冷凝器

第一章冷凝器与蒸发器第一节冷凝器第一节冷凝器一、制冷循环系统1、组成：根据蒸气压缩式制冷原理构成的单级蒸气压缩式制冷循环系统，是由不同直径的管道和在其中制冷剂会发生不同状态变化的部件组成，串接成一个封闭的循环回路，在系统回路中装入制冷剂，制冷剂在这个循环回路中能够不停地循环流动。2、制冷循环过程3、制冷系统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷二、热交换设备概念：实现两种（或两种以上）温度不同的流体之间互相传热的设备。其中冷凝器：过热蒸汽液体{在制冷系统中，冷凝器是一个使制冷剂向外放热的换热器。压缩机的排气（或经油分离器后）进入冷凝器后，将热量传递给周围介质——水或空气，制冷剂蒸气冷却凝结为液体。}三、冷凝器的传热及影响因素1、冷凝器的传热冷凝器负荷：通过冷凝器向冷却介质（水或空气）放出的热量。热力学角度：Qk=有效制冷量+无效制冷量+外界耗能所转换热量传热学原理：Qk=汽体冷却热+凝结热（80%以上）+（液体过冷热）制冷剂流体冷却介质环境2、影响冷凝器的传热因素换热设备的基本传热公式为Q——换热设备的传热量（W）；K——传热系数[W/(㎡·K)]；F——换热设备传热面积（㎡）；△tm——对数平均温差（K）。（1）制冷剂及其传热特性影响因素：A、制冷剂特性比热-大时，单位制冷剂携带热量多，转移热量能力大，传热系数大。（正比）密度-大时，单位制冷剂携带热量多，转移热量能力大，传热系数大。（正比）导热系数-大时，能减少导热热阻，增大传热系数。（正比）粘度-大时，增大流动阻力，传热性能降低。（反比）B、传热特性膜状凝结-是指若冷凝液能润湿壁面，则在壁面上形成一层液膜，称为膜状凝结。形成液膜，热阻增大，放热系数降低。珠状凝结-是指若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，称为滴状凝结。无液膜形成，热阻较小。相同温下，其放热量是膜状凝结的15～20倍。制冷剂蒸汽在冷凝器中的凝结主要属于膜状凝结，液膜层越往下越厚，液膜对流传热，提高传热能力的关键是减薄液膜层的厚度。（2）冷却介质及流动特性主要影响因素：冷却介质种类：水、空气水冷式冷凝器的传热性能优于空冷式冷凝器，并且冷凝压力要低，有利于制冷系统的安全工作。流速：最佳流速——水=0.8～1.5m/s空气=2～4m/s（流速过大，阻力损失大，泵与风机耗能大）（3）不凝性气体若蒸汽中含有空气或制冷剂与润滑油在高温下分解出来的不凝气体，当制冷剂蒸汽凝结成液体时，不凝性气体随之降温但仍是气体状态，则冷凝器壁面被气体层遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。为防止冷凝器中积聚过多的不凝性气体，在通常的制冷装置中都装有空气分离器，用来及时排除不凝结气体，对小型氟利昂制冷装置，为使系统简化，也可以在冷凝器上设置放空气管。(4)传热面状态光滑、清洁的冷却壁面放热系数较大。(5)冷凝器的结构形式应有利于凝结液膜的分离与减薄。小结1、冷凝器负荷2、影响冷凝器传热的因素三、冷凝器的类型立式：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）水冷式冷凝器概念：利用水吸收制冷剂放出的冷凝热量的冷凝器叫做水冷式冷凝器。水：地表水、地下水。一次使用、循环使用或部分循环使用。用循环水时，必须配有冷却塔或冷水池，保证水不断得到冷却。分类：壳管式、套管式、螺旋板式1、立式壳管式冷凝器多用于氨制冷系统，垂直安放；传热系数高、冷却冷凝能力大、可安放在室外，节省面积；用水量大，对水质要求不高，清洗时无需停机、金属耗量大、笨重、泄漏不易发现、易于结垢；适用于水质差、水温较高而且水量充足的地区的大中型氨系统。工作流程制冷剂：上进下出，走管间。冷却水：上进下出（配水箱－管束－水池），走管内。分水器结构立式壳管式冷凝器立式壳管式冷凝器进水2、卧式壳管式冷凝器普遍应用于大、中、小型的氨、氟利昂制冷系统中，尤其是船舶制冷和空调制冷用的冷凝机组、冷水机组中应用较为广泛。氨用卧式壳管式冷凝器壳体内采用由多跟Ｄ25*2.2mm或D38*3mm无缝钢管组成的横卧管簇，筒体两端盖配有分水筋，端盖和筒体端面夹有橡皮垫圈并由螺栓固定。冷却水从一端端盖下部进入，按顺序流过每个管组，最后从同一端盖上上部流出过程中，要往返4～10个回程。这样做既可以提高管内冷却水的流速，从而提高传热系数，又使使高温的制冷剂蒸气从壳体上部的进气管进入管束间与管内冷却水进行充分的热交换。冷凝下来的液体从下部出液管流入贮液筒。工作流程制冷剂：上进下出，走管间。冷却水：同侧下进上出，走管内。氟用卧式壳管式冷凝器(结构与氨用相似)管簇采用紫铜管或是无缝钢管铜管：导热系数大于钢管、延展性好、光滑，液体流动阻力小、价格高。3、套管式冷凝器：由不同的直径的管子套在一起，并弯成一定形状的冷凝器。氨用套管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器套管式冷凝器是由两种不同直径的无缝钢管或两种不同直径的铜管套装在一起而组成的，外套管直径一般为φ57×3mm，内管直径为φ38×3.5mm。工作原理：制冷剂蒸气在套管间冷凝，冷凝液从下边引出，冷却水在直径较小的管道内自下而上流动，与制冷剂成逆流式，传热效果好。工作流程:制冷剂：上进下出，走管间。冷却水：下进上出，走管内。氨用套管式冷凝器：用管件将直径不同的无缝钢管连接成同心圆的套管，再由此套管连接而成。内管与次一程内管用U型弯管连接。氟用套管式冷凝器：直径较大的无缝钢管内穿一根或数根直径较小的铜管，在盘成圆形或椭圆形。（二）空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。这种冷凝器适用于极度缺水或无法供水的场合，常见于小型氟利昂制冷机组。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。制冷剂蒸气从冷凝器上端的分配集管进入蛇形盘管内，自上而下地通过管壁与管外垂直盘管吹入的肋片间流动的空气进行热量交换，冷凝后的制冷剂液体从管下端流出。（三）空气与水联合冷却式冷凝器蒸发式冷凝器：其换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的。按空气流动方式可分为吸入式和压送式。适用于气候干燥和缺水地区，并要求水质好。蒸发式冷凝器工作时，制冷剂蒸汽从上部进入蛇形管组，在管内凝结放热并从下部出液管流入贮液器。而冷却水由循环水泵送到喷水器，从蛇形盘管组的正上方向盘管组的表面喷淋，通过管壁吸收管内冷凝热量而蒸发。设在箱体侧面或顶部的风机强迫空气自下而上掠过盘管，促进水的蒸发并带走蒸发的水分。蒸发式冷凝器喷嘴四、冷凝器的选型取决于当地的水温、水质、水量、气候等自然条件和制冷剂的种类。实际工程中要根据工艺要求和各种类型冷凝器的特点及适用范围，综合比较衡量后来决定较合理的选用方案。冷凝器选择计算的目的：是通过热力计算和传热计算，确定其传热面积，从而选用合适的冷凝器，以及通过流体动力计算，确定冷却介质的流量和流过冷凝器的阻力损失，从而选择泵或风机的容量及功率。小结1、三大类冷凝器的主要类型和工作原理及适用条件。2、冷凝器的选用