蒸汽压缩式制冷循环四大部件之二冷凝器.ppt

制冷循环四大部件二 冷凝器 是制冷装置中的主要换热设备之一 冷凝器的种类和工作原理 冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却 使之液化 以便制冷剂在系统中循环使用 空气调节用制冷常用冷凝器 立式 用水量多 水质可差壳管式卧式 水质要好 水温低水冷式套管式 小型水冷系统淋水式 用水少 水质可差 空气干燥类型自然对流式风冷式强制对流式水 空气式 蒸发式 用水少 空气干燥 一 水冷却式冷凝器水冷式冷凝器是利用水冷却高压气态制冷剂而使之冷凝的设备 冷却水可以是地下水 地表水 经冷却后再利用的循环水 后者使用最为广泛 由于水的温度比较低 所以 采用水冷式冷凝器可以得到较低的冷凝温度 对制冷系统的制冷能力和运行经济性均有利 因此 制冷装置中目前多采用这种冷凝器 常用的水冷式冷凝器有壳管冷凝器和套管式冷凝器 现分别叙述如下 一 壳管冷凝器壳管冷凝器分卧式和立式两大类 1 卧式壳管冷凝器 卧室壳管冷凝器是水平方向装设的 筒体两端焊有钢板 板上焊接或胀接若干根传热管 该管采用的是 25mm 2 2mm或 38mm 3mm的无缝钢管 此外 筒体上也设有进气管 出液管 平衡管和安全阀等 高温高压的气体制冷剂由上部进入管束外部空间 冷凝后的液体由下部排出 卧式壳管冷凝器筒体两端管板的外面用带有隔板的 封盖封闭之 从而把全部管束分成几个管组 也称几个通程 冷却水从一端封盖的下部进入后 将顺序通过每个管组 最后从同一端封盖上部流出 这样 可以提高管内冷却水的流动速度 增加冷却水侧的吸热系数 同时 由于冷却水的行程较长 冷却水进出口的温差也可有较大提高 因此 可使冷却水的用量较少 氨卧式壳管冷凝器的管束采用光滑钢管 而佛里昂卧式壳管冷凝器的管束多采用轧有低肋的铜管 采用肋片的作用就是增大传热面积 泄水管 放空气管 进气管 均压管 无缝钢管 安全阀接头 压力表接头 放气管 冷却水出口 冷却水入口 放油管 出液管 图示为卧式壳管冷凝器 卧式壳管式冷凝器优点 传热系数较高 耗水量较少 占用空间高度较小 结构紧凑 操作管理方便 缺点 要求冷却水的水质要好 水温较低 清洗水垢时不太方便 需要停止冷凝器的工作 适用范围 目前除了大 中 小型氨制冷装置使用外 佛利昂制冷系统也多采用这种冷凝器 特别是压缩式冷凝机组中使用最为广泛 2 立式壳管式冷凝器 立式管壳式冷凝器的外壳是有钢板卷焊成的圆筒 筒上下两端各焊一块钢板 管间焊接或胀接有许多根 38mm 3mm或 57mm 3 5mm无缝钢管 如下图所示 安全阀接管 均压管即平衡管 混合气体管 放油阀 压力表 无缝钢管 胀接是指根据金属具有塑性变形的特点 用胀管器将管子胀牢固定在管板上的连接方法 多用于管束与锅筒的连接 工作过程是 将胀管器插入管子头 使管子头发生塑性变形 直至完全贴合在管板上 并使管板孔壁周围已发生变形 然后拔出胀管器 由于管子发生的是塑性变形 而管板仍然处在弹性变形状态 扩大后的管径不能缩小 而管板孔壁则要弹性恢复而使孔经变小 复原 这样就使管子与管板紧紧地连接在一起了 利用管端与管板孔沟槽间的变形来达到紧固和密封的连接方法 用外力使管子端部发生塑性变形 将管子与管板连接在一起 又叫胀管 目前 多采用胀管器胀接 冷凝器的构造如图所示 冷却水自上通入管内 吸热后排入下部水池 为使冷却水能够均匀地分配给各根钢管 冷凝器顶部装有配水箱 箱内设有均水板 每根钢管顶端装有一个带斜槽的导流管嘴 如图所示 冷却水通过斜槽沿切线方向流入管中 并以螺旋线状沿管内壁向下流动 这样 在钢管内壁能够很好的形成一层氺膜 不但可以提高冷凝器的 冷却效果 还可节省冷却水量 气态制冷剂从冷凝器外壳的中部进入管束外部空间 为了使气体易于与管束各根管的外壁接触 管束中可留气道 冷凝后的液体沿管束外壁流下 积于冷凝器的底部 从出液管流出 此外 冷凝器外壳上还设有液位指示器以及放空气阀 安全阀 平衡管和放油阀等管接头 立式壳管冷凝器 由于气态制冷剂从中部进入 其方向垂直于管束 能很好地冲刷钢管外表面 使之不致于形成较厚的液膜 故传热系数较高 立式壳管式冷凝器特点优点 1 垂直安装 占地面积小 2 无冻结危险 可安装在室外 不占用室内建筑面积 3 冷却水自上而下直通流动 便于清除铁锈和污垢 而且清洗时不必停止制冷系统的运行 对冷却水的水质要求不高 缺点 1 冷却水用量大 体型比较笨重 搬运不方便 制冷剂在里面泄漏不易发现 适用范围 目前我国大中型氨制冷装置中多采用 3 套管式冷凝器 单机制冷量小于25KW的氟利昂制冷机组中 目前多采用套管式冷凝器 例如柜式空调机 恒温恒湿机组等 其构造见右图 冷却水在内管中流动 流向为下进上出 高压气态佛利昂则由上部进入外套管内 冷凝后的液体从下部流出 这种冷凝器比较理想地进行逆流式换热 传热效果好 此外 套管式冷凝器还可以套放在全封闭制冷压缩机的周围 节省制冷机组的占地面积 套管式冷凝器特点 优点 结构紧凑 制造简单 价格便宜 冷凝液体再冷度较大 冷却水耗量较少 缺点 两侧流体的流动阻力均较大 且清除水垢较困难 适用范围 目前多用于单机制冷量小于25kW的小型氟利昂制冷机组中 二 空气冷式冷凝器 空气冷式冷凝器又称风冷式冷凝器 空气冷式冷凝器完全不需要冷却水 而是利用空气使气态制冷剂冷凝 制冷剂在风冷式冷凝器中的传热过程和水冷式冷凝器相似 分为降低过热 冷凝和再冷三个阶段 根据空气流动发生的原因不同 空冷式冷凝器有自然对流式和强迫对流式之分 强迫对流就是借助轴流风机或离心风机使空气以2 3m s的速度流动 空气冷却式冷凝器一般采用的是直径较小的铜管 10mm 0 7mm 16mm 1mm 弯制成蛇形盘管 或在铜管两端焊制半圆形弯头 蛇形盘管常采用 错列排列 气态制冷剂从上部进入肋管内 冷凝液从下部流出 空冷式冷凝器与水冷式冷凝器相比较 在冷却水充足的地方 水冷式设备的初次投资和以后的运行费用都小于空冷设备 当采用空冷式冷凝器时 由于夏季室外温度较高 约30 35 冷凝温度比较高 一般可达50 左右 为了获得同样的制冷量 制冷压缩机的容量需要大20 同时系统运行费用也较高 因此 空冷式冷凝器多用于小型制冷机组 对于移动式制冷机组以及缺水地区的中型佛利昂制冷系统 也有采用空冷式冷凝器的 风冷式冷凝器 翅片式冷凝器 丝管式冷凝器 风冷式冷凝器 汽车空调冷凝器 三 空气与水联合冷却式冷凝器 常见的空气与水联合冷却式冷凝器有淋激式冷凝器和蒸发式冷凝器等 1 淋激式冷凝器其又称为大气式冷凝器 它主要用于大 中型氨制冷系统中 三 蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器的传热部分采用光滑管簇组成的蛇形管组 管组装在由型钢和钢板焊制的立式箱体内 制冷剂蒸汽经气体集管分配给每一根蛇形管 冷凝液体经液体集管流入储液器中 另外用浮球阀控制水位 冷却水通过循环水泵送至冷凝管组上方 经喷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 最后集会到水池或水箱中 不断循环 冷却水流经冷凝器管组时主要靠水的蒸发使管内制冷剂蒸汽冷却冷凝 与此同时 用风机使空气由下而上地在水膜外表面吹过 空气的主要作用是将水膜表面 蒸发的水蒸气及时带走 以创造水膜能够连续不断蒸发的有利条件 蒸发器中水膜的作用是 起传热介质作用 管内制冷剂蒸气冷却冷凝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 另外 当空气的温度低于水膜表面温度时 空气也可以起到一定的冷却作用 挡水板的作用时减少水的吹散损失 循环水由于不断在冷凝器表面蒸发而被空气吹散夹带 故要不断补充新鲜水 冷却水的不断蒸发会使水池中的含盐量增大 并使管外侧结垢严重 蒸发式冷凝器应使用软化或经过软化处理的水 并且水池 中需定期换水 为了减少换热器表面结垢 在喷水机构下面设有过滤网 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气式 吹风式和有预冷式等型式 吸风式 吹风式 1 吸风式蒸发式冷凝器特点是 在箱体顶部安装通风机 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 吸风式气流通过冷却管组时比较均匀 箱体保持负压 有利于冷却水的蒸发 传热效果好 但是通风机长期处在高潮湿条件下工作 使通风机易于腐蚀 受潮而发生故障 所以它的电动机要采用封闭型防水电动机 2 吹风式蒸发式冷凝器特点是 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 吹风式蒸发式冷凝器具有吸风式蒸发式冷凝器不同的优缺点 并需要配置较大功率的电动机 3 有预冷的蒸发式冷凝器结构如课本图7 8 蒸发式冷凝器的优点是 1 与水冷式冷凝器相比 循环水量和耗水量减少 2 与风冷式冷凝器相比 其冷凝温度低 尤其是干燥地区更明显 蒸发式冷凝器的缺点是 1 蛇形盘管容易腐蚀 管外易结垢 且维修困维 2 既消耗水泵功率 又消耗风机功率 蒸发式冷凝器适用于缺水地区 可以露天安装 广泛应用于中小型氨制冷系统 二 冷凝器的传热及影响因素 一 冷凝器的传热冷凝器是用于制冷剂与热源间换热的主要设备之一 通过冷凝器向冷却介质 水或空气 放出的热量称为冷凝器负荷 即制冷循环系统中的有效制冷量 无效制冷量以及外界耗能所转换热量之和 在冷凝器中 由于压缩后的制冷剂过热蒸气向冷凝器传热壁面放出热量后被冷却 冷凝成液体 所以其放热量包括冷却显热和凝结潜热 其中凝结潜热占制冷剂放热量的80 以上 冷却介质作为冷凝器中的吸热流体 并起到向环境散热的作用 冷却介质主要靠显热传热 物体在加热或冷却过程中 温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量 称为 显热 它能使人们有明显的冷热变化感觉 通常可用温度计测量出来 如将水从20 的升高到80 所吸收到的热量 就叫显热 在物体吸收或放出热量过程中 其相态发生了变化 如气体变成液体 但温度不发生变化 这种吸收或放出的热量叫 潜热 潜热 不能用温度计测量出来 人体也无法感觉到 但可通过实验计算出来 饱和空气在放出热量后 一部分水蒸气会相变成液态水 而此时饱和空气温度并不下降 这部分放出的热量就是 潜热 二 影响冷凝器传热的因素 冷凝器负荷是制冷剂热流体通过间壁式热交换器壁面传向冷却介质的的换热量 其传热公式为 冷凝器传热量 冷凝器传热系数 冷凝器换热面积 冷凝器对数平均传热温差 1 制冷剂及流动 传热特性对冷凝器传热的影响2 冷却介质及流动特性对冷凝器传热的影响3 不凝性气体对冷凝器传热的影响4 换热面状态对冷凝器传热的影响5 冷凝器结构形式对冷凝器传热的影响 蒸发器与冷凝器思考题1 什么叫顺流 什么叫逆流 2 影响总传热系数的因素有哪些 3 传热基本公式中各量的物理意义是什么 4 影响蒸发器传热的主要影响因素有那些 5 说明蒸发器的作用和如何分类 6 比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器 各自的优点是什么 7 影响冷凝器传热的主要影响因素有那些 8 说明冷凝器的作用和分类 9 立式壳管式冷凝器上各管接头的作用是什么 10 举例说明如何强化换热器的换热效率 11 举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施 顺流和逆流时流体温度的变化a 顺流b 逆流 1 2 冷凝器传热量 冷凝器传热系数 冷凝器换热面积 冷凝器对数平均传热温差 详细计算过程参考传热学中换热器的选择计算部分内容 3 4 5 6 9 10 传热过程的强化 1 增大传热面积 2 增大对数平均温度度差 3 增大总传热系数 4 降低污垢热阻值 5 降低管壁热阻 11 蒸发盘管 主要用于冷库 绕片式蛇行管 套片式蛇行管 绕片式排管