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1、蒸发式冷凝器的研究现状及其应用2009-11-1320:39:26
2、分类：制冷知识
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4、字号大中小订阅朱冬生，孙荷静，蒋翔，吴治将（华南理工大学，化学与化工学院，传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州510640）摘要：本文介绍了不同形式的冷凝器，并比较了其特点，重点阐述了蒸发式冷凝器的原理、结构及特点，分析了蒸发式冷凝器的应用及研究状况，总结了其在应用过程中存在的问题与解决方法，并对蒸发式冷凝器的进一步发展做出了展望。关键词：蒸发式冷凝器应用研究现状；中图分类号：TQ025献标识码：A引言随着工业的发展，我国水资源和能源都非常紧张，节能被称为是水、
5、煤、石油和天然气之外的“第五能源”，而我国各类工业过程和设备中涉及的制冷过程耗能现象十分严重，相同的冷凝负荷，往往得比国外多消耗几倍的能量。工业生产中冷却用水占70%以上，冷却用水直接排放会造成热污染、经济和资源浪费，目前节水节能已成为我国的一项基本国策。蒸发式冷凝器就是冷却水重复利用的关键设备之一；另外，能源危机和水环保也促进了蒸发式冷凝器的研究和应用。1冷凝器概况简介冷凝器的型式按冷却方式可把冷凝器分为三大类:空气冷却式冷凝器,水冷式冷凝器,空气与水联合冷却式冷凝器。1.1空气冷却式冷凝器这类冷凝器简称为风冷式冷凝器,制冷剂放出的热量由空气带走,制冷剂
6、在管内冷凝。由于空气的对流传热系数很低,故在盘管外侧通常加肋片以增加空气侧的传热面积。这种冷凝器的传热系数比较小,冷凝温度较高,使冷凝压力升高,制冷机效率降低。空气冷却式冷凝器的最大优点是不需冷却水,因此特别适用于缺水地区或者供水困难的场合。1.2水冷式冷凝器用水作为冷却介质,使高温高压的气态制冷剂冷凝的设备,称为水冷式冷凝器。水冷式冷凝器的冷凝温度较风冷式冷凝器低,这对压缩机的制冷能力和运行的经济性都比较有利,目前在国内工业制冷系统中得到了广泛应用。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。由于水资源短缺,目前普遍采用循环水的形式。使用循
7、环水时,需设有冷却水塔等装置,使离开冷凝器的水得到冷却降温,以便重复循环使用。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型式。1.3空气与水联合冷却式冷凝器1.3.1淋水式冷凝器冷却水通过配水槽流到换热管组上,以水膜的形式往下流,水蒸发带走热量,即水以显热和潜热的方式起到冷却作用。但由于水膜外的空气,并不是在风机作用下以较高的速度流过,影响了水的蒸发,传热的效果较差。由于传热管之间需保持较大的距离使空气畅通,故这种冷凝器占地面积大,金属耗量大,目前生产和使用较少。1.3.2蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础,温
8、度不同的两股流体(空气和水)混合时便放出蒸发潜热,引起较热流体(水)发生冷却,这种冷却效应是借一部分液体变成汽态因而放出蒸发潜热来实现。蒸发式冷凝器是从凉水塔改进而来的,其操作原理和凉水塔基本相同,但相对于凉水塔,由于它省去冷却水在冷凝器中显热传递阶段,使冷凝温度更接近空气的湿球温度,其冷凝温度可比冷却塔水冷式冷凝器系统低3～5℃,这可大大降低压缩机的功耗,其循环水用量减少,只有凉水塔的三分之一左右。蒸发式冷凝器主要由换热器、水循环系统及鼓风机三部分组成，结构如图1所示。传热部分的换热器是一个蛇形管组，装在一个立式箱体内，箱体的底部为水盘。（1)换热盘管。
9、蒸发式冷凝器一般用光管，但随着对换热管的不断研究，出现了椭圆管、异滴形管、波纹管和交变曲面波纹管等新型高效盘管（如图2）。（2）风机。蒸发式冷凝器有吸风式和送风式两种，吸风式的风机装在箱体顶上，优点是箱体内维持负压，水的蒸发温度比较低，但风机处于潮湿气流中，容易引起腐蚀。（3)喷淋水管和喷嘴。喷淋水的水量配置和均匀布水对蒸发式冷凝器盘管的换热效果有很大影响。根据经验，喷淋水量以能全部润湿盘管表面、形成连续的水膜为最佳，以获得最大的传热系数，并减少水垢。（4)挡水板。挡水板将热湿空气中带的水滴挡住，减少水的吹散损失，一般一个高效挡水板能控制水的损失率为水循环
10、总量0.002--0.2%。图1异型管式蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器是将进入换热盘管的高温高压制冷剂蒸汽冷凝。盘管顶部的布水系统不断的将冷却水喷淋到蛇形盘管表面，形成薄层水膜，吸收管内制冷剂热量部分蒸发，未蒸发的冷却水回落到水箱进行下一次循环；新风从底部的格扇进入箱体，流经换热盘管将蒸发的水分带走，在冷凝器顶部以饱和湿空气的形式排出。蒸发式冷凝器将风冷和水冷，传热与传质融为一体，是水冷式冷凝器和冷却塔一体化结构的高效冷凝设备。具有以下几个特点：（1)节水。它充分利用水的汽化潜热，一般的水冷式冷凝器每lkg冷却水能带走16.75-25.12kJ热量，而lkg水在
11、常压下蒸发能带走约2428kJ热量，因而蒸发式冷凝器理论耗水量仅为
