冷凝器的作用是把压缩机排出的高温度高压力的过热蒸气冷却、冷凝液化甚至过冷。目的是将制冷剂热量通过换热器传递给其他介质(包括空气,水等)。
半封闭压缩机一部分热量直接散到空气中,所以在理论上加50%左右的负荷左右;
开启式压缩机电机热量理论上不介入制冷系统,实际计算中为保证安全起见要考虑一部分的电机功率。
这种结合形式最常见的是蒸发冷,还有一种淋激式的(将水淋激到冷凝器上,利用水蒸发潜热吸收热量)。
还有一种是复叠系统中的蒸发冷凝器,高温级制冷剂液体在里面蒸发,此时它作为高温系统的蒸发器;低温制冷剂在在里面冷凝,把它当作冷凝器,这也是一种冷凝器,在以后的复叠系统中我们再详细讲。
这种冷凝器一般都是一组或者多组蛇形管并联构成。为了考虑增加散热面积,通常在空气侧增加翅片或者丝管来保证散热面积足够。这种冷凝器大部分都是铜管做的,所以很少用于氨制冷系统。
1.1自然对流一般用在家用小型制冷设备上,一般制冷量不超过500W,功率不足200W,比如冰箱、空调等。由于没风机,一般噪音比较小,故障率较低,设备紧凑。
1.1.1一种是家用冰箱的丝管式的,较常见,用直径大约5~6mm左右的铜管焊1.5mm左右的钢丝,钢丝通常做有镀铜等防腐措施。一般丝管式传热系数8~10w/㎡.℃,为增加换热,涂黑漆以增加辐射换热效果,同时具有一定保持温度的作用。其辐射散热系数大约也在8~10 w/㎡.℃,充分的利用辐射换热,可以显著增加该形式冷凝器换热效果。
1.1.2还有一种冷凝器是家用冰箱用的箱壁式(或内藏式)的,即冷凝管固定在箱体外壳钢板内壁,即在保温层和箱体之间。这种形式冷凝器在外面看不见,用手摸能感觉箱体略微发热,一般都在箱体两侧或后面。这种箱壁式冷凝器使冰箱外观更漂亮,不容易损伤,但是散热效果差一些。
丝管式冷凝器与内藏式式冷凝器相比散热效果要好,强度要高,造价较低。但是钢丝与铜管间有大量焊接点,焊接时要比较谨慎否则容易漏。另外管比较细阻力较大,制作做时建议沿流体流动方向向下有一定倾斜度,如果水平不利于制冷剂流动。
由于内藏式冷凝器位于电冰箱箱体中,因此检修挺麻烦,尤其确定冷凝器发生故障要换掉时,常常将内藏式冷凝器废弃,而在电冰箱外部另接钢丝管式或百叶窗式冷凝器
1.1.3还有一种百叶窗式的(或板管式),就是将钣金处理成百叶窗,将铜管和百叶窗焊接,以增加散热面积。家庭冰箱也有用的,在此仅做了解,不去详细讲。
自然对流形式的冷凝器,不管什么形式的,因为比较单薄,所以在运输、移动使用中注意避开磕碰损坏。
1.2强制对流的风冷式冷凝器,也就是最常见的风冷冷凝器。这种冷凝器一般选择现成产品。在设计或者选型的时候,有以下内容提供参考。
a该类型冷凝器一般都会采用φ8、φ10、φ12mm的铜管,比较大的时候也有采用φ16mm铜管,但是比较少见。
b壁厚一般0.5~1mm,客户如有要求另当别论。太薄重量轻,价格实惠公道,容易损伤,容易漏;太厚,造价高,比较重,耐磕碰,耐腐蚀,不易泄漏。
c关于翅片,一般是0.15~0.3mm的铝片,间距一般1.6~3mm之间,利用胀管使铝片和铜管紧密结合在一起做成的风冷冷凝器。
早期的铝片一般是平片,后随工艺发展出现波纹片、增加缝隙或者波纹片加缝隙,目的都是为增加空气扰动,增加换热效果。这些片换热效果比平片高很多。
波纹片比平片在空气侧散热系数大20%左右,总传热系数大10%左右,空气阻力大约会增加50%。有缝隙片相对于平片在空气侧的换热系数要大60%左右,总传热系数要大30%左右,空气阻力也要大60%左右。
有缝片和波纹片结合产品,效果更好,在空气侧换热系数比平片要大一到两倍,总换热系数要大70~80%左右,当然风阻力增加一倍左右,选择的时候要考虑加大风机的风压。
现在扩展一下管的问题,因为平片的时候冷凝器的铜管通常都是普通光管,当空气侧换热系数增大的时候,制冷剂侧的换热面积也要同时增加。通常有内翅片或内螺纹性质的管,增加制冷剂侧的换热面积,这种内螺纹管与波纹片结合的产品,其换热系数会提高大约50%左右,选用时能减小选型体积,节约材料又减小了设备体积。这种波纹内壁管的冷凝器,可能用的不多,国内一些主要是合资企业,会生产。如果在选择的时候遇见外观尺寸有限制,面积还要充足,可以再一次进行选择,但是可能造价会高出很多。
d翅片系数,在选择冷凝器的时候,出现翅片管时需了解翅片系数(与壳管换热器用肋片管时的肋片系数一样):就是加工后的管的外表面积与光滑管的外表面积比值,一般是15~20。参照风冷冷凝器传热系数计算公式,制冷剂侧的内表面换热系数α=1667 w/m2℃,空气侧换热系α=64.8w/m2℃,二者比值大约值25左右,即制冷剂侧的换热系数是空气侧的25倍左右,所以,空气侧传热面积要达到制冷剂侧的20倍左右,才能将制冷剂产生的热量几乎全部散发出来。该参数只是厂家设计计算提供参考,选用时几乎不需要计算。
e风冷冷凝器的布置形式上有叉排和顺排,选用时尽可能地选择叉排,叉排的紊流作用比顺排要好,传热系数要比顺排约大10%,换热面积充分的利用。顺排紊流效果差,空气沿铜管通道流动,铜管后背面不能完全热交换。具体叉排与顺排图如下
f选择冷凝器时沿空气流动方向冷凝器排数通常是3-6列,常用4列。列数多冷凝器的整个外观尺寸能小一些,但是阻力较大。同时空气流过冷凝器时温度逐渐升高,传热温差越来越小,厚度增加面积利用率减小,所以通常选用4列而不是越厚越好。选用6列但是空气阻力较大,要选择更高风压的风机;列数较少时冷凝效果要好,但是整个设备外观尺寸大,有些浪费。
h设计时冷凝器迎风面风速通常取2.5~5m/s,一般取3m/s左右。换热器内部最窄处一般小于6m/s,通常不大于7m/s。因为虽然流速高换热效果好一些但是噪音和阻力较大,不是很经济,对风机的要求也比较高。
i设计冷凝器时无论是铜管还是铝片表面尽量不能涂漆,否则会影响传热。有时冷凝器放置的场地有腐蚀需要对冷凝器做防腐处理,可能要考虑喷一些类似亲水铝膜的有机物(一种聚氨酯涂料),会减小空气侧的传热系数,这时要适当加大冷凝器面积,否则可能达不到预期的冷凝效果。
j通常风冷冷凝器铝片片距1.6~3mm,片距小排数多即冷凝器比较厚时需要的风机风压较大可能要100~150pa。常规冷凝器(片距较大,排数较少)50~100pa可能就够了。
k涉及到制冷剂侧在冷凝器内的压力损失。压力损失通常与冷凝器的结构及形式有关,单程管距离长,折返的弯头比较少,压力损失就小一点;冷凝器比较短,弯头多,制冷剂反复折返,压力损失就大一点。通常压力损失值为0.1~0.7bar。个别可能更大,主要由冷凝器设计的结构决定。
l选择冷凝器片距时尽可能地选择厂家的标准片距,因为冷凝器片距受限于厂家制作翅片时翻边的高度,一般的情况片距等于翻边的高度,翻边的高度用来限制片和片之间的距离,防止片松动或串动。若选择非标的片距有一定的概率会在片与片之间产生缝隙,将来会有灰尘或者翅片的松动影响散热效果。因此应尽可能地选择标准产品。不同厂家的模型不同可能标准产品片距也有差别。
m风冷冷凝器传热系数通常是30~35w/㎡.℃,结合换热系数计算公式通常管内制冷剂侧传热系数通常是1500~3000w/㎡.具体与制冷剂物性有关,不同制冷剂换热系数也不同,大家探索即可不必研究那么细。管外空气侧的传热系数通常是35~70w/㎡.℃,管外空气侧的传热系数与风机选型有关。风机大风压大,传热系数大,反之传热系数小。选型时通常取30~35w/㎡.℃基本没问题。
2、水冷冷凝器水冷冷凝器种类很多,最常用的是立式壳管冷凝器、卧式壳管冷凝器、套管式冷凝器、螺旋板式冷凝器、淋水式冷凝器、板式冷凝器、管盘式冷凝器等
立式一般用在氨系统上 ,内地的大型冷库一般用立式的 ,里面的钢管一般用直径Φ38或Φ51的无缝钢管 ,外边的壳体一般用钢板卷的,直径一般500~1500mm左右 ,高度5米左右。
如图片所示,制冷剂侧上进下出,上面进制冷剂气体,下面出制冷剂液体。 水侧是冷却水经泵打到冷却塔,再从冷却塔流到冷凝器上端的进水处(分水箱),分水箱内的水分配器把水均匀的分到每一个冷凝管中,在冷凝管中沿着冷凝管的内壁螺旋流下,流到下边的水池中。这里注意一下 :管内并不是充满的水,仅仅是沿着管壁,中间有空气柱。
立式壳管冷凝器主要靠重力使水流下,流速不会很高,所以传热系数相对会小一点,传热系数通常是700—800w/m2℃。冷却水从上到下流淌过程中一般会有2~4℃的温升,设计时通常选择3℃。这种冷凝器 设计时单位面积 耗水量为 1~1.7㎥/h;传热温差为4~6℃,设计时通常选择5℃(水温高时适当小一点)。
立式壳管冷凝器的优点是:1、占地面积比较小,通常放在室外;2、冷凝器的上下进出水口是开放的,非常容易清理脏物(可以工作中清洗),所以对水质要求不高。
缺点是:1、耗水量比较大;2、由于水和空气是接触的,空气中的二氧化碳会溶解到水中,对管道有一定的腐蚀性; 3、另外水中溶进了空气,水管路容易滋生苔藓和藻类,影响传热 。
另一种常见壳管冷凝器是卧式的,可以适用于氨系统和氟系统,一般氟系统用的多。如果用于氨系统,通常用直径为Φ25、Φ32或Φ38的无缝钢管。如果用于 氟系统,通常是用直径 Φ 10、Φ12、Φ16或Φ19的带外肋片的铜管(壁厚1.5~2mm)。用于海水时一般用铝黄铜和镍白铜。
上 图中的卧式冷凝器是船用的。根据卧式冷凝器大小不同,冷凝器中水一般是折返1~5个来回,图上的是两个流程的。 一般小型的是1~2个流程,大型的一般是4或6个流程,也存在8或10个流程的,主要看冷凝器的大小。要让水在冷凝器中充分流动 ,如果流程少,水的温升小 ;如果流程太大,水的温升大,换热效果也不好。
有些小型制冷设备中,冷凝器取消了最下边几排换热管,留出的空间作为储液器使用,这种冷凝器叫做冷凝储液器,既有冷凝器的作用又有储液器的作用 。 如果单独设计储液器,冷凝下来的液体进储液器还会有一定的阻力,布置时也很麻烦 ,这种形式也很好。
卧式壳管冷凝器水的流速一般为1~2m/s左右。无论是是氟系统还是氨系统,如果是钢管的线m/s 。 氨系统可能小一点,一般1m/s左右 ; 氟的话会稍微大一点。如果是铜管,水的流速可以大点, 通常为2~2.5m/s,因为铜管的耐腐的能力好一些 。如果是海水,尽管铜管的耐腐的能力好一点,但是海水的腐蚀性较大,流速还是要小一点,一般为0.6~0.7m/s。理论上讲流速越高传热系数越大,但是流速太高对水泵的要求比较高(对水泵流量、扬程要求偏大)不经济。另外流速如果超过2m/s,对传热系数增加的贡献率不太明显,所以说太大了也不怎么好。
卧式壳管冷凝器的优点:结构紧密相连,传热系数高,传热效果好,耗水量比较少。缺点是:水的流速快,管容易腐蚀,流速越高腐蚀越严重。另外如图,水的两端有端盖,清脏很难,需要停用冷凝器,把端盖拆下来才能清脏。有端盖、需要清脏,所以安装时要求冷凝器至少有一面需要预留与冷凝器几乎等长的维修空间,方便将来清脏。否则的话没法清脏,还得拆冷凝器,那样工作量就大了。
卧式壳管冷凝器因为清脏不易,所以一般要求水质要好。远洋船用时没问题,近海或者是沿江地区的船舶不适合用,因为水质比较差,有泥或者藻类等。对冷凝器铜管影响比较大,将来传热系数衰减会比较快。
卧式壳管冷凝器安装的时候要注意左右两端的端盖不能装反,如图片所示,两边的端盖中间都有密封条、有筋板,筋板实际上就是个导流板,让水在其中形成若干个流道,筋板装反以后整个流道都会被破坏,会造成水在其中串流、短路,影响换热。
卧式壳管冷凝器设计时一般会用下面进水上面出水,这样方便空气排出,否则某些地方存在空气。
如图对制冷剂而言,制冷剂在从上端进入冷凝器的壳体内,因为插排比顺排的换热系数大10%,所以制冷剂进入壳体的时候也要考虑用插排而不用顺排。
陆地上用的卧式壳管冷凝器的端盖大多数都是用铸铁的,也有用焊接件,通过钢板焊接而成的。海水用的端盖通常用黄铜或者是不锈钢的,价格这一块铁是最便宜的,不锈钢次之,黄铜的要贵一些。图片中的冷凝器水路两侧的端盖上面通常设有放气口,安装有放气阀,将来前几次使用的时候可能要放放水中的空气。下面设有放水阀,将来不用的时候或者冬天的时候把冷凝器的水放掉,防止冻裂。跟海水打交道的冷凝器端盖左右两侧通常还设有若干个锌棒,防止电化学腐蚀,通常两端都有。选型的时候面积要比设计的面积至少要富余10%~20%,清洗困难的场合或水温波动较大的场合有的时候要富余50%甚至还多一些。
卧式壳管式冷凝器换热系数通常比立式结构冷凝器高一些,氨用的能够达到800~1100W/m2.h,换热温差4~6℃,与立式接近,通常按5℃考虑;氟用的能做到900~1200,换热温差常在5~7 ℃;水在冷凝器中的温升通常选3~5 ℃;用海水做冷却水,水源很丰富,水量大一些,水的温差比较小,一般为2~4℃;这种冷凝器的耗水量一般为0.5~0.9m3/h。
对氨系统来说,氨系统的水通常用光管,光管比较粗,水的流速较慢,水侧换热系数在8000 W/m2.h左右,制冷剂侧也在8000 W/m2.h左右,两侧热传递值相当,因此氨系统的一般采用光管。
氟系统一般会用细一点的外螺纹管(备注:水走管层,冷媒走壳层),管相对来说还是比较细,水侧的流速比较快,换热系数比较大,能做到10000 W/m2.h左右;而制冷剂侧换热系数较小,风冷冷凝器在1600 W/m2.h左右,对水冷冷凝器在2000 W/m2.h左右,不同制冷剂的换热系数也会有所差异;对水冷式冷凝器水侧的换热系数是制冷剂侧换热系数4倍左右,即通常制冷剂侧的表面积要比水侧的表面积要大3~4倍(即肋化系数,与之前讲风冷凝器的时候提到过翅化系数意义相近,即换热管外表总面积与光管表面积的比值,通常选3~4,这就是取值3~4的原因),平衡水侧和制冷剂侧之间的传热效率。
卧式冷凝器较容易漏,在维修的时候假如发现漏点,少量漏的情况下通常解决方式是采用楔形铜棒,封堵破损的换热管两端(即钉死),相当于不使用损坏的管。通常该方法在泄漏的管数低于总管数10%~20%可以用,漏的管太多冷凝器基本报废了。
套管式水冷冷凝器结构相对比较简单,外面一根粗管,里面有一根或若干根细管(带外肋片),水在细管中从下进上出,制冷剂在粗管和细管之间的环形通道中从上到下逐渐的冷凝液化。
因为水侧的换热系数与制冷剂侧的换热系数差别比较大,小管水侧的外面要加上肋片,小管一般会用外肋管,由于小管是铜制品,正常的情况下不能用于氨系统。
为了节约空间,通常这种从下到上走式冷凝器都盘成圆筒状或椭圆形,常见用在水冷空调的柜机上。
套管式冷凝器结构相对比较简单,容易制造,外观尺寸小,消耗水量少。但是由于全封闭,几乎清洗不了,要求水质必须好一点,水要经过软化处理。
由于制冷剂在粗管内、细管的外侧流动,对水进行换热、散热的同时,实际也对空气侧也有一定的散热量(尽管量不大)。所以,这种冷凝器换热效果比较好。另外,由于制冷剂和水是逆流的,制冷剂的过冷度也比较大。
套管式冷凝器在设计和选型的时候要注意,实际跟风冷冷凝器是一样的:在选型的时候要注意单个流程不要太长,否则制冷剂在管道走了一半左右的时候就会变成液体,另一半就变成储液器的功能,液体和水的温差比较小,整体换热比较差,就起不到冷凝的作用,对了制冷机来说变成过冷器了,所以,流程不能过长。若需要可以用两个、三个或者四个单个的系统并联,这个跟风冷冷凝器也是一样的,风冷冷凝器内部也有若干个通道并联而成。
选型计算的时候通常先知道冷凝器的负荷,在根据水的比热和传热温差换算出需要水的流量。在根据水的建议流速算出水路的截面积,根据截面积判断用几路管并联来形成冷凝器。凭经验制冷剂侧的截面积是水侧截面积的2~3倍,管细的时候差值可以大一点,管粗的时候差值可以小一点。
套管式冷凝器几种参数:水的温升可以到6~8℃,对数温差可以到8~11℃,换热系数可以到900~1300w/m2℃,冷却水在其中的流速在1.5~3.0m/s之间。水的温升大概在6~8℃,但是也跟管路的长度有关,流程长的时候能到10℃,流程短点的可以小一点,主要跟管路的长短有关。
套管式冷凝器中因为水在细管中流动,水的流动阻力比较大,所以最终选择泵的时要注意泵的扬程要足够,否则流速慢会影响水的传热温差。
跟卧式壳管式冷凝器一样,套管式冷凝器制冷剂侧的换热系数可以到10000~13000w/m2℃,制冷剂侧的换热系数在1500~2500w/m2℃之间。水和制冷剂的换热系数之间相差5倍左右,选择套管式冷凝器的时候,套管要加外肋,肋化系数也在4倍左右。
螺旋板式冷凝器一般用在氨系统上,氟利昂系统用的比较少。螺旋板式冷凝器的类似于蚊香的样子,两个螺旋的通道,水和制冷剂各走一个通道,一个在侧面进中间出,另一个在中间进侧面出,也是逆流的。
优点:1、由于螺旋流动所以水和制冷剂的换热效果比较好,这种冷凝器的换热系数比较大,能到1400-1600w/m2℃,比壳管式高50%左右。2、由于这种冷凝器是用钢板做的,没有肋片,即使有点脏,对换热面积影响不大,所以衰减比较慢,衰减率也比较少。
缺点:1、钢板比较薄,耐压能力不太强,水侧腐蚀比较重。2、几乎不能清洗,所以也要用软化水3、水的流动阻力比较大,比壳管式的流动阻力大4-5倍。水在螺旋版式里面流速是0.8~1.5m/s,水在其中的温升在3~5℃,传热温度到4~6℃。
淋水式冷凝器通常也用在氨系统中,结构相对比较简单,一个蛇形管,水淋到蛇形管上,通过水的蒸发来吸热,感觉上跟蒸发式冷凝器比较像,无非是少了风机,这个风是靠自然对流,蒸发式冷凝器通过风机进行强制换热,空气侧换热效果要好一些,蒸发冷的换热系数要比淋水式的参数系数要高一些。
淋机式冷凝器的水通过泵打到冷凝器的上面水箱中,水箱中有微型的水槽,通过锯齿状的孔,水流到蛇形管上。蛇形管一般用Φ57的无缝钢管做的,由于这种冷凝器主要利用水的潜热,所有水温不要太高,通常放在室外比较高的地方,通风比较好,这样水的蒸发要好一些,要避光、遮荫;因为用水的湿球温度,所以适合湿度比较低的地区,像内陆地区更适合,沿海地区湿度比较高,相对就差一些。水和氨之间是顺流的,氨是从上进下出,水也是上进下出,过冷度相对要小一点。淋机式冷凝器参数系数600w/m2℃左右,传热温差到6℃,单位面积耗水量0.8~1.0m³/h,因为消耗水,所以还需要10%的补水。
板式换热器用的比较多,单纯作为换热器来说,一般用螺栓固定,便于清洗。制冷系统中很少用可拆卸式的,因为很容易漏,越大越不容易密封,所以制冷系统多用于钎焊的,不管用316L的不锈钢和钛合金的都用钎焊的,防止泄漏。
板式冷凝器的优点是:参数系数高,板式结构是板和板之间形成不同通道,好像单双号,单号走水,双号走制冷剂,这样两者换热效果比较好,传热系数比较高。
板式冷凝器传热系数可以到2000-3000w/m2℃,氨系统要小一点,氟利昂要大一点,这个选型时需注意。由于外观尺寸小,所以热损失也少。
板式换热器这种结构注定,通道内空间比较小,制冷剂的充注量很少。一般冷凝器有几升的储液量就够了,对制冷系统来说,能够大大减少制冷剂的存储量。另外,由若干个板片组成,能够最终靠板片的数量来调节选不一样的组合,形成不同的传热面积。
同样由于板片之间的通道比较小,水在其中的流速也比较慢,流动阻力损失也比较少。由于水和制冷剂之间是逆流的,所有换热温差比较小,比别的冷凝器冷凝温度要低一些,适合用在覆叠制冷系统中-能减小传热温差。
缺点是不容易制造,有些专业工具比较贵,如模具。另外不能清洗,通道比较小,水必须十分洁净。
选型的时候注意,同样的板式换热器用在冷凝器和用在蒸发器的是不一样的。用在冷凝器的时候很简单,把板式换热器连接上管路就可以了,作为蒸发器使用的时候,液体进口处厂家内置有液体分配器,所以,选型的时候要跟厂家沟通好,不要买一个没有液体分配器的板式换热器作为蒸发器,效果会大大折扣。
蒸发式冷凝器:通过水泵、喷水管、喷嘴将冷却水喷淋到冷凝器换热管上,在换热管上形成水膜,部分的水吸收换热管热量以后蒸发,蒸发产生的水蒸气随空气由风机抽走(之前被挡水板拦住绝大部分的水滴),未蒸发部分的水温度有所上升,并下落到集水盘,下落过程中与空气换热最后冷却到湿球温度。蒸发式冷凝器相当于水冷式冷凝器加冷却塔加水泵加水池加连接管路,但结构更简洁。
通常蒸发冷由上下两个水箱组成,两部分设备运到到现场以后把两个上下水箱连接,然后与制冷管路、进出水管路连接即可,现场的工程量比较少;普通的水冷冷凝器加冷却塔结构,需要现场配冷却水塔、水泵、甚至还要挖水池和现场接管,现场工作量较大;蒸发冷的投资费用比普通的水冷冷凝器要高一些,但比较节能,一般的情况下两三年就可以收回初投资成本。
近几年国内蒸发冷的市场慢慢的变大,据统计在发达国家如美国,蒸发冷的使用率可能高达80%,所以蒸发冷发展前途良好。
根据风机布置形式不同,蒸发冷可分为两种,一种是吸风式,一种是鼓风式。鼓风式在早期用的较多,但是鼓风式的风机在蒸发冷的侧下方,整体外观尺寸要大一些,安装维护可能不如 (顶置) 的方便,另外这种鼓风式的蒸发冷,根据以前的使用经验是,这种蒸发冷开机的时候正常情况下必须先开风机然后再供水;如果先开水,风机没开的时候水会溅到风机的叶片或者电机上,时间长了容易烧毁电机;所以吸风式的应用越来越多。
关于吸风式的蒸发冷,现在国内大部分公司制作的蒸发冷都是吸风式。风机在蒸发冷的顶部,这种形式蒸发冷对其中的制冷剂的盘管来说气流比较均匀,箱体内的负压状态水的蒸发温度也比较低点,换热效果也好一点;缺点是风机在高温高湿的环境下长时间运行,容易腐蚀,故障率高。
蒸发冷的换热原理,主要是利用水在蒸发过程吸收气化潜热带走冷凝器热量,利用潜热,单位水量带走的热量多,同时换热时,水侧冷却温度按湿球温度计算,所以一般换热效果比普通的水冷效果好。同时由于换热盘管的容积相对来说还是比较小,所以通常情况下蒸发冷的冷媒充注量也较少。
2、蒸发冷淋水区有挡风板,就是说在吸风过程中可以有效的预防水溅到蒸发冷的外部,减少水的散失,另外冬天也可以某些特定的程度程度上减少结冰量。
3、在换热管组的内侧靠近风机侧有挡水板,在风机吸风的时候能将空气中的大部分的水滴挡住,减少水的逃逸,通常水的逃逸能减小到万分之零点一二。
4、在蒸发冷底端设置有接水盘,接水盘具有一定的倾角,便于清洗,有些接水盘设有加热丝,保证冬季的冷却水不结冰,一般保证水温在4℃左右;有些蒸发冷不设置接水盘,而设置室内辅助水箱,从辅助水箱抽水,停机时水流至辅助水箱,冬天可正常使用而不用担心结冰。
5、通常蒸发冷的盘管使用热铁锌钢管(现在也逐渐出现铝管和不锈钢管等),采用叉排结构(叉排的换热系数比顺排大10%);
现在出现使用换热板片替代换热盘管,通常是不锈钢材料,材料更轻、换热面积更大(参看上图);
还有一种新型的结构,使用套管结构的盘管:即内制冷剂管内细管内走冷却水,环形套管间走冷媒,套管外仍然喷淋冷却水,这种结构效果更好,能比常规结构提高效率50%左右,并能减少外部冷却水循环量30%~60%,因为冷媒侧换热系数比水侧低,因此内管使用外肋片,外管使用内肋片,以增加冷媒侧的换热面积。
6、在换热管下方,淋水区增加PVC(聚氯乙烯)的热交换层,使水和空气充分换热,逐步降低水温,直至降低为此时空气的湿球温度。
7、风机一般都会采用铝合金,减小腐蚀,电机有直驱和间驱(皮带传动),二者各有利弊;有使用变频电机等,但电机不宜频繁启停(启动电流大),防止过热烧毁电机:同压缩机一样,每小时启动次数不超过6次。
9、有关风水同向和逆向关系,逆向时喷淋的水一部分会因为气流吹动,不能均匀分布到换热盘管上(管上会出现干点),影响换热效果;同向时水与气流保持同一方向,冷却水更加均匀、紧密的喷淋在换热管上,湿润效果更好,因此同向效果更佳(参看上图)。
10、选型时,应注意提到的空气温度是指湿球温度,因为蒸发冷主要的换热方式是利用潜热换热,因此蒸发冷在内陆气候干燥地区使用效果更好,而在东南沿海的湿润地区效果相对较差。
11、安装时,蒸发冷需要在冷凝器和储液器之间设平衡管,出液口要有存液弯并需要一定高度,进液口和出液口需要仔细考虑放空气;因为换热管的进出口有压力损失,而储液器压力与蒸发冷进口平衡,则蒸发冷出口压力小于储液器压力(即蒸发冷进口压力),冷媒就不易流出,设置存液弯就是平衡这部分压力降(参看上图)。
12、在使用时,冬季尽量关风扇,而减少水泵启停,水泵功率较大,频繁启动容易损坏,并且换热盘管干湿交替会加快管的锈蚀。另外水需要定期更换,因为水的不停蒸发,水中无机盐之类浓度慢慢的升高,会加快设备腐蚀,同时盘管需要定期清洗。
蒸发冷选型,经验值一般每平面积的散热3~5kW,耗水是水冷的5%~10%(蒸发冷利用潜热换热,水的潜热2260kJ/kg,而水冷冷凝器进出口水温5℃温差产生的显热4.2×5=21kJ/kg,即水冷和蒸发冷耗水2260/21=108倍关系,因为出去水的飞溅损失,实际耗水大约按水冷的5%~10%考虑);蒸发盘管间的风速在3~5m/s,1kW需要的风量在85~160m3/h,循环水量在50~80kg/h,补充水量5%~10%(理论上1%足够,考虑飞溅损失取 5%~10%足够)。同时水系统常设有电子除垢仪,除去污垢和防止藻类滋生。蒸发冷初投资较大,但运行过程比水冷节能10%~40%。
对氨来说,早期的传热系数在600~800W/m2.℃,现在会因工艺改进,可达到800~1200 W/m2.℃,同时传热温差在3~4℃,因为氨的换热系数较大,与水接近,也在8000 W/m2.℃左右,因此氨系统蒸发冷使用光管;
而氟利昂的传热系数比氨低10%左右,换热温差在2~3℃,因为氟利昂换热系数较低(2000 W/m2.℃左右),所以,一般氟侧使用螺纹管。
淋水式冷凝器与蒸发冷类似,但没有风机使空气强制对流,显热换热量相对较多,因此划归水冷式。
图片右下侧,是PLC编程的命令案例:压力下降时,依次停风机和水泵;压力上升时,依次开启风机和水泵。原理如此,具体数值跟具体设备、使用地区、制冷剂等有关,如果风机和水泵不单单是一台,其启、停区间再细分即可。