制冷系统的四大部件分别是,压缩机蒸发器冷凝器和节流装置。这其中,作为空调系统心脏的压缩机,其种类和特点相较于其他三部件更要为人所熟知。而蒸发器则是其中另一个关键部件,蒸发器的作用是通过制冷剂蒸发(沸腾),吸收载冷剂的热量,从而达到目的。蒸发器的形式很多,按载冷剂的不同可分冷却液体的蒸发器和冷却空气的蒸发器。下面主要介绍几种常见的蒸发器的工作原理和结构特点。

  一、冷却液体的蒸发器
  1.干式蒸发器
  干式蒸发器制冷剂在换热管内通过,冷水在高效换热管外运行,这样的换热器换热效率相对较低,其换热系数仅为光管换热系数的2倍左右,但是其优点是便于回油,控制较为简便,而制冷剂的充注量大约是满液式机组充注量的1/2~1/3左右。
  2.满液式蒸发器
  满液式蒸发器与干式蒸发器的运行方式恰好相反,冷水在换热管内通过,制冷剂完全将换热管浸没,吸热后在换热管外蒸发。满液式蒸发器的传热管表面上有许多针形小孔,管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧的换热。这种同时强化管外沸腾和管内传热的高效传热管,使其传热系数较光管提高了5倍左右。
  3.降膜式蒸发器
  降膜式蒸发器,也称之为喷淋式蒸发器,这种换热器与满液式蒸发器相似,但是它又与满液式蒸发器有区别。这种蒸发器的制冷剂是从换热器的上部喷淋到换热管上,制冷剂只是在换热管上形成一层薄薄的冷剂液膜,这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力,从而提高了换热效率,其换热效率较满液式机组提高了5左右。如图3为降膜式蒸发器冷媒流程示意图。
  降膜蒸发是流动沸腾,由于管外表面的液膜层厚度小,没有静压产生的沸点升高,传热系数高。而满液式蒸发(也就是沉浸式蒸发)产生的气泡易于集聚在换热管的表面,导致换热效率下降,其换热效果不如降膜蒸发。总的来说降膜蒸发属于小温差情况下,但要防止结垢,影响传热效率。
  4.干式和满液式蒸发器的优缺点
  满液式壳管蒸发器在管内走水,制冷剂在管簇外面蒸发,所以传热面基本上都与液体制冷剂接触。一般壳体内充注的制冷剂量约为筒体有效容积的55%~65%,制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部的液体分离器,回入压缩机。操作管理方便,传热系数较高。
  其缺点是:
  ①制冷系统蒸发温度低于0℃时,管内水易冻结,破坏蒸发管;
  ②制冷剂充灌量大;
  ③受制冷剂液柱高度影响,筒体底部的蒸发温度偏高,会减小传热温差;
  ④蒸发器筒体下部会积油,必须有可靠的回油措施,否则影响系统的安全运行。
  干式壳管式蒸发器的制冷剂在管内流动,水在管簇外流动。制冷剂流动通常有几个流程,由于制冷剂液体的逐渐气化,通常越向上,其流程管数越多。为了增加水侧换热,在筒体传热管的外侧设有若干个折流板,使水多次横掠管簇流动。
  其优点是:
  ①润滑油随制冷剂进入压缩机,一般不存在积油问题
  ②充灌的制冷剂少,一般只有满液式的1/3左右;
  ③在0℃附近时,水不会冻结。
  其缺点是:
  ①制冷剂有多个流程,在端盖转弯处如处理不好会产生积液,从而使进入下一个流程的液体分配不均匀,影响传热效果;
  ②水侧存在泄漏问题,由于折流板外缘与壳体间一般有1~3mm间隙,与传热管之间有2mm左右的间隙,因而会引起水的泄漏。实践证明,水的泄漏会引起水侧换热系数降低20%~30%,总的传热系数降低5%~15%。
  二、冷却空气的蒸发器
  1.自然对流式冷却排管
  自然对流的直接蒸发器式空气冷却器也称为冷却排管,常用于冰箱、冷藏柜、冷藏车、冷藏库等处,大多用肋片管制成。对于氨制冷系统应采用钢管,且一般用套片式肋片管,氟利昂制冷系统多用铜管,肋片管则可以是绕片或套片式。有些冷却排管也可以用光管制成。冷却排管也可以用光管制成。冷却排管按其安装方式,可分为墙排管、顶排管和搁架式排管等。冷却排管外侧的空气是自然对流,所以传热系数很小。通常光管管子的传热系数为6~14W/(m2?K),肋片管传热系数为4~10W/(m2?K)。
  2.强制对流的直接蒸发式空气冷却器
  为了增强传热,在间冷式冰箱的冷冻室、空调机组、冷藏库及除湿机等处多采用强制对流式的直接蒸发式空气冷却器。图4为空调用强制对流式的直接蒸发式空气冷却器构造示意图,来自节流装置的低压制冷剂湿蒸气通过分液器分成多通路,吸热蒸发后为气态制冷剂,汇集到集管中流出,而空气以一定流速从肋片管的肋片间掠过,将热量传给管内流动的制冷剂,温度降低。直接蒸发式空气冷却器一般由4~8排肋管组成,管材为直径Φ7~Φ12mm的铜管,外套连续整体铝片,片厚0.12~0.2mm,片间距1.6mm~3mm,蒸发温度较低时,考虑到肋片结霜,应加大肋片间距。强制对流式蒸发器与自然对流式蒸发器相比,具有传热效果好,结构紧凑等优点,在冷冻、空调设备中得到广泛应用。