作用:冷凝器是一個(gè)制冷劑向外放熱的熱交換器,其作用是使壓縮機(jī)排出的高壓高溫制冷劑蒸汽液化,變?yōu)楦邏阂后w制冷劑。制冷劑在冷凝器中放出的熱量包括兩部分:通過蒸發(fā)器從被冷卻物體吸取的熱量;在壓縮機(jī)中被壓縮時(shí),外界機(jī)械功轉(zhuǎn)化的熱量。
種類:按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分:
▲ 水冷式冷凝器:立式管殼、臥式管殼、套管式;
▲ 空冷式;
▲ 水空冷:如蒸發(fā)式、淋水式;
▲ 制冷劑蒸發(fā)或其它工藝介質(zhì)冷卻。
利用水作為冷卻介質(zhì),使高溫高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝的設(shè)備,稱為水冷式冷凝器。由于自然界中水溫一般比較低,因此水冷式冷凝器的冷凝溫度較低,這對(duì)壓縮機(jī)的制冷能力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都比較有利。目前制冷裝置中大多采用水冷式冷凝器。其中冷卻水可以一次流過,也可以循環(huán)使用。當(dāng)使用循環(huán)水時(shí),需建有冷卻水塔或冷卻水池,以使離開冷凝器的水再冷卻。
常用的水冷式冷凝器有式管殼式、立式管殼式及套管式等型式。
1. 臥式管殼式冷凝器
◆ 構(gòu)造及工作原理
其主體部分如圖所示。它的外殼是一個(gè)由鋼板卷制焊接成的圓柱形筒體,筒體的兩端焊有兩塊圓形的管板,兩個(gè)管板鉆有許多位置相對(duì)應(yīng)的孔,在每對(duì)相對(duì)應(yīng)的孔中裝入一根管子,管子的兩端用脹接法或焊接法緊固在管板的管孔內(nèi),這樣就組成了一組直管管束。
臥式管殼式冷凝器水平放置,其結(jié)構(gòu)如圖所示。制冷劑蒸汽在管子外表面上冷凝,冷卻水是在泵的作用下在管內(nèi)流動(dòng)。制冷劑蒸汽從上部(進(jìn)氣管)進(jìn)入筒體,凝結(jié)成液體后由筒體下部出液管流入貯液器中。正常運(yùn)行時(shí),筒體的下部只存少量液體。但對(duì)于小型制冷裝置,為了簡(jiǎn)化設(shè)備,也可不另設(shè)貯液器,而讓冷凝器筒體下部兼有一定貯液作用,少裝幾排管子即可。冷凝器的出液管接在筒殼的下部。對(duì)于氨冷凝器,通常在筒體下面還焊有一個(gè)集污包,以便集存潤(rùn)滑油及機(jī)械雜質(zhì)。
臥式管殼式冷凝器的兩端用兩個(gè)端蓋封住。端蓋內(nèi)有分水隔板。兩個(gè)端蓋的分隔互相配合,實(shí)現(xiàn)了冷卻水的多管程流動(dòng)。冷凝器的管程數(shù)一般為偶數(shù),這樣冷卻水的進(jìn)、出口就設(shè)在同一個(gè)端蓋上,而且冷卻水從下面流進(jìn),上面流出。端蓋上部的放空氣旋塞是在開始充水時(shí)用來排除管內(nèi)空氣的,下部的泄水旋塞是在冷凝器停止作用時(shí),用來排除其中的水,以防管子被腐蝕或凍裂。
◆ 優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊,傳熱系數(shù)K大,冷卻水用量少,操作管理方便;
應(yīng)用廣泛,適用于大、中、小型氨和氟里昂制冷裝置中;
小型氟里昂壓縮機(jī)和冷凝器一般做成壓縮冷凝機(jī)組,安裝方便,占地面積小。
缺點(diǎn):對(duì)水質(zhì)要求高,水溫要低;冷卻水流動(dòng)阻力較大;清洗水垢不便,需停機(jī)操作。
2. 立式管殼式冷凝器
◆ 構(gòu)造及工作原理
這種冷凝器直立安裝,只用于大中型氨制冷裝置,其結(jié)構(gòu)如圖所示。同臥式相比,立式的不僅是直立安裝,而且兩端沒有端蓋,水及氨的流動(dòng)方式也有所不同。
氨蒸汽從冷凝器外殼的中部偏上處進(jìn)入圓筒內(nèi)的管外空間,冷凝后液體沿管外壁從上流下,積在冷凝器底部,經(jīng)出液管流入貯液器。冷卻水從上部進(jìn)入冷凝器管內(nèi),但水并不充滿鋼管的整個(gè)斷面,而是呈膜狀沿管內(nèi)壁流下,排入冷凝器下面的水池中,一般再用水泵壓送到冷卻水塔中循環(huán)使用。
為了使冷卻水均勻地分配到每根鋼管中,冷凝器頂部裝有配水箱,每根鋼管的管口上裝有一只具有分水作用的導(dǎo)流管嘴,如圖所示。冷卻水通過導(dǎo)流管嘴上的斜槽流入管中,并以螺旋線狀沿管內(nèi)壁流下。這樣在管內(nèi)壁能夠很好地形成一層水膜,充分吸收制冷劑的熱量,既提高了冷凝器的冷卻效果,又節(jié)省了用水。與臥式冷凝器類似,在立式的外殼上設(shè)有進(jìn)氣、出液、放空氣、均壓、放油和安全閥等管路接頭,與相應(yīng)的管路和設(shè)備連接。
◆ 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu):傳熱系數(shù)K較高(但小于臥式);垂直安裝,占地面積??;無凍結(jié)危險(xiǎn),可安裝在室外,不占室內(nèi)空間;對(duì)水質(zhì)要求不高,易于除垢,可以在運(yùn)行中清洗水管。
缺:冷卻水用量大;體積大,比較笨重;冷凝管內(nèi)水流速低,易結(jié)水垢,露天安裝時(shí),灰砂易落入,需要經(jīng)常清洗。
3. 套管式冷凝器
主要用于小型氟里昂空調(diào)機(jī)組,且單機(jī)制冷量一般小于25 kW。
◆ 構(gòu)造及工作原理
套管式冷凝器由兩種不同直徑的管子套在一起組成,外管多為φ50 mm的無縫鋼管,管內(nèi)套有一根或幾根鋼管或低肋鋼管(稱內(nèi)管)。套成后,在彎管機(jī)上繞成螺旋形狀。制冷劑蒸汽從上部進(jìn)入外管的空間,在內(nèi)管外表面冷凝,凝結(jié)液從下部流出。冷卻水由下部進(jìn)入內(nèi)管,吸熱后從上部流出。這樣就與制冷劑成逆向流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了理想的逆流換熱,因此傳熱系數(shù)K較高。
◆ 優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu):逆流換熱,傳熱效果好,K高;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,可套放在壓縮機(jī)周圍,不占專門位置,節(jié)省了壓縮冷凝機(jī)組的占地面積。
缺:凝結(jié)液積存在管內(nèi)下部,使傳熱面得不到充分利用;單位傳熱面積的金屬耗量大;清洗水垢困難。
4. 管殼式冷凝器的發(fā)展趨勢(shì)(加強(qiáng)換熱措施)
(1) 長(zhǎng)徑比的變化:一般L/D=6~9;
(2) 采用新型冷凝管,以強(qiáng)化傳熱
繞金屬絲的翅化管,用d=1.5mm的鋼絲繞在Φ16×1.5的鋼管上,比光管換熱系數(shù)提高60~100%;冷凝管翅片外緣開有鋸齒形缺口,F(xiàn)↑,液膜↓。在Φk和水量相同的情況下,節(jié)約50%銅管,體積減小1/3。
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