制冷空調設備主要部件有:
主要設備:壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構、蒸發(fā)器;
輔助設備:干燥過濾器、油分離器、集油、回熱器、氣液分離器、儲液器等。
冷凝器是制冷裝置的主要熱交換設備之一。冷凝器的作用:是將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑過熱蒸氣冷卻及冷凝成液體。制冷劑在冷凝器中放出的熱量由冷卻介質(水或空氣)帶走。
按照冷凝器使用冷卻介質和冷卻方式的不同,有水冷式、空氣冷卻式和蒸發(fā)式三種。
水冷卻式冷凝器
水冷式冷凝器是利用水冷卻高壓氣態(tài)制冷劑而使之冷凝的設備。冷卻水可以是地下水、地表水、經冷卻后再利用的循環(huán)水,后者使用最為廣泛。由于水的溫度比較低,所以,采用水冷式冷凝器可以得到較低的冷凝溫度,對制冷系統(tǒng)的制冷能力和運行經濟性均有利。因此,制冷裝置中目前多采用這種冷凝器。
常用的水冷式冷凝器有殼管冷凝器和套管式冷凝器,現分別敘述如下。
(一)殼管冷凝器
殼管冷凝器分臥式和立式兩大類。
1.臥式殼管冷凝器
臥室殼管冷凝器是水平方向裝設的,筒體兩端焊有鋼板,板上焊接或脹接若干根傳熱管,該管采用的是φ25mm×2.2mm或φ38mm×3mm的無縫鋼管。此外,筒體上也設有進氣管、出液管、平衡管和安全閥等。高溫高壓的氣體制冷劑由上部進入管束外部空間,冷凝后的液體由下部排出。
臥式殼管冷凝器筒體兩端管板的外面用帶有隔板的封蓋封閉之,從而把全部管束分成幾個管組(也稱幾個通程),冷卻水從一端封蓋的下部進入后,將順序通過每個管組,最后從同一端封蓋上部流出。這樣,可以提高管內冷卻水的流動速度,增加冷卻水側的吸熱系數;同時,由于冷卻水的行程較長,冷卻水進出口的溫差也可有較大提高,因此,可使冷卻水的用量較少。
氨臥式殼管冷凝器的管束采用光滑鋼管。而氟利昂臥式殼管冷凝器的管束多采用軋有低肋的銅管,采用肋片的作用就是增大傳熱面積。
臥式殼管式冷凝器優(yōu)點:傳熱系數較高,耗水量較少,占用空間高度較小,結構緊湊,操作管理方便。
缺點:要求冷卻水的水質要好、水溫較低,清洗水垢時不太方便,需要停止冷凝器的工作。
適用范圍:目前除了大、中、小型氨制冷裝置使用外,氟利昂制冷系統(tǒng)也多采用這種冷凝器。特別是壓縮式冷凝機組中使用最為廣泛。
2.立式殼管式冷凝器
立式管殼式冷凝器的外殼是有鋼板卷焊成的圓筒,筒上下兩端各焊一塊鋼板,管間焊接或脹接有許多根φ38mm×3mm或φ57mm×3.5mm無縫鋼管。如下圖所示。
脹接是指根據金屬具有塑性變形的特點,用脹管器將管子脹牢固定在管板上的連接方法。多用于管束與鍋筒的連接。工作過程是:將脹管器插入管子頭,使管子頭發(fā)生塑性變形,直至完全貼合在管板上,并使管板孔壁周圍已發(fā)生變形,然后拔出脹管器。由于管子發(fā)生的是塑性變形,而管板仍然處在彈性變形狀態(tài),擴大后的管徑不能縮小,而管板孔壁則要彈性恢復而使孔經變?。◤驮@樣就使管子與管板緊緊地連接在一起了。利用管端與管板孔溝槽間的變形來達到緊固和密封的連接方法。用外力使管子端部發(fā)生塑性變形,將管子與管板連接在一起,又叫脹管。目前,多采用脹管器脹接。冷凝器的構造如圖所示:
冷卻水自上通入管內,吸熱后排入下部水池。為使冷卻水能夠均勻地分配給各根鋼管,冷凝器頂部裝有配水箱,箱內設有均水板。每根鋼管頂端裝有一個帶斜槽的導流管嘴,如圖所示。冷卻水通過斜槽沿切線方向流入管中,并以螺旋線狀沿管內壁向下流動,這樣,在鋼管內壁能夠很好的形成一層氺膜,不但可以提高冷凝器的;冷卻效果,還可節(jié)省冷卻水量。
氣態(tài)制冷劑從冷凝器外殼的中部進入管束外部空間,為了使氣體易于與管束各根管的外壁接觸,管束中可留氣道。冷凝后的液體沿管束外壁流下,積于冷凝器的底部,從出液管流出。此外,冷凝器外殼上還設有液位指示器以及放空氣閥、安全閥、平衡管和放油閥等管接頭。
立式殼管冷凝器,由于氣態(tài)制冷劑從中部進入,其方向垂直于管束,能很好地沖刷鋼管外表面,使之不致于形成較厚的液膜,故傳熱系數較高。
立式殼管式冷凝器特點
優(yōu)點:1.垂直安裝,占地面積小;
2. 無凍結危險,可安裝在室外,不占用室內建筑面積;
3.冷卻水自上而下直通流動,便于清除鐵銹和污垢,而且清洗時不必停止制冷系統(tǒng)的運行,對冷卻水的水質要求不高。
缺點:冷卻水用量大、體型比較笨重、搬運不方便,制冷劑在里面泄漏不易發(fā)現。
適用范圍:目前我國大中型氨制冷裝置中多采用。
3.套管式冷凝器
單機制冷量小于25KW的氟利昂制冷機組中,目前多采用套管式冷凝器。例如柜式空調機、恒溫恒濕機組等,其構造見右圖。
冷卻水在內管中流動,流向為下進上出,高壓氣態(tài)氟利昂則由上部進入外套管內,冷凝后的液體從下部流出。這種冷凝器比較理想地進行逆流式換熱,傳熱效果好。此外,套管式冷凝器還可以套放在全封閉制冷壓縮機的周圍,節(jié)省制冷機組的占地面積。
套管式冷凝器特點:
優(yōu)點:結構緊湊、制造簡單、價格便宜、冷凝液體再冷度較大、冷卻水耗量較少。
缺點:兩側流體的流動阻力均較大,且清除水垢較困難。
適用范圍:目前多用于單機制冷量小于25kW的小型氟利昂制冷機組中。
風冷式冷凝器
空氣冷式冷凝器
空氣冷式冷凝器又稱風冷式冷凝器, 空氣冷式冷凝器完全不需要冷卻水,而是利用空氣使氣態(tài)制冷劑冷凝。制冷劑在風冷式冷凝器中的傳熱過程和水冷式冷凝器相似,分為降低過熱、冷凝和再冷三個階段。根據空氣流動發(fā)生的原因不同,空冷式冷凝器有自然對流式和強迫對流式之分。強迫對流就是借助軸流風機或離心風機使空氣以2~3m/s的速度流動。
空氣冷卻式冷凝器一般采用的是直徑較小的銅管(φ10mm×0.7mm~ φ16mm×1mm)彎制成蛇形盤管,或在銅管兩端焊制半圓形彎頭,蛇形盤管常采用錯列排列。氣態(tài)制冷劑從上部進入肋管內,冷凝液從下部流出??绽涫嚼淠髋c水冷式冷凝器相比較,在冷卻水充足的地方,水冷式設備的初次投資和以后的運行費用都小于空冷設備。當采用空冷式冷凝器時,由于夏季室外溫度較高(約30~35℃),冷凝溫度比較高,一般可達50℃左右,為了獲得同樣的制冷量,制冷壓縮機的容量需要大20%,同時系統(tǒng)運行費用也較高。因此,空冷式冷凝器多用于小型制冷機組。對于移動式制冷機組以及缺水地區(qū)的中型佛利昂制冷系統(tǒng),也有采用空冷式冷凝器的。
風冷式冷凝器
空氣與水聯合冷卻式冷凝器
常見的空氣與水聯合冷卻式冷凝器有淋激式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器等。
1.淋激式冷凝器
其又稱為大氣式冷凝器,它主要用于大、中型氨制冷系統(tǒng)中。
2.蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器的傳熱部分采用光滑管簇組成的蛇形管組,管組裝在由型鋼和鋼板焊制的立式箱體內。制冷劑蒸汽經氣體集管分配給每一根蛇形管;冷凝液體經液體集管流入儲液器中。另外用浮球閥控制水位。冷卻水通過循環(huán)水泵送至冷凝管組上方,經噴嘴或重力配水機構噴淋到蛇形管組上面,沿冷凝器管的外表面呈膜狀下流,最后集會到水池或水箱中,不斷循環(huán)。冷卻水流經冷凝器管組時主要靠水的蒸發(fā)使管內制冷劑蒸汽冷卻冷凝。與此同時,用風機使空氣由下而上地在水膜外表面吹過,空氣的主要作用是將水膜表面蒸發(fā)的水蒸氣及時帶走,以創(chuàng)造水膜能夠連續(xù)不斷蒸發(fā)的有利條件。蒸發(fā)器中水膜的作用是,起傳熱介質作用。管內制冷劑蒸氣冷卻冷凝放出的熱量首先傳給水膜,使水膜蒸發(fā),而水膜蒸發(fā)成水蒸氣時就以潛熱的方式把這部分熱量連同水蒸氣本身傳給空氣。另外,當空氣的溫度低于水膜表面溫度時,空氣也可以起到一定的冷卻作用。擋水板的作用時減少水的吹散損失。循環(huán)水由于不斷在冷凝器表面蒸發(fā)而被空氣吹散夾帶,故要不斷補充新鮮水。冷卻水的不斷蒸發(fā)會使水池中的含鹽量增大,并使管外側結垢嚴重,蒸發(fā)式冷凝器應使用軟化或經過軟化處理的水,并且水池中需定期換水。為了減少換熱器表面結垢,在噴水機構下面設有過濾網。
根據蒸發(fā)式冷凝器的結構和通風機在箱體中的安裝位置可分為吸氣式、吹風式和有預冷式等型式。
(2)吹風式蒸發(fā)式冷凝器特點是:在箱體下部或兩端裝有軸流風機向箱體內冷卻管組吹風,流經冷卻管組、擋水板后,從冷凝器上方排出空氣。
吹風式蒸發(fā)式冷凝器具有吸風式蒸發(fā)式冷凝器不同的優(yōu)缺點,并需要配置較大功率的電動機。
(3)有預冷的蒸發(fā)式冷凝器
蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點是:
1)與水冷式冷凝器相比,循環(huán)水量和耗水量減少。
2)與風冷式冷凝器相比,其冷凝溫度低,尤其是干燥地區(qū)更明顯。
蒸發(fā)式冷凝器的缺點是:
1)蛇形盤管容易腐蝕,管外易結垢,且維修困維。
2)既消耗水泵功率,又消耗風機功率。
蒸發(fā)式冷凝器適用于缺水地區(qū),可以露天安裝,廣泛應用于中小型氨制冷系統(tǒng)。
影響冷凝器傳熱效率的因素
1.傳熱面積(加肋或翅片)換熱管材料
2.制冷劑流速及流向
3.不凝性氣體
4.含油量
5.冷凝器構造及型式
6.冷卻介質
7.換熱面積
冷凝器是用于制冷劑與熱源間換熱的主要設備之一。通過冷凝器向冷卻介質(水或空氣)放出的熱量稱為冷凝器負荷,即制冷循環(huán)系統(tǒng)中的有效制冷量、無效制冷量以及外界耗能所轉換熱量之和。在冷凝器中,由于壓縮后的制冷劑過熱蒸氣向冷凝器傳熱壁面放出熱量后被冷卻、冷凝成液體,所以其放熱量包括冷卻顯熱和凝結潛熱,其中凝結潛熱占制冷劑放熱量的80%以上。冷卻介質作為冷凝器中的吸熱流體,并起到向環(huán)境散熱的作用,冷卻介質主要靠顯熱傳熱。
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熱力計算與選用原則
冷凝器負荷是制冷劑熱流體通過間壁式熱交換器壁面?zhèn)飨蚶鋮s介質的的換熱量,其傳熱公式為:
1.選用原則:
取決于當地的水溫、水質、水量、氣候等自然條件和制冷劑的種類。實際工程中要根據工藝要求和各種類型冷凝器的特點及適用范圍,綜合比較衡量后來決定較合理的選用方案。
2.傳熱面積的確定:
各類冷凝器特點使用范圍
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