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制冷系統(tǒng)冷凍機(jī)換熱器工作原理講解

換熱器的工作原理

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，即在一個(gè)大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過。讓熱水從管道內(nèi)流過。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換熱器又稱熱交換器 。

 

機(jī)械結(jié)構(gòu)形式

換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結(jié)構(gòu)和用途等進(jìn)行分類，按其結(jié)構(gòu)分類主要有管殼式和板式兩種。 根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。

 

間壁式換熱器的類型

夾套式換熱器

這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。

 

沉浸式蛇管換熱器

 

這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動程度低，管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

 

噴淋式換熱器

 

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

 

套管式換熱器

 

套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便（可根據(jù)需要增減管段數(shù)目）。 特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程（例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程）中所用的換熱器幾乎全部是套管式。

 

管殼式換熱器

 

管殼式（又稱列管式） 換熱器是最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。

 

管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛……流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個(gè)管程，每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間，稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大， 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過50℃時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng) 的溫差補(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。