制冷换热器是制冷剂与水或空气等介质进行热交换的设备，在制冷系统中主要是蒸发器和冷凝器。制冷剂向周围介质吸热的是蒸发器，而向周围介质放热的是冷凝器。它们是制冷系统的主要设备，对完善制冷循环起着重要作用。正确使用和维护保养换热器，对发挥制冷机的制冷效能密切相关。下面就冷凝器、蒸发器的作用、结构原理及维护保养等内容分别予以介绍。

        1.冷凝器
        1）冷凝器的功用
        冷凝器是一种高压设备，装在压缩机和节流装置之间，它是将压缩机排出的高温高压制冷剂气体，通过冷凝器的外壁和翅片传给周围空气或冷却水，而凝结为高压液体，在凝结过程中，冷凝压力不变，温度降低。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分：一部分是通过蒸发器向被冷却物体吸取的热量；另一部分是在压缩机中被压缩时，由机械功转化的热量。如果冷凝器周围空气温度低，或冷却水温度低,则冷凝温度就低，压缩机的制冷效果就高；反之，情况相反。因此，空气调节器的冷凝器要安放在空气流通的地方。
        2）冷凝器中制冷剂的放热过程
        我们知道在空调工况下工作的制冷机，其排气温度并不是很高，一般氨为85～125℃，R22为80～110℃。当过热蒸气进入冷凝器后，维续受到冷却放出热量，逐渐由过热蒸气变为饱和蒸气（即干蒸气），排气温度下降到冷凝温度，但压力不变。过热蒸气在冷凝器中放热变为液体，其放热过程经历三个阶段。
        （1）过热蒸气冷却为干蒸气。过热蒸气进入冷凝器放热的初阶段，由排气温度下降到冷凝温度（即该压力下的饱和温度），此时，过热蒸气被冷却成为干蒸气。
        （2）干蒸气冷凝为饱和液体。干蒸气在冷凝器内放出凝结热，逐渐变为饱和液体，但压力保持不变。如果继续冷却，则饱和气体再放出冷凝热，直到全部变成饱和液体。
        （3）饱和液体进一步冷却为过冷液体。在冷凝器的末端，蒸气已全部冷凝为饱和液体，但是由于制冷剂的冷凝温度总是比周围冷却介质的温度高，因此，饱和液体还将进一步被冷却介质冷却，使其成为温度低于该压力下饱和温度的过冷液体。
        3）冷凝器的种类、构造和工作原理
        根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为水冷式、风冷式（又称空气冷却式）和蒸发式三种类型。下面分别讨论它们的结构特点。
        （1）水冷式冷凝器。水冷式冷凝器是利用冷却水来吸收制冷剂蒸气的热量，使其冷凝成为液体的换热设备。由于自然界中水的温度一般比空气温度低，因此水冷式冷凝器的冷凝温度比较低，对压缩机的制冷能力和运行的经济性都比较有利。目前，对于制冷量大的机组，都采用这类冷凝器。常用的水冷式冷凝器有卧式壳管式冷凝器、立式壳管式冷凝器和套管式冷凝器等形式。
        ①卧式壳管式冷凝器，卧式壳管式冷凝器较普遍地应用于大、中、小型氨氟利品制冷系统中，尤其在船船制冷和空调制冷用冷凝机组、冷水机组中应用较为广泛。
        卧式壳管式冷凝器的外壳是用容器钢板卷制的大圆筒两端焊有圆管板，管板上钻有许多小孔，两板对应的小孔中装一根纯铜管或无缝钢管，并焊接固定。管板两端装有铸铁端盖，端盖上铸有分水肋，一般进水在封盖的下端，出水封盖的上端。在冷凝器内形成两个互相隔开的空间，冷凝管外壁与筒体内壁组成一个空间，制冷剂在此空间流动；另一个是由许多管子的内壁与两端封盖水室组成的空间，冷却水在此空间流动。制冷剂蒸气从筒体的上部流入，蒸气在筒内与冷凝管外壁接触，温度逐渐降低，凝结为液体，积聚在容器下部，然后由出液管输出。在冷凝器的前端盖底部还有两个放水闷头，供冬李制冷设备不用时放水用，以防冷却管结冰张裂。
        卧式壳管式冷凝器的优点包括传热系数高；冷却用水用量少；单位传热面积冷却水消耗量为0.5-0.9m3（m2·h）；占空间高度小，有利于有限空间的利用；结构紧凑，便于机组化；运行可靠；操作方便等。
卧式壳管式冷凝器的缺点包括泄漏不易发现；对冷却水水质要求高；水温要求低；清洗时要停止工作，卸下端盖才能进行；材料消耗量大，造价较高等。
        ②立式壳管式冷凝器。立式壳管式冷凝器直立安装，只适用于大中型氨制冷装置。它垂直放在室外混凝土的水池上。
        结构：立式壳管式冷凝器的外壳是由钢板焊成的圆柱形筒体，筒体两端焊有多孔管板，在两端管板的对应孔中用扩胀法或焊接法将无缝钢管固定严密，成为一个垂直管簇。
        壳体上有进气管、安全管等接头。中部有均压管、压力表管和混合气体管等管接头。下部有出液管和放油管接头。
        每根管口上装有一个带斜槽的由铸铁或陶瓷制成的导流管头。导流管头的作用是使冷却水呈膜状流动，即冷却水经导流管头斜槽沿钢管内壁形成薄膜水层呈螺旋状向下流动，从而延长冷却水流的路程和时间导流管凝器的结构。
        空气在管子中心向上流动,从而增强热量交换，提高冷却能力，节约用水。
        冷凝器运行时，要注意冷却水量要适宜。水量不宜过小，过小就不能形成连续水膜，从而降低传热性能并加速管壁的腐蚀和玷污；水量也不可过大，因为冷凝器的传热系数并不按此比例增加，反而造成浪费。
        工作流程：立式壳管式冷凝器工作时，冷却水经配水箱均匀地通过水分配装置，在自身重力作用下沿管内壁表面流下。
        来自油分离器的氨气从冷凝器上部进气管进入筒体的管间空隙，通过管壁与冷却水进行热交换。氨蒸气放出热量，在管外壁面上呈膜状凝结，沿管壁流下，经下部出液管流入储液器。
        冷凝器内混有的不凝性气体，需经混合气体管通往空气分离器。
        冷凝器内积聚的润滑油经放油管通往集油器，或随制冷剂液体一起进入储液器，保证凝结的氨液及时流往储液器。安全管、压力表管分别与安全阀和压力表连接，是压力容器安全操作的前提。
        优点：传热系数高，冷却冷凝能力强。若循环水池设置在冷却水塔下面，则可以简化冷却水系统，节约占地面积；可以安装在室外，节省机房面积；对冷却水质要求不高，并在清洗时不需要停止制冷系统的工作。
        缺点：立式冷凝器的用水量大，一般当冷却水温升高2～3℃时，冷凝器的单位面积冷却水量为1～1.7m³（㎡▪h），水泵耗功也相应地增加；金属消耗量大，比较笨重，搬运安装不方使；制冷剂泄漏不易发现；易结水垢，需要经常清洗；适用于水质差、水温较高而水量充足的大、中型氨制冷系统。
        ③套管式冷凝器。套管式冷凝器的结构是一个在一根直径较大的无缝钢管内穿一根或数根直径较小的钢管（光管成外肋管），再盘成圆形或椭圆形的结构，管的两端用特制接头将大管与小管分隔成互不相通的两个空间的热交换设备。
        制冷剂蒸气被冷却水吸收热量后，在内管外壁表面上冷凝，凝结的液体滴到外管底部，次流往下端出口。
        套管式冷凝器的优点：结构简单紧凑，便于制作和传热性能好等，它的传热系数可达1027～1163W/（㎡▪℃）。
        套管式冷凝器的缺点：金属耗量较大，冷却水的流动阻力较大，使用时要保持足够的冷却式输送压头，否则将会降低冷却水的流速和流量，引起制冷系统的冷凝压力上升，影响传热效果。为了进一步提高传热系数，目前试制了滚压薄壁肪片的内管。
        制冷机组在安装时，通常是将封闭式制冷压缩机安装在自管式冷凝器的中间，使整个机组占有较小的空间。
        以上所介绍的三种水冷式冷凝器中使用的冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当使用循环水时，需建有冷却水塔或冷却水池，使离开冷凝器的水不断得到冷却，以便重复使用。
        （2）空气冷却式冷凝器。以空气为冷却介质的冷凝器称为空气冷却式冷凝器，又称为风冷式冷凝器。
        结构：空气冷却式冷凝器一般采用D10mmx0.7mm～Dl6mmx1mm的铜管弯制成蛇形盘管。这种冷凝器的冷却介质是空气，故放热系数较小。为了减少管壁两侧放热系数过于悬殊的影响，需要增大空气侧的放热系数，所以在管外套有0.2～0.6mm的铜片或铝片作为肋片，套片间距通常为2～4mm。
        流程：空气冷却式冷凝器工作时，制冷剂蒸气从冷凝器上端的分配集管进入蛇形盘管内，自上而下的铜管管壁与管外垂直蛇形盘管吹入的助片间流动的空气进行热量交换，冷凝后的制冷剂液体从管下端流出。为了提高空气侧的传热性能，通常在冷凝器一侧加装风机，以提高空气侧的传热效果。
        空气冷却式冷凝器的最大优点是不需要冷却水，因此特别适用于缺水地区或者供水困难的地方。近年来，在中小型氟利昌制冷装置中，采用空气冷却式冷凝器的特别多，如家用空调、各类机房专用空调及行车降温空调制冷设备等。
        对于机房专用空调采用风冷式冷凝器，需要满足两个条件：①室内、外机单程管长小于60m；②室内，外机垂直高差为-5～+20m。
        此外，机房专用空调室外冷凝器的安装方式也有两种，分别是直立式和横放式。冷凝器横放时要注意四周的空间，以保证气流通畅，散热良好；当垂直安装及叠加安装时，可节省室外安装空间，只是散热效果没有横放式的好。
        室内机组与室外风冷冷凝器之间通过钢管连接组成密团的系统。冷凝器由热交换盘管风机和框架结构构成。通过附件的组件，能够实现维持冷凝压力一年四季基本稳定（压力开关或电于调速装置连续调速）。
        ①压控式。通过压力开关监测冷凝器内的压力，若压力高于17 bar（1 har =0.1Mpa），则风扇运转；若压力低于于14bar，则风扇停止运转。此类情况下风机开停频繁，嗓声较大，影响风机的使用寿命，而且系统压力波动频繁。
        ②调速控制。采用感压式无级调速拉制，室外机高压压力在14 ㎏f/cm2左右时风机起转，在20～24 ㎏f/cm2时达到满负荷转速，在14～18㎏f/cm2时调速性能为最佳状态。
        冷凝器的型号（即容量）应该根据安装地点所能够达到室外最高环境温度来确定。冷凝器的冷凝压力拉制附件应该根据安装地点所能够达到外最低环境温度来选择。
        风冷冷凝器是机房专用空调目前应用最为广说的冷凝方式。
        （3）蒸发式冷凝器。水冷式冷凝器需要大量的冷却水。随着工业生产的迅速发展，节约冷却水的消耗量已成为一个很重要的问题，特别是在缺水地区，这个矛盾更为突出。空气冷却式冷凝器虽然不需要冷却水，但是它的使用也有一定的局限性。因此，在一定情况下，有必要采用蒸发式冷凝器。在这类冷凝器中，制冷剂冷凝时放出的热量同时被水和空气带走。
        结构：蒸发式冷凝器的传热部分是用光滑管或翅片管组成的蛇形管组，制冷剂蒸气经气体集管分配给每一根蛇形管；冷凝液体则经液体集管流入储液器中。箱体的底部为一个水池，水池的水位用浮球液位控制器控制。
        流程：冷却水用循环水送至冷凝器管组上方，经嘴或重力配水机构喷淋到蛇形管组上面，沿冷凝器管的外表面呈膜状下流，最后汇集在水池中。当水流经冷凝器管组时，主要依靠水的蒸发使管内制冷剂蒸气冷却和液化。
        空气的作用：冷凝器管组使用通风机使空气由下而上地在水膜外表面吹过。其作用主要是将水膜表面蒸发的水蒸气及时带走，以及创造水膜能够连续不断蒸发的有利条件。
        管内制冷剂蒸气被冷却和液化时放出的热量首先传给水膜，使水膜蒸发，而水膜蒸发成水蒸气时就以潜热的方式把这部分热量连同水蒸气本身传给空气。
        补充新鲜水：循环水由于不断在冷凝器表面蒸发及被空气吹散夹带，因此需要经常补充新鲜水。由于循环使用的水不断蒸发，因此水池内水的含盐量也会越来越高。含盐量的增高将使管外侧结垢严重，热发式冷凝器应使用软水或经过软化处理的水，并且水池也需定期换水。
        根据蒸发式冷凝器的结构和通风机在箱体中的安装位置可分为吸风式和鼓风式两种类型。
        ①吸风式蒸发式冷凝器。吸风式蒸发式冷凝器是在箱体的顶部安装通风机，空气从箱体下部侧壁上的百叶窗口吸入，经冷却管组、挡水板，由通风机排出。
        ②鼓风式蒸发式冷凝器。鼓风式蒸发式冷凝器是在箱体下部或两端装有轴流风机向箱体内冷却管组吹风，流经冷却管组、挡水板后，从冷凝器上方排出空气。
        两种不同通风形式的比较：吸风式气流通过冷却管组比较均匀，箱体内保持负压，有利于冷却水的蒸发，传热效果较好。但通风机长期在高湿条件下工作，所以它的电动机要采用封闭型防水电动机。而鼓风式则需较大功率的电动机。
        优点：蒸发式冷凝器内空气的流动只是为了及时地带走冷却管外表面蒸发的水蒸气，使水膜能连续不断地蒸发，因此不需要过大的风量，否则会增大冷却水吹散的损失。通过冷却管间的空气流速一般可取3～5m/s。蒸发式冷凝器的散热能力不仅和制冷系统的工况有关，还与进口空气温度，尤其是湿球温度的高低有关。
        蒸发式冷凝器的单位面积热负荷一般为1396～1861W/m2，比水冷式冷凝器低。由于蒸发式冷凝器的用水量少，结构紧凑，可安装在厂房屋顶上，节省占地面积，所以它的应用日益增多。
        缺点：蒸发式冷凝器中冷却水不断循环使用，水温和冷凝压力都比较高；冷却水在管外发，易结水垢，清洗又较为困难，因此它适用于气候干燥和缺水地区，并要求水质好或者使用经过化处理的水。

        2.蒸发器
        1）蒸发器的功用
        蒸发器是一种低压设备，是制冷装置中的另一种热交换设备，装在毛细管和压缩机之间。在制冷系统中冷却介质的过程是在蒸发器上，因为液体制冷剂在蒸发器内沸腾汽化时，吸收与它接触的被冷却介质（水，空气或食品）的热量，使其降温，达到制冷的目的。
        蒸发器的热交换作用，是通过管壁把被冷却介质的热量传递给制冷剂，再通过压缩机的吸送，将被冷却物体的热量带走。因此，它的表面积越大，热传递的速度也就越快。当液态制冷剂经膨胀阀减压进入蒸发器后，只要被冷却介质的温度超过制冷剂的蒸发温度，液态制冷剂就会吸收它们的热量而汽化，从而使被冷却介质得到降温的效果。
        如果被冷却的介质是空气，那么蒸发器一方面降低空气的温度，另一方面如果蒸发器表面温度低于空气的露点温度，在含湿量不变的条件下，同时将空气中的水蒸气凝结分离出来，起到除湿的作用，蒸发器的表面温度越低，除湿效果越大。因此，在冷气加除湿型的空调器中就是用这个机理来降温除湿的。
        2）蒸发器中制冷剂的吸热过程
        当制冷剂节流后，由冷凝压力减压到蒸发压力，在节流过程中，由于只有小部分液态制冷剂变为蒸气，而大部分液态制冷剂来不及蒸发，因此，当湿气进入蒸发器时，其蒸气的含量约占10%，其余都是液体。在相应压力下，大量沸腾，而温度并不改变。随着湿蒸气在蒸发器内流动与吸热，液态制冷剂逐渐蒸发为蒸气，蒸气含量越来越多，当蒸气流至接近蒸发器出口时，一般已变为干蒸气。由于蒸发温度总是比室温低，存在传热温度差，干蒸气还会继续吸热。当制冷剂蒸气在蒸发器内全部蒸发成干蒸气时，蒸发器末端的温度将继续上升，变成过热蒸气。因此，蒸发器的出口端总是处于过热蒸气区，但只占蒸发器很小的一部分区域。
        3）蒸发器的类型和结构
        根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类。
        （1）冷却液体载冷剂的蒸发器。用于冷却液体载冷剂——水、盐水或乙二醇水溶液等。这类发器常用的有立管式蒸发器、螺验管式蒸发器、蛇管式蒸发器和卧式蒸发器等。
         ①立管式蒸发器。目前，立管式蒸发器还只用于氨剂冷装置中。立管式蒸发器各部分：全部由无缝钢管焊制而成。蒸发器列管以组为单位，按照不同的容量要求可以分为若干组。每一组列管上各有上下两根直较大的水平集管（一般选用D124mm*4mm的无缝钢管），上面的集管为蒸气集管，下面的集管称为液体集管。沿集管的轴向焊接有四排直径较小且两头稍有弯曲的立管（常选用D57mm×3.5mm或D38mm×3mm的无缝钢管），与上下集管接通；另外，沿集管的轴向每隔一定的间距焊接一根直径稍大（D76mm×4mm）的粗立管。上集管的一端焊有一个气液分离器，分离回气中的液滴，防止其进入制冷压缩机。气液分离器下液管与蒸发器的下集管相通，使得分离出来的液体能回到下集管。下集管的一端用一根平管与集油包相连。氨液从中间的进液管进入蒸发器，进液管一直插到D76mm立管的下部，便于使液体迅速进入蒸发管，并可利用氨液流进时的冲力增强蒸发器中氨液的循环。

        工作过程：较小管径的立管中的制冷剂的汽化强度大，促使氨液上升，相应地使在直径较大的立管中的氨液下降，形成循环对流。蒸发过程中产生的氨蒸气沿上集管进入气液分离器中，由于流速的减慢和流动方向的改变，使得蒸气中携带的液滴分离出来，饱和蒸气上升经回气管由制冷压缩机吸走，制冷剂液体则返回下集管中。润滑油积存在处于蒸发器最低位置的集油包中，定期放出。
        立管式蒸发器一般用于开式水或盐水循环系统中，蒸发器整体沉浸于盐水或水箱中。水箱可用厚6mm的钢板焊制或者采用钢筋混凝土结构。盐水或水在电动搅拌器的作用下流动，流速为0.5～0.75m/s，若对数平均温差取5℃，则在冷却淡水时，传热系数K为523～698W/（m2·℃）。
        ②螺旋管式蒸发器。螺旋管式蒸发器是将立管式蒸发器进行改进后的产品。螺旋管式蒸发器的基本结构和载冷剂的流动情况与立管式蒸发器相似，不同之处只是以螺旋管代替了立管。
        螺旋管式蒸发器在工作时，氨液由端部的粗立管进入下集管，再由下集管分配到各根螺旋管中。吸热汽化后的制冷剂经气液分离器分离，干饱和蒸气引出蒸发器，饱和液体再回到蒸发器的螺旋管内吸热。
        与直立管式蒸发器相比较，螺旋管式路发器具有焊接接头少、节省加工工时、结构紧凑、降低金属材料消耗等优点。当蒸发面积相同时，螺旋管式蒸发器的体积要比立管式蒸发器小得多。当水或盐水与管内制冷剂的对数平均温差为5℃时，在冷却淡水时其传热系数K为523～698W/（m2·℃）；在冷却盐水时，K为465～582W/（m2▪℃）。
        螺旋管式蒸发器的优点：螺旋管式蒸发器是水箱型氨蒸发器常用的一种，具有载冷剂容量大，冷量储存多，热稳定性好，可直接观察到载冷剂的流动情况，便于操作管理维修不会因结冰而冻坏设备等。
        ③蛇管式蒸发器。蛇管式蒸发器常用于小型氟利昂制冷装置。
        结构：蛇管式蒸发器按蒸发面积的需要由一组或几组铜管弯成的蛇形盘管组成。为了防止泄漏，所有连接处采用铜焊或者银焊焊接。蒸发器浸没在盛满载冷剂（水或盐水等）的箱体中，箱体一端装有搅拌器。节流后的氟利昂液体采用供液分配器向多组蛇形盘管供液，以保证各组蛇形盘管供液均匀。制冷剂液体从蒸发器上部进入，吸热汽化后的蒸气由下部导出，利用较大的回气流动速度将润滑油带回制冷压缩机。载冷剂在拌器的推动下循环，与管程内流动的制冷剂进行热交换。
        特点：由于蛇形盘管排得较密，载冷剂在循环流动时的流动阻力也较大，流速较慢，加之蛇形盘管下部充满制冷剂蒸气，使得这部分盘管传热面积不能充分利用，因此，平均传热系数较低。
        ④卧式壳管式蒸发器。卧式壳管式蒸发器主要用于冷却载冷剂，分为满液式蒸发器和干式蒸发器两大类。
        a. 满液式蒸发器。这类蒸发器在正常工作时，由于简体内要充注沿垂直方向70%～80%高度的制冷剂液体，因此称为“满液式”。满液式蒸发器的结构和冷热流体相对流动的方式与卧式壳管式冷凝器类似。在满液式蒸发器中，制冷剂走管外，载冷剂走管内，载冷剂下进上出。
        结构：其简体是用钢板卷焊成的圆柱形，两端焊有多孔管板，管极上胀接或焊接多根 D25mm×2.5mm～D38mm×3mm的无缝钢管。筒体两端的管板外再装有带分水肋的铸铁端盖，形成载冷剂的多程流动。一端端盖上有载冷剂进液、出液管接头，另一端端盖上有泄水、放气旋塞。管板与端盖间夹有橡皮垫圈，端盖用螺栓固定在筒体上。在筒体上部设有制冷剂回气包和安全阀、压力表、气体均压等管接头，回气包上有回气接头。简体中下部侧面有供液、液体均压等管接头（也有将供液口接到筒体上部，液体均压管在下集油包上）。筒体下部设有集油包，包上有放油管。在回气包与筒体间还设有钢管液面指示器。
        工作过程：制冷剂液体节流后进入筒体内管簇空间，与自下而上做多程流动的载冷剂通过管壁交换热量。制冷剂液体吸热后汽化上升回到回气包中进行气液分离。气液分离后的饱和蒸气通过回气管被制冷压缩机吸走，制冷剂液体则流出回气包进入蒸发器筒体继续吸热汽化。润滑油沉积在集油包里，由放油管通往集油器放出。