蒸发式冷凝器的设计与应用

1、44制冷与空调第3卷第3卷第3期2003年6月蒸发式冷凝器的设计与应用晏刚马贞俊周晋吴亚卫白晓丹（西安交通大学能动学院制冷与低温工程系）M要本文介绍了蒸发式冷凝器的工作原理、传热计算、设计参数选择和结构设计中存在的问题.建议 在缺水地区使用慕发式冷凝器最为经济。关词蒸发式冷凝器传热计算设计THE DESIGN AND APPLICATION OF EVAPORATION CONDENSERYAN Gang MA Zhenjun ZHOU Jin WU Yawei BAI Xiaodan(School of Energy and Power Engineering, Xian Jiaotong

2、University)ABSTRACT This paper introduces the working principle and the calculation of heat transfer in the evaporation condenser. It also shows how to choose the design parameters of evaporation condenser and the problems existed in the design of structures. In the end, it suggests that using evapo

3、ration condenser is the most economical method in the areas of lack of water.KEY WORDS Evaporation condenser The calculation of heat transfer Design44制冷与空调第3卷44制冷与空调第3卷1前宫冷凝器是制冷装置中的主要热交换设备之一, 它的作用是将髙温高压制冷剂蒸汽的热量传递给 冷却介质并使其凝结成液体，其性能好坏直接影响 到制冷装置运行。它作为制冷装置的高温换热器, 与高温热源进行热量交换，在制冷模式下是将系统 产生和吸收的热量（直接或间接）排放

4、到高温环境 中去；而在制热模式下是将系统产生和从低温环境 吸收的热墩（直接或间接）排放到用热空间。冷凝器按其制冷介质和冷却方式，可以分为水 冷式，空气冷却式和蒸发式三种类型。蒸发式冷凝 器主要是利用冷却水集发时吸收潜热而使制冷剂 蒸气凝结。制冷剂蒸气在管内凝结时放出热最通 过油膜、管壁及污垢传给管外的水般，再通过水的 蒸发将热量传递给空气。蒸发时产生的水蒸气被 空气带走。冷却水的用量要比水冷式少得多，空气 的流量也不大。每1.1 kW的冷凝负荷需耍的循 环水量为6080 1/h,补充水量为35 1/h,空气 流量为100200 r/h,水泵及风机的功率为0.2 0.3kW。因此，蒸发式冷凝器特

5、别适用于缺 水地区，在气候干燥处更为有效。2工作原理蒸发式冷凝器主要有换热器，水循环系统及鼓 风机三部分组成，结构如图1所示。换热器是由光 管或翅片管组成的蛇形管组，管组装在一个由型钢 和钢板焊制的立式箱体内，上部装有喷水装置，底 部为一接水盘。制冷剂蒸气从蛇形管上面进入管 内，冷凝的液体则经集液管流入储液器中。接水盘 内利用浮球阀来调节补充水星，使其保持一定的水 位。冷却水用循环水泵压送到冷凝器的上方，经喷 嘴喷淋到蛇形管组的上面，沿蛇形管组的外表面成 膜层下流。水受热后一部分变成蒸汽，其余的水沿 蛇行管外表面流下，并汇集于下部的水盘内，经水 泵再送至喷嘴循环使用。当水流经蛇形管组时，由 于

6、水的气化吸热，使骨内的制冷剂蒸气冷却和液 化。为了强化换热效果，换热器上还装有鼓风机， 使室外空气自下而上的经蛇形管组，并由箱体的上 方排出。空气的作用主要是将冷凝器管外气化的 水蒸气带走，而当空气的温度低于水温时，它还可 以起一定的冷却作用。空气自下而上的从水膜表 面吹过时，除把水蒸气带走外，还夹带一部分小水滴。为了减少水的吹散损失，在箱体的上部装有挡 水板，它的作用是尽量把空气中夹带的水滴分离T 来。制冷剂在冷凝器中的冷却过程，实际上分成两 个阶段：由过热蒸气冷却为饱和蒸气，由饱和蒸气 再凝结为饱和液体或过冷液体。因此，为了减少冷 却水的消耗还可以在蒸发式冷凝器挡水板的上部 增加几排盘管，

7、使来自制冷压缩机的过热蒸气首先 在此盘管中得到冷却，使其达到接近冷凝压力下的 饱和温度，然后再进入下部盘管冷凝成饱和液体。 带有预冷盘管的蒸发式冷凝器的传热效果比没有 预冷盘管的蒸发式冷凝器增加10 %。图1蒸发式冷凝器的结构示意图3蒸发式冷凝器的传热计算3.1制冷剂在管内冷凝时的换热系数 当制冷剂为氨时，可以按公式(1)求取a, = 8688gJ 2右0.33(1)其中4制冷剂在管内冷凝时的热负荷，且9.d,传热管内径，do传热管外径, q。冷凝器单位面积的热负荷。3.2水膜与间壁间的传热系数aw和管子外表面 与水膜之间的换热童Q工程上为了计算方便，对常温下的水喷淋，水 膜与间壁间的传热系数

8、选用下列经验公式为：% 二 217(2&)1/3 其中G喷淋液塩，L管长，”一第一排 管数。管子外表面与水膜之间的换热哉：Q - auFoHg - tw)(3) 其中心一传热管外表面温度，纭一传热管内 表面温度，F。一冷凝器换热面积。3.3油垢的热阻心和管外水垢的热阻r。的选取 对于制冷剂氨，一般取心二(3. 5-6.0) * 10-4m2K/W,钢管外表水垢热阻可取ro = (4.0- &0) * lOfK/W,拊背外表面的水垢热阻可取 ro=(l.0-3.0) * 10_4m2-K/Wo3.4冷却水膜与流动空气间的换热冷却水膜与流动空气间不仅有显热交换，而且 还有质量交换而引起的潜热交换。

9、对这种同时有 热质交换的换热过程，换热量可以用式(4)计算：Q =- hw)Fw(4)其中Fw是水膜与空气间的接触面积，且Fw = 仇尸。， 131.5；A是与水膜温度有关的系 数,按下表选取值范围为0.990.94；。是水膜与 空气间的质交换系数，参考文献3来计算是 水膜表面饱和空气熔值Ms是流动空气的平均熔 值。3.5传热系数怎及传热面积F。的计算如果忽略水膜的热阻，则蒸发式冷凝器的传热 用:可表示为Q = gg - tm)k = F 讥11氐+可+宀兀辽如果考虑从制冷剂蒸汽到冷却水膜的传热，则 传热量也可表示为(7)Q =怎F。(“ - tw)通常，由上述公式(5)与(6)或公式(刀与(

10、8)可 联立求解心，但由于和丐都是心的函数，所以 不能直接求解，只用图解法。其方法是假设若干个 水膜温度心，根据给定的条件做出两条F = f (九)的曲线，它们的交点即为给出水膜温度rw和 传热面积F。，再代入公式(5)或公式(7),便可以得 到蒸发式冷凝器的传热量。4蒸发式冷凝器主要设计参数的选择4.1冷凝温度和进风湿球温度的选择在一定的冷凝热负荷下，制冷剂蒸气的冷凝温 度和进风湿球温度关系很大，而进风湿球温度又与 各地的气候条件有关。为此，按机械工业部1982第3期晏刚尊：蒸发式冷凝器的设计与应用 45 年制定的蒸发式冷凝器标准，冷凝温度取35 V，进 风湿球温度取27 Vo 4.2关于配

11、风量的选取配风斌是指风量与制冷量之比。配风慑与进 口空气湿球温度有关，进口空气湿球温度越高，要 求配风量也越大，但考虑到节约能源，国内外都趋 向于选用较小的配风量。1982年机械工业部制定 的蒸发式冷凝器标准委求配风星小于45.3 m3/ lOOOkJo4.3关于配水啟的选取配水僦是指喷淋水屋与制冷量之比。配水量 应能保证使水全部润湿换热表面，过多的配水量只 会增加水泵的功率和水的飞散损失。1982年机械 工业部制定的蒸发式冷凝器标准规定最大配水量 不超过 0.043 m3/lOOOkJo 5蕉发式冷凝器的应用由于以往蒸发式冷凝器多应用于大型的氨制 冷系统，使得蒸发式冷疑器的应用较少，加之国产

12、 蒸发式冷凝器的质童普遍不高，换热效率没有体现 其应有的优势，且存在水质问题，通常运行几年后 就会出现外壳腐蚀和换热管结垢等问题，影响其寿 命。而目前，已有一些生产厂家在结构上对其 进行了完善，使之应用于中央空调机组。在空调机 组内装有一种特制材质制作的蒸发式冷凝器，用自 来水或者循环水喷在蒸发式冷凝器上，使其材质变 湿，当完全流经时水分蒸发，吸收空气中的热童，从 而使空气达到冷却降温之效果。它具有表面冷却 及蒸发冷却二次冷却的功能，又具有一定的加湿功 能。蒸发式冷凝器的工作环境在室外，且高温潮 湿，易于腐蚀，因此其上箱体和下箱应保证足够的 镀锌厚度。由于管子表面上的水不断蒸发易结垢, 而结垢

13、将大大降低蒸发式冷凝器的换热性能，为 此，可以采取以下的措施来解决蒸发式冷凝器 的结垢问题：a、采用悬臂型蒸发式冷凝器：主机在起停的 过程中，由于冷凝器蛇形管存在看压力差和温度 差，导致铜管产生伸缩超直效应，由于铜材、垢质膨 胀系数差别很大，因而悬臂型蒸发式冷凝器有自动 脱垢的功能。在运行过程中由于制冷剂在冷凝器 中发生两相转换产生高频震动，因此很难形成结垢 核心，导致水垢无法附着管壁。b、冷凝器制作时进行预膜防垢处理，可有效 的阻止污垢晶体在铜管表面上附着。c、采用少楚连续排水装置，将冷却循环水的 钙离子的浓缩倍数控制在一定范围内，有效的防止 垢质的析出。d、设置预冷器，使冷凝器管的表面蒸发

14、温度 在40匸以下，采用大水暈，密集型布水器，确保冷 凝器管表面时刻被水膜包覆，无干涸点。e、设登档水板，使较高温度的冷凝俘上无水 沾附，可有效地预防冷凝器结垢。6结论在蒸发式冷凝器的设计过程中，应整体考虑， 其中设计的关键是水垠、风最和热负荷的合理匹 配。随着国产冷凝器的性能的不断提高，不仅在氨 制冷系统使用，而且在氟利昂中央空调系统也将大 嚴使用，尤其是在缺水地区使用蒸发式冷凝器，最 为经济，应用前景将会十分广阔。第3期晏刚尊：蒸发式冷凝器的设计与应用 45 第3期晏刚尊：蒸发式冷凝器的设计与应用 45 参考文献1 吴业正，韩宝琦制冷原理及设备西安：西安交通大学出版社,1997.2 王东屏

15、蒸发式冷凝器的设计大连：大连铁道学院学报,1999. No. 3.3 张祉祐.制冷原理及设备.北京：机械工业出版社,1987.4 余江海等蒸发式冷嚴器应用现状及存在问题探讨制冷技术,2001. No. 2.5 马丽霞等蒸发式冷嚴式家用中央空调机组的实验研究.陕西建筑,2002. No. 1.作者单位: 刊名：英文刊名： 年，卷(期): 被引用次数:西安交通大学能动学院制冷与低温工程系蒸发式冷凝器的设计与应用作者：晏刚，马贞俊晏刚， 马贞俊，周晋，吴亚卫， 白晓丹，YAN Gang MA Zhenjun, ZHOU Jin, WUYawei, Bai Xiaodan制冷与空调REFRIGERAT

16、ION AND AIR-CONDITIONING2003,3(3)22次参考文献(5条)1. 吴业正;韩宝琦 制冷原理及设备19972. 王东屏蒸发式冷凝器的设计19993. 张祉祜制冷原理及设备19874. 余江海蒸发式冷凝器应用现状及存在问题探讨期刊论文-制冷技术2001(02)5. 马丽霞蒸发式冷凝式家用中央空调机组的实验研究2002本文读者也读过10条)1. 王少为.刘震炎.Wang Shaowei Liu Zhenyan 一种蒸发式冷凝器的新型设计方法期刊论文-制冷与空调2002,2(4)2. 王富铭蒸发式冷凝器的应用期刊论文-中氮肥2010(2)3. 朱冬生.沈家龙.蒋翔.唐广栋.

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