制冷系統冷凍機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備，即在一個大的密閉容器內裝上水或其他介質，而在容器內有管道穿過。讓熱水從管道內流過。由于管道內熱水和容器內冷熱水的溫度差，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的冷水，換熱器又稱熱交換器 。

機械結構形式

換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結構和用途等進行分類，按其結構分類主要有管殼式和板式兩種。 根據冷、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，結構簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數也不高。為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器。當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱系數。為補充傳熱面的不足，也可在釜內部安裝蛇管。 夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

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的形狀，并沉浸在容器內的液體中。蛇管換熱器的優點是結構簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點是容器內液體湍動程度低，管外給熱系數小。為提高傳熱系數，容器內可安裝攪拌器。

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，另一種流體走環隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單，能承受高壓，應用亦方便（可根據需要增減管段數目）。 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點，在超高壓生產過程（例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產過程）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，它在工業上的應用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。

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，內部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體，一種在管內流動，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，通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。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，前者應用更為廣泛……流體在管內每通過管束一次稱為一個管程，每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度，可在兩端封頭內設置適當隔板，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，由于管內外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大， 換熱器內部將出現很大的熱應力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當管束和殼體溫度差超過50℃時，應采取適當 的溫差補償措施，消除或減小熱應力。