蒸發(fā)式冷凝器簡(jiǎn)介

1、蒸發(fā)式冷凝器簡(jiǎn)介:蒸發(fā)式冷凝器是從冷卻塔改進(jìn)而來(lái)，其操作原理和冷卻塔基本相同，主要由換熱器、水 循環(huán)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)三部分組成（如下圖）。蒸發(fā)式冷凝器是以蒸發(fā)冷凝和顯熱交換為基礎(chǔ)， 冷凝器頂部布水系統(tǒng)不斷向下噴淋冷卻水， 在換熱管表面形成水膜，換熱管和管熱流體發(fā)生顯 熱交換并將熱量傳遞到管外冷卻水，同時(shí)換熱管外冷卻水和空氣混合，冷卻水向空氣放出蒸發(fā) 潛熱（主要換熱方式）而冷卻，從而使流體冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度，其冷凝溫度可比 冷卻塔水冷式冷凝器系統(tǒng)低3-5 C。美國(guó)ASHRAM統(tǒng)與設(shè)備手冊(cè)指出“蒸發(fā)式冷凝是效率 最高的冷卻方式”。管被冷卻介質(zhì)：氨、氟里昂等用戶要求的冷卻介質(zhì)?？?Utl 口

2、空弋en9*禍辭制出口n芍水蒂watf7n之帚水鼻空*Utl 口空弋en9*禍辭制出口n芍水蒂watf7n之帚水鼻St3* 衿列AB7優(yōu)點(diǎn)：冷凝效果好：蒸發(fā)潛熱大，空氣與制冷劑逆向流動(dòng)傳熱效率高。蒸發(fā)式冷凝器以環(huán)境的濕球溫度為驅(qū)動(dòng)力利用盤管水膜的蒸發(fā)潛熱換熱，使冷凝溫度接近環(huán)境的濕球溫度，其冷凝溫度可比冷卻塔水冷式冷凝器系統(tǒng)低3-5 C ,比風(fēng)冷式冷凝器低8-11 T ,這大降低了壓縮機(jī)功耗,使系統(tǒng)能效比提高10%-30%節(jié)水：利用水的汽化潛熱換熱，其循環(huán)用水量少，考慮到吹散損失、排污換水等，耗水 量為一般水冷式冷凝器的5%-10%節(jié)能：蒸發(fā)式冷凝器冷凝溫度受限于空氣濕球溫度，而濕球溫度一般比

3、干球溫度低8-14 C,加上上側(cè)風(fēng)機(jī)給設(shè)備部造成的負(fù)壓環(huán)境，其冷凝溫度較低，故壓縮機(jī)功耗比低，而冷20%-40%凝器的風(fēng)機(jī)、水泵動(dòng)力消耗都低，相對(duì)于其他冷凝器，蒸發(fā)式冷凝器可以節(jié)能20%-40%初投資和運(yùn)行費(fèi)用都低：蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，不需要冷卻塔，占地面積小，制造時(shí)易 于形成整體，給安裝維護(hù)帶來(lái)方便。應(yīng)用現(xiàn)狀：蒸發(fā)式冷凝器在西方國(guó)家應(yīng)用較為廣泛，在國(guó)的應(yīng)用中，由于西北地區(qū)缺水的實(shí)際情況， 蒸發(fā)式冷凝器在西北地區(qū)推廣和應(yīng)用較多，賓館、辦公樓、商場(chǎng)等民用建筑和廠房車間及冷庫(kù)、 溫室等的冷卻空調(diào)設(shè)備基本都采用了蒸發(fā)式冷凝器，啤酒、食品、飲料、制藥、石油、化工等 行業(yè)也越來(lái)越多的采用蒸發(fā)式冷凝器。

4、 在較為濕熱的中南地區(qū)則顯得不足， 經(jīng)一些專家和研究 開(kāi)發(fā)人員的理論研究和實(shí)際改進(jìn)，證明蒸發(fā)式冷凝器在中南地區(qū)一樣也能取得較好的使用效 果。當(dāng)傳統(tǒng)冷凝器工作不正?；蛐枰膿Q時(shí)，采用蒸發(fā)式冷凝器也較多。研發(fā)問(wèn)題：結(jié)垢問(wèn)題:蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，結(jié)垢對(duì)其傳熱性能影響相當(dāng)大。腐蝕問(wèn)題:蒸發(fā)式冷凝器外殼由于常年處于水與空氣的潮濕環(huán)境下，易于腐蝕。水量的合理分布問(wèn)題：噴淋水的水量選擇和均勻分布對(duì)蒸發(fā)式冷凝器換熱效果有很大的 影響，如果噴淋水量不足，易于在換熱管表面結(jié)垢；如果噴淋水量過(guò)大，水膜厚度增加， 會(huì)增大水膜傳熱熱阻。風(fēng)機(jī)問(wèn)題：以往國(guó)產(chǎn)蒸發(fā)式冷凝器一般為吹風(fēng)式結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)裝在下面，由于擋水

5、板設(shè)置 不當(dāng)，或用戶操作不當(dāng)，先開(kāi)水泵后開(kāi)風(fēng)機(jī)，造成風(fēng)機(jī)接線盒進(jìn)水短路，使電機(jī)燒毀。現(xiàn) 在多采用吸風(fēng)式，接線盒放在箱體外，避免與水接觸，一般不存在上述問(wèn)題，但對(duì)風(fēng)機(jī) 葉片要求較高，要能耐腐蝕。振動(dòng)與噪聲問(wèn)題：蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行時(shí)噪聲來(lái)源有：風(fēng)機(jī)、水泵、冷卻水下落噪聲和箱 體綜合噪聲，主要是風(fēng)機(jī)噪聲。性能研究：影響蒸發(fā)式冷凝器性能的因素有結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有：盤管尺寸、盤管 截面形狀、盤管材料、盤管布置形式等；運(yùn)行參數(shù)主要有：風(fēng)量、噴淋水量、管冷凝流體流量 等。結(jié)構(gòu)參數(shù)分析：目前蒸發(fā)式冷凝器主要有板式和管式兩種形式。 板式蒸發(fā)式冷凝器具有結(jié)構(gòu)緊湊， 換熱效 率高的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是流道較

6、窄，容易堵塞，尤其是在含塵量大的環(huán)境中，隨之時(shí)間的增加， 流動(dòng)阻力變大，容易堵塞，使其換熱效率降低。板式蒸發(fā)式冷凝器難做到布水均勻，表面結(jié)構(gòu)， 維護(hù)困難。管式蒸發(fā)式冷凝器優(yōu)點(diǎn)是布水均勻，易形成穩(wěn)定水膜，流道較寬，不易堵塞，流動(dòng) 阻力?。黄淙秉c(diǎn)是換熱效率低于板式蒸發(fā)式冷凝器。高效傳熱管的研制，管型的改進(jìn)和管表面性質(zhì)的改造是蒸發(fā)式冷凝器發(fā)展的一個(gè)重要方 面，改變壁面粗糙度和管型結(jié)構(gòu)，增加空氣湍流度，能起到強(qiáng)化傳熱的效果。螺旋槽管橫紋管扎槽管扭曲管在管型改進(jìn)方面，出現(xiàn)了橢圓管、異滴形管、波紋管和交變曲面波紋管等新型高效盤管在材質(zhì)研制方面，冷凝盤管大多采用熱浸鋅來(lái)防止腐蝕， 近年來(lái)國(guó)廠家通過(guò)采用不銹鋼

7、材 質(zhì)基本上解決了盤管的腐蝕問(wèn)題，并大大延長(zhǎng)了使用壽命，減輕了重量。管排方式方面，盤管正方形順排時(shí)，氣流容易從橫向管間隙中短路流出，而縱向管間隙中 沒(méi)有氣流流過(guò)；盤管三角形叉排時(shí)，管間氣流分布非常均勻，故應(yīng)盡可能采用三角形叉排方式 布置盤管。管間距的影響：管間距越小，氣流速度梯度越大，導(dǎo)致分布不均甚至產(chǎn)生渦流，流阻較大 且不利于傳熱，但單位體積可排布更多的傳熱管，從而縮小設(shè)備體積；管間距增大到合適時(shí)， 氣流流場(chǎng)分布均勻，傳熱效率會(huì)相應(yīng)較高，空氣流阻也不大，性能較佳；管間距過(guò)大時(shí)，氣流 速度梯度又過(guò)小，同樣導(dǎo)致分布不均，不利于傳熱且流阻基本不變，體積也相應(yīng)增大，但管間 距大時(shí)設(shè)備制造容易，清洗維

8、護(hù)簡(jiǎn)單。合理的管間距要依據(jù)實(shí)際情況的需要，進(jìn)行選擇。運(yùn)行參數(shù)分析：2.1來(lái)流流場(chǎng)對(duì)蒸發(fā)式冷凝器性能能影響的研究：在蒸發(fā)式冷凝器工作過(guò)程中，蒸發(fā)發(fā)生于水膜與空氣接觸界面上，為引起水分子在界面上 的汽化，必須有一推動(dòng)力。在蒸發(fā)式冷凝器工作過(guò)程中，水溫和空氣溫度極其接近，且空氣中 水蒸氣分壓較高，水處于一種非飽和或近飽和狀態(tài)，水膜部熱質(zhì)推動(dòng)力很小，在水-空氣界面上溫差和濕度差也很小，因此其主要傳熱傳質(zhì)推動(dòng)力依靠水膜外空氣的流動(dòng)。氣流速度場(chǎng)直接決定水向空氣的蒸發(fā)速度，這對(duì)以潛熱為主冷卻制冷劑、以傳質(zhì)帶動(dòng)傳熱的蒸發(fā)式冷凝器傳熱有決定性作用， 來(lái)流流場(chǎng)正是通過(guò)影響蒸發(fā)式冷凝器空氣狀態(tài)來(lái)影響傳熱 和流動(dòng)的。

9、2.2水分布對(duì)蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)的影響：噴淋密度對(duì)蒸發(fā)式冷凝器的傳熱傳質(zhì)有一個(gè)最小噴淋密度的操作條件要求。 這個(gè)最小 噴淋密度就是使蒸發(fā)式冷凝器達(dá)到較好傳熱性能的噴淋密度最佳值， 它基本不受迎面風(fēng)速的影 響。噴淋密度過(guò)小時(shí)，換熱管表面水膜覆蓋不均勻，局部水膜厚度薄，影響蒸發(fā)換熱；噴淋密度過(guò)大時(shí)，換熱管表面水膜過(guò)厚，水膜熱阻變大，阻礙換熱，故噴淋冷卻水要達(dá)到最佳噴淋密 度最合適。蒸發(fā)式冷凝器循環(huán)冷卻水溫不一定和補(bǔ)水溫度相等，可能大于也可能小于。蒸發(fā)式冷凝器水盤中循環(huán)冷卻水溫度達(dá)到穩(wěn)定是需要一段時(shí)間的，主要受空氣的濕球溫度影響，但循環(huán)冷卻水溫度最終會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。在相同的操作條件下，加入填料，

10、循環(huán)冷卻水溫度降低，蒸發(fā)式冷凝器傳熱傳質(zhì)系數(shù)分別提高。填料的加入，增大了水-氣接觸面積，提高了空氣的利用率，進(jìn)而提高了蒸發(fā)式冷 凝器的整體傳質(zhì)性能。典型蒸發(fā)式冷凝器介紹:1.板式蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器的壓降損失主要存在于介質(zhì)冷凝后氣液兩相流的流動(dòng)。在管冷凝流動(dòng)時(shí)，隨著蒸汽和冷凝液的比例不斷變化，在不同的汽速下，可能出現(xiàn)分層流或環(huán)狀流等流型，這些因 素導(dǎo)致了很大的壓降損失并增加了熱阻，不利于冷凝傳熱；而在板片冷凝時(shí)，由于流體重力作 用，冷凝液將流向板片底部，板片壁形成很薄的一層液膜，這樣就可以使板片長(zhǎng)期處于一種高 換熱狀態(tài)，消除了盤管式冷凝器由于盤管底部冷凝流體和油液的停留而造成的不良影響。板

11、式蒸發(fā)式冷凝器的傳熱主要是依靠板壁外表面水膜蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)冷卻冷凝的目的，而噴淋冷卻水在板壁表面更容易形成連續(xù)性降膜，液體薄膜具有傳熱傳質(zhì)系數(shù)高，熱流密度大，過(guò)程時(shí) 間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。如果采用合適的板片結(jié)構(gòu)，板外連續(xù)水膜在下降過(guò)程中，在流動(dòng)空氣 的影響下受到干擾將發(fā)生不穩(wěn)定波動(dòng)， 波動(dòng)表面溫度分布不均將產(chǎn)生熱毛細(xì)力效應(yīng)，即馬蘭格尼效應(yīng)，增大了傳熱效率。水膜和空氣溫度隨壁面熱流密度的增大而升高 ，在氣-液相界面處，溫度梯度不連續(xù)，而 溫度始終連續(xù)；氣-液相界面處傳熱的形式以水蒸發(fā)傳質(zhì)引起的潛熱傳熱為主、空氣顯熱傳熱 為輔，且傳熱熱阻主要集中于水膜，減小水膜的厚度、改進(jìn)水膜的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)提高蒸發(fā)式冷凝

12、 器的性能有重要影響；在空氣流速（2-4m /s）圍，水分蒸發(fā)量隨風(fēng)速增大而增大，在恒定的水 膜流量下，氣流流速的增加可增大氣-液相界面相對(duì)速度，加快氣-液接觸面的更新過(guò)程；從 分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來(lái)看，空氣分子動(dòng)能變大，勢(shì)能減小，兩方面的共同作用使水、氣的化學(xué)勢(shì) 差增大，導(dǎo)致水膜的波動(dòng)頻率和幅度增大，加劇空氣和水膜之間的熱質(zhì)交換程度，形成“毛細(xì) 誘導(dǎo)的蒸發(fā)”，其傳熱量相對(duì)于自由表面降膜蒸發(fā)可增加一個(gè)至幾個(gè)數(shù)量級(jí) 冷凝器板間的熱流密度隨冷卻水噴淋密度的增大而先增大后減小，存在一個(gè)最佳的噴淋密度。噴淋密度小時(shí)，傳熱板表面沒(méi)有被噴淋水完全覆蓋，局部表面溫度過(guò)高而存在“干斑”，傳熱方式“風(fēng)冷”傳熱效率低

13、；噴淋密度過(guò)大時(shí)，水膜厚度過(guò)厚，水膜熱阻變大，熱流密度隨 之變小，故布水量要合理。板式冷凝器板間空氣和水并流時(shí)傳熱效果最好，逆流次之，錯(cuò)流最差。并流時(shí)，水膜貼壁 流，是典型的連續(xù)性降膜，下降水膜受剪切力的影響被空氣掠帶變薄熱阻減小，熱流密度隨風(fēng) 速的增大而增大；逆流時(shí)，水膜受風(fēng)拖滯，水膜厚度變厚，熱阻變大；逆流時(shí)空氣和水兩相流的湍動(dòng)加劇，能部分消弱下降水膜因受拖滯變厚而增大熱阻的不利影響，所以逆流比錯(cuò)流換熱效果好。板冷凝壓力隨冷卻循環(huán)水噴淋密度、 風(fēng)速的增大而減小。蒸汽對(duì)角進(jìn)出時(shí)冷凝壓力比同側(cè) 進(jìn)出時(shí)有所升高。蒸汽對(duì)角進(jìn)出時(shí)的熱流密度比蒸汽同側(cè)進(jìn)出時(shí)大， 更有利于板表面溫度的均勻分布， 提高

14、換熱效率。蒸發(fā)式冷凝器的冷凝能力主要取決于空氣的濕球溫度和干濕球溫差，熱流體冷卻的極限是空氣入口的濕球溫度。濕空氣的干球溫度變化主要取決于空氣和噴淋水膜之間的顯熱交換，而潛熱交換對(duì)空氣干球溫度的變化影響很小。波紋板的結(jié)構(gòu)對(duì)液膜的流動(dòng)形式有重要影響，選用尺寸較大、凹槽較淺的波紋板有利于水膜的均勻分布和增加局部傳熱、傳質(zhì)速率。填料組合板元蒸發(fā)式冷凝器：增加了板間空氣流道的距離，并在其中加入填料代替金屬板 片進(jìn)行傳熱。利用填料代替金屬板片進(jìn)行傳熱不僅提高了設(shè)備的換熱性能還降低了產(chǎn)品成本。用填料代替板片進(jìn)行傳熱，噴淋水落到填料表面形成水膜，與流動(dòng)空氣進(jìn)行對(duì)流傳熱傳質(zhì)， 研究表明循環(huán)水溫度對(duì)蒸發(fā)式冷凝器

15、傳熱傳質(zhì)的影響很大，循環(huán)水溫度降低1.1-2.0 C，在相同操作條件下，冷凝器的傳熱傳質(zhì)系數(shù)可以分別提高 7.2%-16.9%和34.5%-63.4%。在板間加裝 填料進(jìn)行傳熱，增加了氣液兩相的接觸面積，提高了空氣與噴淋水間的傳熱傳質(zhì)，有效的降低 了循環(huán)水溫度和產(chǎn)品成本，從而提高了設(shè)備的傳熱性能和經(jīng)濟(jì)性。2.套管蒸發(fā)式冷凝器的理論研究：套管蒸發(fā)式冷凝器是一種新型的換熱器，它結(jié)合了套管式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)， 具有節(jié)水，節(jié)能，傳熱能力比蒸發(fā)式冷凝器更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，更利用了換熱空間，使得傳熱能力大 大增強(qiáng)。在相同情況下，它的熱流密度大約為蒸發(fā)式冷凝器的1.5倍。正太集團(tuán)開(kāi)發(fā)的套管蒸發(fā)式冷凝器經(jīng)試

16、驗(yàn)證明機(jī)組性能系數(shù)達(dá)4.5 5.0，比現(xiàn)有機(jī)組高20%- 85%水泵配置電機(jī)功率減少30%- 60%。III崗壓氣體制冷劑循坯冷卻水III崗壓氣體制冷劑循坯冷卻水外營(yíng) 耗結(jié)的制滄劑a itt圖套管蒸發(fā)式冷凝器換熱管結(jié)構(gòu)示意圖套管蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)及工作原理：套管蒸發(fā)式冷凝器所用的換熱管由管和外管組成，比 普通的蒸發(fā)式冷凝器的換熱管部多了管， 更充分地利用了部的換熱空間，使得制冷劑的一部分 熱量可以傳遞給管中的冷卻水。 考慮到制冷劑在水平管（外管）凝結(jié)時(shí)會(huì)形成分層流，為了防止 管被外管下部液池所淹沒(méi)，該套管式結(jié)構(gòu)采用了偏心布置（管在外管圓心偏上）。冷凝器運(yùn)行時(shí)， 高溫高壓的制冷劑蒸氣進(jìn)入外管形成的環(huán)形通道，在管的外壁和外管的壁凝結(jié)，將熱量傳遞給 管中流動(dòng)的冷卻水和噴淋到外管外壁上的冷卻水膜。而外管外壁上冷卻水膜與空氣之間的熱質(zhì)傳遞過(guò)程與傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器相同。顯然，這種套管式的換熱盤管結(jié)構(gòu)使得在同樣的換熱體積 比單管結(jié)構(gòu)多出了管部分的換熱面積， 從而較傳統(tǒng)的單管結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)式冷凝器具有更為緊湊的 結(jié)構(gòu)，具備