浅析蒸发器在制冷系统中的作用及特点

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。