製冷換熱器是製冷系統中在溫度不同的流體介質間實現相互換熱的設備。按其工作原理， 換熱器有間壁式和混合式二大類。在製冷空調、暖通等領域主要涉及混合式換熱器和間壁式換熱器，其中以間壁式換熱器套用最多。
基本介紹
- 中文名：製冷換熱器
- 外文名：Refrigeration heat exchanger
- 套用領域：製冷設備
- 公式： Q=KFΔtm（kJ/h）
- 類型：間壁式、混合式
- 學科：熱力工程
換熱原理,分類,間壁式,混合式,影響因素,傳熱係數計算方法,
換熱原理
製冷裝置中的換熱器都是表面式換熱器。換熱器的結構型式有殼管式、蛇形盤管式、螺旋管式、肋片管式和板翅式等。換熱器按在製冷系統中的作用，主要有冷凝器、蒸發器、回熱器、過冷器和中間冷卻器等。這些換熱器的換熱介質主要是製冷劑(氟利昂、氨等)、水、 空氣或鹽水。
表面式換熱器是兩種或多種換熱介質通過換熱壁面進行熱交換，使熱流體被冷卻及冷流體被加熱。換熱器中，熱量從熱流體經過壁面傳遞給冷流體的過程稱為傳熱過程。例如在製冷系統中，冷凝器內的高溫製冷劑通過壁面將熱量傳遞給冷卻水； 在滿液式蒸發器中，製冷劑氣化，通過壁面向鹽水吸收熱量等。
在傳熱過程中，如果傳熱的“熱流密度”不隨時間而改變，稱為穩定傳熱過程； 反之， 如果傳熱的熱流密度隨時間而改變，稱為不穩定傳熱過程。在製冷裝置中，一般傳熱過程認 為是穩定傳熱。穩定傳熱方程式為：
Q=KFΔtm（kJ/h）
式中： Q——傳熱量，kJ/h； F——換熱面積，m； Δtm——冷熱流體的對數平均溫差，℃； K——傳熱係數，kJ/(m·h·℃)。
分類
間壁式
間壁式換熱器亦稱表面式換熱器。它利用金屬壁(管壁和板壁)把進行換熱的冷、熱流 體隔開，通過金屬壁面與流體之間的對流換熱和壁的導熱來完成換熱過程。這是目前製冷裝 置中套用最廣泛的一類換熱器。間壁式換熱器的結構類型很多，有殼管式、肋片管式、套管式、板翅式、螺旋板式和平 板式等。其中殼管式和肋片管式在製冷系統中用得最多。它們的典型結構見圖5.5.5-1和圖5.5.5-2，統稱管式換熱器。
殼管式換熱器由鋼板卷制和焊接而成的圓形筒體與管簇所組成。根據管簇的布置和形狀， 可分為列管式和繞管式。前者由許多直管管束構成，如殼管式冷凝器、殼管式冷卻器等; 後 者常由螺旋形盤管構成，一般作輔助換熱器使用，如回熱器、中間冷卻器和過冷器等。在小型製冷裝置中，常採用一種類似殼管式的套管式換熱器，其結構見圖5.5.5-3。套管 式換熱器的內管可以是1根、3根或多根光管或縱肋管。一般高溫、高壓流體在管內流動， 而低溫、低壓流體則在管腔中逆向流動。
混合式
混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以採用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。
它的套用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。
影響因素
由換熱器的傳熱方程可得，提高換熱器的工作效率的主要途徑是提高傳熱係數，換熱器的結構對傳熱係數的影響已無法改變，污垢對傳熱係數的影響也只能靠勤清理而改善，因此，提高換熱器的換熱係數主要是提高換熱器兩側流體的換熱係數。
在傳熱過程中，如果傳熱的“熱流密度”不隨時間而改變，稱為穩定傳熱過程; 反之， 如果傳熱的熱流密度隨時間而改變，稱為不穩定傳熱過程。在製冷裝置中，一般傳熱過程認 為是穩定傳熱。
蒸發器的傳熱效果與冷凝器一樣，也是受到製冷劑側的換熱係數、傳熱表面污垢物的熱阻及被冷卻介質側換熱係數等因素的影響，其中表面污垢的熱阻及冷卻介質側換熱係數的影響與冷凝器的一樣，但製冷劑側的換熱係數與冷凝器的有很大不同。
傳熱係數計算方法
穩定傳熱方程式為：Q=KFΔtm kJ/h式中： Q——傳熱量，kJ/h;F——換熱面積，m;Δtm——冷熱流體的對數平均溫差，℃;K——傳熱係數，kJ/(m·h·℃); 其中
單層平壁傳熱係數：
式中： α1、α2——兩換熱面的對流放熱係數，kJ/(m·h·℃)；
1/(α1)、1/(α2)——兩換熱面單位面積的放熱熱阻(m·h·℃)/kJ；
λ——換熱壁材料的導熱係數，kJ/(m·h·℃) ；1/λ——換熱壁單位面積的導熱熱阻，(m·h·℃)/kJ；
δ——換熱壁的厚度，m。
