺旋型

　　銅管常用低肋管

　　R22走外套管側，上進下出

　　冷卻水走內管；下進上出

　　水與R22逆向流動

　　常用于水冷柜機中

　　特點：制造工藝比較簡單，成本較殼管式低

　　板式冷凝器：

　　板片由不銹鋼薄片沖壓成型

　　片間采用焊接方式連接

　　R22和冷卻水在薄片間隔流動，接觸充分

　　換熱效率高（換熱系數K值在3000～6000W/m2.℃范圍內。這就表明，板式換熱器只需要管殼式換熱器面積的1/2～1/4 即可達到同樣的換熱效果。）阻力損失少、占地小；

　　制造工藝比較復雜，價格高，易堵塞。

　　蒸發器：

　　與冷凝器不同之處，按供液方式不同，分為滿液式、干式等幾類。

　　翅片式蒸發器

　　結構特點同翅片式冷凝器

　　銅管與肋片之間過盈漲結

　　屬于干式蒸發器

　　R22常下進上出

　　空氣和R22常呈逆流

　　效率較低（與臥式殼管式比較）

　　不用冷凍水系統和末端設備，廣泛應用于中小機組。

　　滿液式：

　　結構形式：與殼管式冷凝器較類似（筒體用鋼板卷制焊接；筒體兩端焊管板；換熱管使用焊接或漲管固定于管孔中；筒體兩端裝有端蓋；端蓋內有隔板，以將換熱管分隔成幾個流程）

　　氨系統管用鋼管，R22多采用滾壓肋片銅管。

　　制冷劑走殼程，即R22在管外氣化，下部進液，從上部排氣；液體充滿筒體空間的70~80%

　　特點：R22一直在蒸發器內沸騰，傳熱面與液態制冷劑接觸，所以沸騰放熱系數較大；結構緊湊。

　　缺點：制冷劑充灌量大，因為制冷劑充灌量大，所以制冷劑與潤滑油相溶時，潤滑油難以返回壓縮機；容易凍結。

　　應用沒有干式普遍。

　　臥式殼管式蒸發器：

　　結構形式：與滿液式蒸發器類似

　　主要不同：

　　干式蒸發器在傳熱管內氣化吸熱，下部進液，從上部排氣

　　載冷劑在管外；為提高載冷劑流速，筒內裝折流板

　　相比于滿液式，傳熱效果比滿液差

　　優點：充灌量小，R22流速較高；潤滑油難以返回容易

　　例：R22-水：臥式殼管式（干式），傳熱系數K 500~550W/m2K

　　R22-空氣：翅片式（干式），傳熱系數K 30~40W/m2K

　　板式蒸發器

　　板片由不銹鋼薄片沖壓成型

　　片間采用焊接方式連接

　　R22和冷卻水在薄片間隔流動，接觸充分

　　換熱效率高

　　制造工藝比較復雜，價格高

　　水流速低，易堵塞、易凍結

　　換熱機理、換熱器的設計與換熱強化：

　　熱和熱量（功/能量/熱量）（暖通南社）

　　分子熱運動強度的度量，是依靠溫差傳遞的能量。

　　熱是能量（內能）的一種形式。熱力循環就是熱能傳遞，它是以熱能的方式貯存的。

　　主要衡量相對量而不衡量**量，即熱量變化了多少而不是熱量有多少。

　　單位是焦耳（J）（1J=1N.m）。

　　溫度和溫標：

　　溫度：衡量物體的冷熱程度，溫度可以衡量**量。

　　**溫標：又稱熱力學溫標，開氏溫標，每一度大小與攝氏溫標相等，起點為物質內分子熱運動完全停止時溫度（-273.15℃），單位為K。

　　溫標：攝氏、華氏和開氏

　　**量運算

　　開氏=攝氏+237.15，華氏=9/5攝氏+32

　　相對量運算

　　Δ1℃= Δ1K=1.8F

　　比熱：單位質量的物質溫度每升高或降低1K所需要加入或放出的熱量。

　　定壓比熱：

　　水：4.18kJ/kgK

　　木材：2.51 kJ/kgK

　　紙張：1.47 kJ/kgK

　　干空氣： 1kJ/kgK（20℃）

　　銅：0.39 kJ/kgK

　　鋼：0.46 kJ/kgK

　　R22：1.18 kJ/kgK (0℃、液態)

　　R22：1.18 kJ/kgK (0℃、氣態）

　　顯熱：是指物質被冷卻或加熱時，只有溫度變化而無相變時所放出或吸收的熱量。（能夠用溫度計測量）

　　潛熱：是指物質發生相變而溫度不變時，放出或吸收的熱量。（不能用溫度計測量。）

　　1kg100℃的水蒸發為1kg100℃的水蒸汽需2257.2kJ

　　1kg0℃的水蒸發為的水蒸汽需2501kJ

　　1kg0℃的液態R22蒸發為0℃的R22蒸汽需204.9kJ

　　物質有三種狀態，有五種狀態變化

　　1、凝固：由液體變為固體。

　　2、熔化：由固態變為液態。

　　3、汽化：由液態變為氣態。

　　4、升華：由固態變成氣態，不需要經過液態。

　　5、凝結：由氣態變為液態。

　　顯熱是能夠被感測到的熱量。它能導致物質的溫度發生變化，但不改變其狀態。

　　潛熱是指吸收或放出熱量時只改變物質的狀態，而不改變其溫度。

　　熔化潛熱是指物質從固態變為液態或由液態變為固態時吸收或放出的熱量。

　　汽化潛熱是指物質從液態變為氣態時所需的熱量。

　　液態潛熱是指物質從氣態變為液態放出的熱量

　　舉例：

　　開空調后，房間空氣溫度從30℃變成了25℃：

　　房間空氣經過空調器室內盤管后有水凝結：

　　冷凝器中，R22由90℃的高溫蒸汽變成了46℃液態R22

　　蒸發器中，R22由10℃的液態變成了8℃的氣態R22

　　幾個規律：

　　1、熱量會自發從高溫物體傳遞到低溫物體。

　　2、自然界一切物質都具有能量，它能夠從一種形式轉換成另一種形式，從一個物體傳到另一物體，在轉換和傳遞過程中能量的數量保持不變。（熱力學**定律）

　　3、孤立系統中，熵總是增加。（熱力學第二定律）

　　所謂傳熱是和傳質相對而言的，傳熱不涉及熱載體質的擴散。

　　三種傳熱形式：傳導、對流和輻射。

　　傳導又稱導熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。 （或稱熱傳導、導熱）。

　　物體各部分之間不發生相對位移時，依靠分子，原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產生熱量傳遞

　　熱傳導雖然在固體、氣體、液體中都會發生，但單純的熱傳導只會在固體中發生。

　　對流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現象。在制冷空調業中的對流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時的熱量傳遞。

　　流體各部分之間發生相對位移，冷熱流體互相摻混

　　對流分為自然對流和強制對流，自然對流是由于流體冷熱各部分的密度不同引起的，強制對流是由于泵、風機等作用所造成的。

　　輻射：又稱為熱輻射，是指因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變為輻射能，以電磁波的形式在空中傳播，當遇到另一物體時，又被全部或部分地吸收而變為熱能。

　　物體的輻射能力與溫度有關，輻射強度與**溫度的四次方成正比，在制冷與空調工程中，由于物體溫度不高，一般不考慮輻射換熱量。

　　作為換熱器，我們主要關心的熱傳導和對流傳熱。

　　對空調業中的換熱器，我們關心的是流體（R22、水、空氣）與固體壁面（銅管、鋁箔）直接接觸時的熱量傳遞。（表面換熱）

　　表面傳熱系數的常見影響因素：

　　流動狀態的影響W/m2K

　　Re—層流底層薄（動力消耗大）

　　強制對流和自然對流的影響

　　強制對流：外部機械作功，換熱系數大。

　　自然對流：依靠流體自身密度差造成的循環過程

　　流體物性的影響

　　密度的影響： 熱容量的影響： 單位體積流體的熱容量大，則傳熱系數較大。

　　傳熱面條件的影響：

　　不同的壁面形狀、尺寸影響流型；會造成邊界層分離，產 生旋渦，增加湍動，使傳熱系數增大。

　　相變化的影響：一般情況下，有相變化時表面傳熱系數較大，機理各不相同，比較復雜。

　　換熱器設計：

　　換熱強化—換熱器傳熱過程：

　　三個環節：

　　(1)從熱流體到壁面高溫側的熱傳遞

　　(2)從壁面高溫側到壁面低溫側的熱傳遞

　　(3)從壁面低溫側到冷流體的熱傳遞

　　三個環節中熱阻分布情況：

　　水冷冷凝器——主要熱阻在制冷劑側（60~70%）

　　風冷冷凝器——主要熱阻在風側（70%~80%）

　　冷風式蒸發器——主要熱阻在風側（70%~80%）

　　冷水式（滿液、干式）蒸發器——主要熱阻在制冷劑側。

　　換熱強化——“空氣--制冷劑”換熱器傳熱過程

　　例：翅片式冷凝器/蒸發器傳熱過程

　　換熱強化——三個過程中熱阻的分配情況

　　通過一個典型的換熱器結構來說明（暖通南社）

　　9.25mm銅管（光管），25mm管距，22mm排距，12FPI，光箔，沖縫片，4排管的冷凝器。

　　換熱強化——制冷劑側強化：

　　凝結換熱、沸騰換熱（制冷劑--銅管之間管內冷凝傳熱屬于氣液相變換熱，與單相對流換熱相比，其換熱系數較大）

　　1、增加傳熱的表面積

　　2、增強紊流

　　3、強化換熱與減小壓降需同時考慮

　　4、蒸發傳熱時，應盡可能增加濕潤表面的面積，盡可能增加汽化核心的數量

　　5、冷凝傳熱時，盡可能使冷凝的液體離開傳熱表面，增強氣液兩相之間的混合

　　6、避免污垢

　　換熱強化——水側：

　　凝結換熱、沸騰換熱

　　1、增加傳熱的表面積

　　2、增強紊流（擾動）

　　3、避免污垢

　　換熱強化——空氣側換熱部分

　　1、破壞空氣流邊界層（層流——紊流）：采用更**的片形

　　2、增大傳熱翅片的表面積：采用更**的片形

　　3、凝結水的控制和除霜的問題

　　4、鋁箔表面保持清潔，防止雜物堵塞翅片

　　5、腐蝕的問題：采用帶特殊涂層的鋁箔

　　換熱強化——三個過程中熱阻的分配情況

　　結論：

　　空氣側熱阻占總熱阻的比例*大（60%以上）

　　改善換熱器傳熱的關鍵是在空氣側的換熱上下工夫

　　制冷劑側的換熱改善也有較大空間

　　實例：通過臥式殼管式換熱器看換熱強化

　　換熱過程：制冷劑 -- 銅管 -- 水

　　通過一個典型的換熱器結構來說明（干式蒸發器）

　　Di=308mm，流程數為4，換熱銅管為12mmx1mm，管子根數為227，管長2300mm

　　沒有考慮污垢系數

　　結論

　　制冷劑側熱阻占總熱阻的比例*大（近70%）

　　改善換熱器傳熱的關鍵是在制冷劑側的換熱上下工夫

　　水側的換熱改善也有較大空間

　　翅片式換熱器換熱強化：

　　——銅管壁厚和脹管

　　——鋁箔厚度、涂層和片形

　　——小管徑銅管的使用

　　——內螺紋銅管強化換熱的問題

　　翅片式換熱器換熱強化——銅管壁厚和脹管：

　　1、銅管壁減薄有利于傳熱和減低成本，但銅管管壁減薄有極限：

　　——主要是受壓后其能安全工作，不致于脹破

　　——UL對空調銅管的壓力承受能力有專門的規定，采用*高耐受壓力（3倍的*高操作壓力）+高低壓循環的疲勞試驗（25萬次）

　　2、 “過盈”量是影響換熱性能的一個重要因素

　　脹管后的管外徑與脹管前鋁片管孔內徑之差稱為“過盈”

　　“過盈”太小：接觸傳熱熱阻過大

　　“過盈”太大：鋁箔進入塑性變形，鐘口裂，*終會影響傳熱熱阻

　　對9.52管，其“過盈”量為0.08mm~0.13mm較好(脹管前鋁片管孔內徑11.03~11.07mm)

　　翅片式換熱器換熱強化——鋁箔厚度、涂層和片形

　　1、鋁箔減薄也有利于傳熱和減低成本，近些年，鋁箔壁厚已大大減薄（現用鋁箔為0.11mm~0.127mm），但其極限表現：

　　——軋制工藝

　　——鋁箔本身的工藝性、耐蝕性

　　2、鋁箔的涂層問題

　　——涂層主要解決結水的問題和耐蝕的問題

　　——親水鋁箔的價格是普通鋁箔價格的1.35倍

　　——親水鋁箔有明顯的抑制霜層的作用

　　3、片形

　　翅片式換熱器換熱強化——小管徑銅管的使用

　　1、傳熱和壓降

　　——在一定的金屬消耗量下，使用小管徑銅管增大了傳熱面積（9.25xt0.35銅管換為7xt0.32銅管，管長增加54%，銅管內表面積可以增加11%）

　　——使用小管徑銅管，有利于提高流體的速度和表面傳熱系數

　　2、流體力學特性

　　——空氣動力學特性隨管徑的降低而改善，流動阻力下降，改善傳熱

　　——使用小管徑銅管會使制冷劑流動阻力增加（系統功耗增加）

　　——以上矛盾需要平衡

　　3、加工工藝和價格問題

　　——采用小管徑引起制冷劑側壓力的增大，必須增加循環路數，甚至增加了銅管的用量

　　——小管徑銅管的脹管工藝困難，廢品率高

　　——價格 9.52（平）：9.52（內）：7（內）= 1：1.17：1.25

　　——一般認為7mm是管徑減小的極限，管徑小于7mm以后反而會導致換熱器成本大幅上升

　　4、應用情況

　　——日本廠商在這方面的應用大大**

　　5、

　　觀點一：

　　用于冷凝器時，冷凝隨管徑減小而增強

　　用于蒸發器則9.52mm的管*優，管徑進一步減小會降低蒸發的傳熱系數，6mm是極限值

　　觀點二：

　　冷凝器采用9.52mm的管較好，而蒸發器采用小管徑的管較好

　　觀點三：

　　小冷量的系統可采用9.52mm的管，而大冷量的系統則應采用12.7mm的銅管

　　翅片式換熱器換熱強化—內螺紋銅管強化換熱的問題：

　　——從實例看（9.52銅管、R22制冷劑）

　　1、傳熱系數

　　W/m2K 質量流量 kg/m2s

　　2、壓力降：

　　Pa/m 質量流量 kg/m2s

　　3、結論

　　冷凝換熱時：

　　——強化管可以改善傳熱，增強的幅度很大（傳熱系數*大比光管大170%）

　　——強化管的壓降比光管大（*大可比光管大80%）

　　——雙螺紋管與單螺紋管相比，傳熱系數有很大改善，但壓降增加并不多

　　蒸發換熱時：

　　——強化管可以改善傳熱，增強的幅度很大（傳熱系數*大比光管大160%）

　　——強化管的壓降比光管大（*大可比光管大80%）

　　——雙螺紋管與單螺紋管相比，傳熱系數和壓降表現相當

　　本文來源于互聯網，暖通南社整理編輯。

部分內容來源于網絡，僅用于學習分享，如發現有侵權，請及時聯系刪除，謝謝。