制冷技术设备的现状及其发展

冷凝器的现状研究性报告冷凝器(Condenser)制冷系统的机件，能把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。大部分汽车上的冷凝器安装在水箱前面。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。气体通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），让热量散失到四周的空气中，铜之类的金属导入性能强，常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片，加大散热面积，以加速散热。并通过风机加快空气对流的方式把热带走。一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把工质由低温低压气体压缩成高温高压气体，再经过冷凝器，在冷凝器中冷凝成低温高压的液体，经节流阀节流后，则成为低温低压的液体。低温低压的液态工质送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为高温低压的蒸汽，从而完成制冷循环。单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。全球泠凝器行业发展阶段的概况起源阶段20世纪20年代至70年代换热器最早起源于欧洲，早期产品（如蛇管式换热器）结构简单，传热面积小，体积大而笨重。随着制造工艺的发展，20世纪20年代出现了板式换热器，30年代瑞典制成螺旋板换热器。英国制成翘板式换热器。60年代中国和瑞典各自独立制成伞板换热器。70年代中期研制出热管式换热器。成形阶段20世纪70年代末至90年代初70年代末至90年代，我国已开始自行生产冰箱及空调，国内换热器行业开始发展。换热器生产工艺渐趋成熟与完善。产品结构形式与功能呈现多样化趋势。冰箱用换热器主要形式有丝管式、吹胀式、短片式及板管式等。空调用换热器主要形式有窗机整体式，分体挂壁式及分体立柜式用翘片管束式蒸发器、泠凝器。无氟发展阶段20世纪90年代为减少对大气臭氧的破坏作用，全球开始提出使用无氟制冷剂替代氟利昂制冷剂的要求（蒙特利尔相关约定）。从90年代中期开始，大多冰箱厂家开始投入无氟冰箱的研发与生产，冰箱用换热器开始执行五福标准。至90年代末，冰箱用换热器基本向无氟标准迈进，标志着冰箱用热换器无氟，绿色环保时代开始。环保节能阶段21世纪至21世纪以来，我国逐步成为世界冰箱、空调的主要生产基地，国内换热器行业进入繁荣发展阶段。产品生产技术与工艺不断创新与改进。近年来，绿色环保、高效节能已成为行业发展的重要主题。要求换热器结构功能设计上主要满足冰箱的变频、保鲜要求。应用现状蒸发式冷凝器在西方发达国家得到日益普遍应用，在国内的应用中，由于西北地区缺水的实际情况，目前蒸发式冷凝器在西北地区推广和应用较多，宾馆、办公楼、商场等民用建筑和印刷厂、喷漆车间、计算机房等工业建筑及果蔬保鲜、贮藏冷库、温室等农业建筑的冷却空调设备基本都采用了蒸发式冷凝器，啤酒、食品、饮料、制药、石油、化工等行业也越来越多的采用蒸发式冷凝器，据一些公司的应用数据显示，其冷凝效果好、节能节水的特点是显而易见的。存在的不足及解决方法蒸发式冷凝器的应用日趋增多，近年来，国内外研究不断深入，收到了良好的效果。但蒸发式冷凝器在使用过程中也存在一些问题，给用户带来一定的经济损失。蒸发式冷凝器在应用过程中存在的主要问题有：（1）结垢问题。由于蒸发式冷凝器结构紧凑，吸热快，换热效率高，结垢对其传热性能影响相当大。影响结垢的因素很多，换热面表面温度、表面粗糙度、表面结构、流体流动状态、pH值、流体温度、流体中杂质离子含量等都起着非常重要的作用。解决防垢的方法目前主要有：①化学方法，即在循环水中添加阻垢剂，如聚磷酸盐[Na5P3O10、（NaPO3)6等]、有机磷类阻垢剂（同碳二磷酸、羧基磷酸等）、有机低分子量聚合物阻垢剂（聚丙烯酸或钠盐等）；②物理方法，如磁处理技术、静电处理技术、超声波处理技术和电子除垢技术，表面改性技术也属于这一种；③增加预冷盘管段。一些蒸发冷厂家为了降低湿式热交换段的管壁温度，减缓垢的生成，采用增加预冷盘管段的方式，也可以起到比较好的防垢效果。预冷段一般放在脱水器的上部且采用翅片铜管，以提高比表面积和强化换热。但即使采用了防结垢技术,也必须时刻注意结垢情况,随时采取除垢措施,这样不仅可以提高冷凝器的传热效率,还可以延长蒸发式冷凝器的使用寿命。（2）腐蚀问题。蒸发式冷凝器外壳由于常年处于水与空气的潮湿环境下，易于腐蚀，如果腐蚀严重，不仅会影响生产过程的运行，而且将会给生产过程中带来巨大的经济损失，因此解决腐蚀问题，延长换热器的使用寿命。防腐的主要措施有：牺牲阳极法、化学镀Ni-P、表面涂层处理、改变材质等。（3）水量的合理分布问题。喷淋水的水量选择和均匀分布对蒸发式冷凝器换热效果有很大的影响，喷淋水量一般以单位宽度上的冷却水量来标示，由于国内产品性能不及国外产品，与国外产品相比，水量偏小，而且喷淋不够均匀?目前国内在这方面文献不多，要使水量匹配合理需作进一步理论研究。在水分配系统中，采用特大型防堵式喷淋嘴，取代数量众多的喷水孔，可大大简化水的分配系统，提高了效率，并且使用可靠，使维护容易，且维护费用降低。（4）风机问题。以往国产蒸发式冷凝器一般为吹风式结构，风机装在下面，由于挡水板设置不当，或用户操作不当，先开水泵后开风机，造成风机接线盒进水短路，使电机烧毁。现在采用吸风式较多，接线盒放在箱体外，避免与水接触，一般不存在上述问题，但对风机叶片要求较高，要能耐腐蚀。（5）振动与噪声问题。蒸发式冷凝器运行时的噪声主要来自4个方面：风机、水泵、水滴下落噪声和箱体综合噪声。其中风机产生的噪声最大。对风机的噪声处理，可以选用宽叶片设计的低噪声轴流风机以及增加排风消声器等措施。在噪声要求较高的场合，水滴下落可采用消声毯降低噪声，箱体噪声消除则可采用贴吸声材料的方式。由于管内走高压气体，若管束固定不牢，受高压气体冲击，易发生振动，产生较大的噪声。因此，应注意管束与箱体连接稳固，还可考虑在箱体的槽钢基础的固定螺栓上使用减震弹簧来降低噪声。（6）维护问题。蒸发式冷凝器对维护保养的要求相对较高,需要用户定期维护。由于藻类易在换热表面积聚，降低传热效率；此外，军团菌也是一种对人体有害的水源微生物，散发到空气中容易对呼吸道和肺部产生感染。所以必须定期清理水箱内杂物以保证水质要求，防止藻类和军团菌的产生。发展前景蒸发式冷凝器的发展首先应注意理论的创新和完善,寻求新理论的突破。在管式蒸发式冷凝器中，为了提高冷凝设备的整体性能，除了结构上的改变外，对管型的研制也是蒸发式冷凝器生产厂家创新求变提高设备性能的一种主要方式。随着研究的深入，强化传热管的种类也越来越多，在此以扭曲管为例，它作为一种新型强化传热元件，其内部的螺旋扭曲流道使管程流体产生以纵向旋转和二次旋流为主要特点的强扰动,使管内流体在温度梯度较大径向产生混合,使壁面处的温度梯度增大,从而实现强化传热。可见采用强化传热管（如图2所示）是目前一个重要的发展方向。水膜从管表面流过时，由于表面收缩张力的作用，不能完全润湿表面，这不但影响换热性能，还会造成“干斑”等现象。为了改善水膜在管表面的分布，一些厂家对换热盘管表面进行纳米亲水导热涂层处理，使水膜均匀地覆盖在整个盘管表面，减小水膜的厚度，提高传热性能。所以，管表面性质的改造也是蒸发式冷凝器发展的一个重要方面。此外，在海水淡化领域，有着同样工作原理的板式蒸发式冷凝器（结构如图3所示）也可以归于这一类，而且板式蒸发式冷凝器同样可用于制冷领域，其结构更为紧凑的特点，更适合于中小型系统特别是商用空调领域。为了改善其换热性能，可以采用板面的强化传热结构（如图4所示），它能改善流体流动状况，强化水与空气之间的传热传质过程，大大增强了热容量及传热性能，而且其强化传热依靠本身的特殊结构来完成，不需要任何额外的维护。以前蒸发式冷凝器的冷凝盘管大多采用热浸锌来防止腐蚀问题,近几年来国内有一些厂家的冷凝盘管采用了不锈钢材质,基本上解决了盘管的腐蚀问题,同时大大延长了使用寿命,减重达以20%上。从降低生产成本、减少腐蚀和减轻质量方面考虑,采用不锈钢材质是蒸发式冷凝器冷凝盘管的一个发展方向。对于我国蒸发式冷凝器的发展,应着重探索蒸发式冷凝器的原理和设计思想,结合中国国情引进先进的理论与制造技术,这样可以弥补我们技术上的不足,使我们在较短的时间内达到较高的发展水平。另外,冷凝器生产厂家、科研单位和需使用冷凝设备的企业相互合作,共同设计开发蒸发式冷凝器,也是蒸发式冷凝发展的一个方向。冷凝器生产厂家发挥他们在设计和制造蒸发式冷凝器方面的长处,科研单位发挥他们的理论和设计方面的长处,应用企业发挥他们在应用方面的长处,相互合作,相互配合,这对我国蒸发式冷凝器的发展应用大有好处。由于我国幅员辽阔,各地气候条件差异很大,而蒸发式冷凝器的冷凝效果受气候条件其影响较大,应结合这些具体情况来设计和制造蒸发式冷凝器，或根据各地条件改变蒸发式冷凝器的设备技术指标,即实现蒸发式冷凝器设计和制造的智能化。为实现这个目标,可以建立各地气候条件数据库,采用计算机辅助设计,这也是蒸发式冷凝器设计和制造的一个重要发展方向。总体来说,我国蒸发式冷凝器的开发和应用相对滞后,应用过程中也存在一些问题。但作为一种节能节水型换热设备，蒸发式冷凝器有着较好的应用前景，特别是近几年来电力资源紧张和水资源匾乏将促进有关蒸发式冷凝器的研究和应用,蒸发式冷凝器产品技术的成熟和进一步应用。对于那些需要进行精确控制的冷冻空调系统（如水源热泵空调、冷冻以及化工工艺流体的冷却等）和运行环境恶劣的场合，蒸发式冷凝器更容易满足工艺控制要求。工程应用表明，采用该产品替代传统的“水冷式冷凝器+凉水塔”方式，增加的初投资一般能在一年左右即可收回，经济效益明显。由于该设备加工工艺相对容易掌握，随着工艺水平的提高和防锈防垢技术的发展，该产品必将得到更广泛的应用。而蒸发式冷凝器的冷凝效果受气候条件其影响较大,应结合这些具体情况来设计和制造蒸发式冷凝器，或根据各地条件改变蒸发式冷凝器的设备技术指标,即实现蒸发式冷凝器设计和制造的智能化。为实现这个目标,可以建立各地气候条件数据库,采用计算机辅助设计,这也是蒸发式冷凝器设计和制造的一个重要发展方向。随着越来越多的领域开始对制冷类产品产生需求，蒸发器、冷凝器已被广泛地应用于更多不同的领域，如太阳能设施、汽车制冷设施以及船用制冷设施等。随着现代两器的产品结构、功能设计、材料替代及生产工艺的日新月异，可以预期未来蒸发器、冷凝器将具有广阔的应用发展前景。