板式换热器在制冷行业中的应用.pdf
板式换热器在制冷行业中的应用 常州爱斯特空调设备有限公司刘一民巢龙兆 摘 要: 介绍了 板式 换热器在制冷行业中的 具体应用， 指出了 板式换热器在制冷及热泵机组中应用 的注意事项和存在的问题， 并提出了 解决问题的方法。 关 键词: 板式换热器蒸发器冷凝器热回收 中圈分类号: T B 6 5 7 . 5 文献标识码: B 文章编号: 1 0 0 卜 4 8 3 7 ( 2 0 0 2 ) H E 增一 ) 2 0 A T h e A p p li c a t i o n o f P l a t e H e a t E x c h a n g e r i n t h e R e f r i g e r a t i o n I n d u s t r y C h a n g z h o u A s t e r a s A i r C o n d i t i o n i n g M a n u f a c t u r e C o . ， L td . L I U V i mi n C H A O L o n g z h a o A b s t r a c t : T h e a p p l ic a t i o n o f p l a t e h e a t e x c h a n g e r i n t h e r e f r i g e r a t i o n i n d u s t ry i s d e s c r i b e d . M e t h o d s a re p u t f o r w a r d t o re s o l v e th e m a i n o u t s t a n d i n g p ro b l e m s e x i s t in g i n t h e d e s i g n i n g a n d o p e r a t i o n o f th e p l a t e h e a t e x - c h a n g e r i n th e re f r ig e r a t i o n in d u s t ry. K e y w o r d s : p l a t e h e a t e x c h a n g e r , e v a p o ra t o r , c o n d e n s e r , h e a t re c o v e ry 板式换热器( P H E ) 是一种高效、 紧凑的换热设 备， 在许多方面优于管壳式换热器。在相同的换热 负 荷情况下， 板式换热器的体积仅为管壳式的 1 / 3 一 I / 6 ， 重量只有管壳式的 1 / 2 一1 / 5 ， 所需要的制冷 剂充注量仅约为管壳式的 1 / 7 。以水的换热而言， 在相同负荷和同样的水速的条件下， 板式换热器的 传热系数K 值可达2 0 0 1 一 4 6 5 0 W / ( m ' “ K ) ， 是管壳式 换 热器 的2 一 5 倍: 。由 于 板 式换 热器 具有传热 效 率高、 体积小、 重量轻、 面积和流程组合方 便等优点， 其在制冷行业中已经得到广泛的应用， 例如在冷水 机组及风冷热泵冷热水机组中 作为蒸发器、 冷凝器、 热回 收换热器( 过热冷却器) 、 液体过冷器、 及螺杆式 压缩机的 油冷却器等换热器的应用越来越多。图1 是风冷热泵冷热水机组流程示意图， 图中板式换热 器在制冷时作为蒸发器用， 制热时作为冷凝器使用。 1 制冷设备用板式换热器的基本要求 ( 1 ) 制冷设备用的板式换热器， 由于制冷剂侧 压力较高( 最高约2 5 6 a r ) , 渗透力较强， 所以选型时 应首选专门为制冷行业生产的耐高压钎焊式板式换 热器。 ( 2 ) 传热系数是衡量换热器换热效果的重要指 标。随着对制冷机组单位体积能量要求的提高， 制 冷设备用的板式换热器的单位体积换热面积也应相 应提高。水冷型和乙二醇冷却型机组采用了高 效紧 凑的 不锈钢钎焊板式换热器， 换热效率较壳管式换 热器有较大幅度的提高， 而结垢率只有管壳式冷凝 器的1 / 1 0 1 2 1 0 出水 进水 制 冷制 热 图 t 风冷热泵冷热水机组流程简图 1压 缩机; 2 . 四通换向It7 ; 3水侧板式换热器; 4 . 制冷膨胀 阀; 5 . 单向阀; 6制热膨胀阀; 7电 磁阀; 8 . 空气侧换热器 7 5 ( 3 ) 冷凝器内压降大， 会使蒸汽的冷凝温度降、 低， 造成传热温差减小; 蒸发器内压降大， 会造成出 L I 蒸汽过热度过大。两种情况都会增加换热面积， 对换热足不利的。对冷凝器， 建议制冷剂( 如 R 2 2 ) 侧f 哪 条 要 0 . 0 3 - 0 . 0 4 M P a ; 对蒸发器， 压降蕊 0 . 0 1 - 0 . 0 3 M P . 【 z ( 4 ) 对于风冷热泵机组， 水侧换热器夏季 作蒸发 器使用 冬季作冷凝器使用， 设计时应对两者分别进 行选择 算， 最后以面积较大的为准 2 作为蒸发器用的板式换热器 当然， 选择较大的蒸发器将会造成初投资的增加， 所 以应综合考虑。 值得一提的是， 风冷热泵机组在进人除霜阶段 时 由于 低压侧( 板式换热器侧) 水温较高， 高压侧 ( 翅片换热器侧) 温度较低， 这时高、 低压力差值很 小、 导致膨胀阀的流量相对较小( 因为膨胀阀的流量 与阀前后的压差的均方根成正比) ， 同时板式换热器 中制冷剂存量较少， 而这时的蒸发温度又较高， 所以 会出现风冷热泵机组在除霜时低压抽真空的现象， 而 这种抽真空对于压缩机的冷却和回油润滑极为不 利， 长时间将会导致压缩机线圈和运动部件的损坏 如图1 所示， 在风冷热泵机组中， 制冷循环时， 板式换热器作为蒸发器使用蒸发器必须保持垂直 放r L ， 并且 经过膨胀阀截流后的气、 液两相制冷剂从 蒸发器底部进人， 以保证制冷剂均匀分配， 同时以避 免蒸发不完全时液态制冷剂进人压缩腔而产生的 “ 液击” 现象。重力作用在液滴上阻止它们在完全汽 化前随着气体蒸汽向上， 可以 保证充分换热， 这样制 冷刹在离开蒸发器时可以完全汽化甚至产生一定的 过热度从这一点可以看出， 高的板片要比低的板 片好一另外 相同制冷量的蒸发器， 高板片的板式换 热器板片 数要比低板片的要少， 这样能够大大减小 换热器内制冷 I 分布不均的程度。同时， 因为蒸发 器出 ! 的气体制冷剂体积流量是人口两相混合物的 体积流量的3 0 一 6 0 多倍， 所以板式换热器制冷剂出 日 接头尺寸不 应太小. 因为板式换热器的板间距较小， 而 且板片较薄， 所以板式蒸发器的防冻保护显得尤为重要。对于没 有防冻保护的冷水机组， 出水温度应控制在冷冻点 以卜 。当然板式蒸发器的防冻措施有很多种， 比如 在机组1 _ 配备低压控制开关、 冷媒侧防冻开关、 水侧 温控防冻开关及流量开关等。 随着蒸发温度的上升， 蒸发器平均温差将减小， 因而蒸发器的制冷量将减小， 但对压缩机而言， 情况 却是相反的， 压缩机的制冷量是随着蒸发温度的上 升而增加的， 如图2 所示。 如果选择了较小的蒸发器， 运行点将沿着压缩 机曲线朝较低的蒸发温度移动( A l 点) ， 这样不仅造 成整机出力的下降， 而且运行平衡点的蒸发温度接 近冷冻温度， 特别是对于板式蒸发器冻结的可能性 较大。如果选择一个较大的蒸发器， 其运行点为A 2 点， 这样不仅能够避免出力降低和冻结的可能性， 而 且在水的一侧压降较低， 运行中水泵的能耗将降低、 压缩机 是 卜 谈 少 A2oA 偏大的A发器 适中的蒸发器 偏小的蒸发器 蒸发温度 图2 蒸发器一 压缩机联合运行图 针对这种情况， 我们可以对图 I 所示的系统进 行优化: 在制冷膨胀阀4的两端并联一根山电磁阀 9 控制开 启与断开的毛细管， 如图3 所小。当 热泵 机组出现抽真空现象时， 开启电磁阀9 以 增加对板 式换热器的制冷剂注人量。当然， 电磁阀9 的开启 与 关闭必须能够得到合理的 控制。本文作者在 此方 面做了大量的探索工作并取得了较为理想的结果 出水 进水 图3 防止除霜时板式换热器抽真空的流程图 3 作为冷凝器用的板式换热器 在热泵机组制冷循环中作为蒸发器用的板式换 热器在热泵循环时就作为冷凝器使用。在制冷循环 和热泵循环两种情况下， 制冷剂的流动方向相反， 而 水流方向不变。由于冷凝器的负菏大于蒸发器负 荷， 所以设计时应考虑当板式换热器作为蒸发器工 作时为顺流换热， 而作为冷凝器使用时为逆流换热。 7 6 板 式换热器冷却水进出日水温的确定， 要根据当地 的气象条件( 主要指夏季空调湿球计算温度) 及一次 投资和运行费用的比较来定。一般情况下， 冷却水 的进水温度要比当 地的夏季空调湿球计算温度高4 一 6 度， 冷却水的温度差为4 一 6 度。 对板式冷凝器， 选择时一般不要有冷凝段和过 冷段并存的局而， 因为过冷段的换热是交换显热， 比 冷凝段的潜热交换效率低的多 如果需要过冷， 原 则卜 应单独设置过冷器。 山于凝结换热系数一般小于水侧换热系数， 为 使两A ' 尽量接近， 其水流速度应较水一水换热器小， 可 以初 选。 . 3 一 0 . 6 m / s o值得注意的是水流速度也 不 能太小， 否则会造成湍流较低， 从而导致传热效率 及白 我清洗的效果不理想 冷凝器内的传热基本上是通过薄膜冷凝发生 的， 所以， 板式换热器必须垂直放置。制冷剂以过热 气体的形式从顶部进人板式冷凝器， 在经过过热冷 却、 冷凝并以 过冷液体形式从底部离开。 需要指出的是， 由于板式冷凝器的内容积很小， 不 能贮存液体， 因此， 对于以板式换热器作为水侧换 热器的热泵系统必须另设贮液器。 保证机组的正常制冷功能并能得到较高的能量利 用 系数， 应综合考虑热回收量和制冷量之间的能量分 配关系。值得注意的是， 由于热回收板式换热器内 温度较高， 为了防止热回收板式换热器中水的结垢， 必须对自来水进行软化处理 热水出水 冷冻水进水 温水进 冷冻水出水 括 图a 带热回收板式换热器的 制冷流程图 另外， 由于压缩机排气存在着波动或者巨大的 冲击力， 可能对钎焊板式换热器造成压力损害， 因 此， 有的厂家在压缩机和过热冷却器之间安装了 缓 冲段。 5 结束语 4 热回收机组用的板式换热器 热回收机组是利用冷凝热将自 来水加热成生活 用水 或 1 艺 用热水， 从而带走制冷系统产生的冷凝 热、 即直接将满足热水用量的自 来水送入热回收换 热器( 又称为过热冷却器) ， 利用压缩机的排气显热 和部分冷凝潜热对其进行加热， 剩余排气热量由冷 凝器排人大气、 作为热回收换热器用的板式换热器 安装在冷凝器与压缩机之间， 如图4 常州爱斯特空 调设备有限公司生产的I S F M H型热回收机组流程 I C I 所. 1 ; ; 实验表明， 通常情况下过热冷却器的负荷是冷 凝器负荷的2 0 %。随着热回收换热器的进水温度 的升高， 冷凝潜热的回收量有所减小， 随后主要利用 冷凝显 热继续将初步加热的热水进一步加热至5 0 一 6 5 的高温水储存在储水箱内以洪 使用。 在设计和选用热回收板式换热器的时候， 为了 在制冷系统的板式换热器中广泛存在着气液两 相流， 它们符 合气液两 相流流动和 换热的 一 般规律 当前对气一水两相流动和换热规律有了 较为深人的 研 究3 1 ， 但对 制冷系 统的 板 式换热器中 的 制冷剂的 气液两相流流动和换热还有待深人研究。 参 考 文 献 何雪冰 等。热泵机组用板式冷凝器及蒸发器的选择计 算。暖通空凋, 2 0 0 1 , 3 1 ( 6 ) 2 . 刘宪英， 等。板式换热器设计选型计算方法。空调设计， 1 9 9 7 ,1 o 3 . 刘一民， 狭缝通道内 气液两相流流动特性的研究 ， 硕士 学位沦文 2 0 0 0 0 作者简介: 刘一民， 男， 1 9 7 4 年生， 工学硕士， 目 前主要从事制 冷及热泵系统设计与优化工作。 通讯地址: 2 1 3 0 1 8 常州市常 锡路东 常州爱斯特空调设备有限公司产品开发部。 7 7
