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冷凝器

简介

冷凝器大部分置于汽车水箱前方,然而空调系统的机件,能将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气。在蒸馏过程中,把气体或蒸气转变成液态的装置称为冷凝器,然而所有的冷凝器都是利用气体或蒸气的热量带走而进行运转的。

汽车冷凝器是致冷剂进入蒸发器,压力减小,由高压气体,变成低压气体,这一过程要吸收热量,所以蒸发器表面温度很低,再经风扇,就可以将冷风吹出.冷凝器是将从压缩机出来的高压,高温的致冷剂,冷却成高压,低温.然后经过毛细管气化,去蒸发器中蒸发。

种类及特点

冷凝器按其冷却介质不同,可分为水冷式、蒸发式、空气冷却式、淋水式冷凝器四大类。

(一)水冷式冷凝器
 

水冷式冷凝器是以水作为冷却介质,水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用,但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式和套管式等多种,常见的是壳管式冷凝器。

1、立式壳管式冷凝器

立式壳管式冷凝器又称立式冷凝器,它是目前氨制冷系统广泛采用的一种水冷式冷凝器。立式冷凝器主要由外壳(筒体)、管板及管束等组成。

制冷剂蒸汽从筒体高度2/3处的进汽口进入管束间空隙中,管内的冷却水与管外的高温制冷剂蒸汽通过管壁进行热交换,从而使制冷剂蒸汽被冷凝成液体并逐渐下流到冷凝器底部,经出液管流入贮液器。吸热后的水则排入下部的混凝土水池中,再用水泵送入冷却水塔中经过冷却后循环使用。

为了使冷却水能够均匀地分配给各个管口,冷凝器顶部的配水箱内设有匀水板并在管束上部每个管口装有一个带斜槽的导流器,以使冷却水沿管内壁以膜状水层向下流动,这样既可以提高传热效果又节约水量。此外,立式冷凝器的外壳上还设有均压管、压力表、安全阀和放空气管等管接头,以便与相应的管路和设备连接。

立式冷凝器的主要特点是:
1.由于冷却流量大流速高,故传热系数较高。
2.垂直安装占地面积小,且可以安装在室外。
3.冷却水直通流动且流速大,故对水质要求不高,一般水源都可以作为冷却水。
4.管内水垢易清除,且不必停止制冷系统工作。
5.但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2~4℃,对数平均温差一般在5~6℃左右,故耗水量较大。且由于设备置于空气中,管子易被腐蚀,泄漏时比易被发现。

2、卧式壳管式冷凝器

卧式冷凝器与立式冷凝器有相类似的壳体结构,但在总体上又有很多不同之处,主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器两端管板外面各用一个端盖封闭,端盖上铸有经过设计互相配合的分水筋,把整个管束分隔成几个管组。从而使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。在冷凝器的另一端端盖上还常设有排空气阀和放水旋塞。排气阀在上部,在冷凝器投入运行开始时打开,以排出冷却水管中的空气,使冷却水畅通地流动,切记不要与放空气阀混淆,以免造成事故。放水旋塞供冷凝器停用时放尽冷却水管内的存水,避免冬季因水冻结而冻裂冷凝器。卧式冷凝器的壳体上同样留有若干与系统中其它设备连接的诸如进气、出液、均压管、放空气管、安全阀、压力表接头及放油管等管接头。

卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统,也可以用于氟利昂制冷系统,但其结构略有不同。氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管,而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一般采用低肋铜管。这是由于氟利昂放热系数较低的缘故。值得注意的是,有的氟利昂制冷机组一般不设贮液筒,只采用冷凝器底部少设几排管子,兼作贮液筒用。

卧式和立式冷凝器,二者除安放位置和水的分配不同外,水的温升和用水量也不一样。立式冷凝器的冷却水是*重力沿管内壁下流,只能是单行程,故要得到足够大的传热系数K,就必须使用大量的水。而卧式冷凝器是用泵将冷却水压送到冷却管内,故可制成多行程式冷凝器,且冷却水可以得到足够大的流速和温升(Δt=4~6℃)。所以卧式冷凝器用少量的冷却水就可以得到足够大的K值。

但过分地加大流速,传热系数K值增大不多,而冷却水泵的功耗却显著增加,所以氨卧式冷凝器的冷却水流速一般取1m/s左右为宜,氟利昂卧式冷凝器的冷却水流速大多采用1.5~2m/s。卧式冷凝器传热系数高,冷却水用量小,结构紧凑、操作管理方便。但要求冷却水的水质好,且清洗水垢不方便、泄漏时也不易发现。

制冷剂的蒸气从上方进入内外管之间的空腔,在内管外表面上冷凝,液体在外管底部依次下流,从下端流入贮液器中。冷却水从冷凝器的下方进入,依次经过各排内管从上部流出,与制冷剂呈逆流方式。

这种冷凝器的优点是结构简单,便于制造,且因系单管冷凝,介质流动方向相反,故传热效果好,当水流速为1~2m/s时传热系数可达800kcal/(m2·h·℃)。其缺点是金属消耗量大,而且当纵向管数较多时,下部的管子充有较多的液体,使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差,清洗困难,并需大量连接弯头。因此,这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。

(二)蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器的换热主要是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。在这类冷凝器中系依靠另一个制冷系统中制冷剂的蒸发所产生的冷效应去冷却传热间壁另一侧的制冷剂蒸汽,促使后者凝结液化。蒸发式冷凝器由冷却管组、给水设备、通风机、挡水板和箱体等部分组成。冷却管组为无缝钢管弯制成的蛇形盘管组,装在薄钢板制成的长方形箱体内。

箱体的两侧或顶部设有通风机,箱体底部兼作冷却水循环水池。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。

其中,风机安装在箱体顶部,蛇形管组位于风机的吸气侧时称为吸入式蒸发冷凝器,而风机安装在箱体两侧,蛇形管组位于风机的出气侧时称为压送式蒸发冷凝器,吸入式空气能均匀地通过蛇形管组,故传热效果好,但风机在高温高湿条件下运行,易发生故障。压送式虽空气通过蛇形管组不太均匀,但风机电机工作条件好。

蒸发式冷凝器的特点:
1、与直流供水的水冷式冷凝器相比,节省水95%左右。但与水冷式冷凝器和冷却塔组合使用时相比较,用水量差不多。
2、与水冷式冷凝器和冷却塔组合系统相比,二者的冷凝温度差不多,但蒸发式冷凝器结构紧凑。而与风冷式或直流供水的水冷式冷凝器相比,其尺寸就比较大。
3、与风冷式冷凝器相比,其冷凝温度低。尤其是干燥地区更明显。全年运行时,冬季可按风冷式工作。与直流供水的水冷式冷凝器相比,其冷凝温度高些。
4、冷凝盘管易腐蚀,管外易结垢,且维修困难。
总上所述,蒸发式冷凝器的主要优点是耗水量小,但循环水温高,冷凝压力大,清洗水垢困难,对水质要求严。特别适用于干燥缺水地区,宜在露天空气流通的场所安装,或安装在屋顶上,不得安装在室内。

(三)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,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。在这类冷凝器中,制冷剂放出的热量被空气带走。空气可以是自然对流,也可以利用风机作强制流动。这类冷凝器系用于氟利昂制冷装置在供水不便或困难的场所。

(四)淋水式冷凝器


其主要由换热盘管、淋水箱等组成。制冷剂蒸气从换热盘管下部进汽口进入,而冷却水从淋水箱的缝隙流到换热盘管的顶端,成膜状向下流,水吸收冷凝热,在空气的自然对流情况下,由于水的蒸发,而带走部分冷凝热热量。被加热后的冷却水流入水池中,再经冷却塔冷却后循环使用,或排掉一部分水,而补充一部分新鲜水送入淋水箱。冷凝后的液态制冷剂流入贮液器中。淋水式冷凝器是水的温升和水在空气中蒸发带走冷凝热量。这种冷凝器主要用于大、中型氨制冷系统中。它可以露天安装,也可安装在冷却塔的下方,但应避免阳光直射。淋水式冷凝器的主要优点为:
1、结构简单,制造方便。
2、漏氨时容易发现,维修方便。
3、清洗方便。
4、对水质要求低。
缺点是:
1、传热系数低
2、金属消耗量高
3、占地面积大

冷凝器制冷原理

在制冷系统中,蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件,一般的冷凝器的制冷原理是把压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽,然后再把压缩机压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽,使蒸汽的体积减小,压力升高,使之压力升高后送入冷凝器,在冷凝器中冷凝成压力较高的液体,经节流阀节流后,成为压力较低的液体后,再送入蒸发器,在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽,从而达到制冷循环的目的。

1、蒸汽压缩式制冷原理

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。其工作过程制冷系统的基本原理,液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后,汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热,冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化,达到循环制冷的目的。这样,制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

在制冷系统中,蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件,这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏,起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备,将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量,并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中,除上述四大件之外,常常有一些辅助设备,如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成,它们是为了提高运行的经济性,可靠性和安全性而设置的。

2、制冷系统主要部件构成

空调机根据冷凝形式可分为:水冷式和空冷式两种,根据使用目的可分为单冷式和制冷制暖式两种,不论是哪一种型式的构成,都是由以下的主要部件组合而成的。

制冷系统主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀(或毛细管、过冷却控制阀)、四通阀、复式阀、单向阀、电磁阀、压力开关、熔塞、输出压力调节阀、压力控制器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。

电气系统主要部件有电机(压缩机、风机等用)、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度开关(除霜、防止结冻等用)。压缩机曲轴箱加热器,断水继电器,电脑板及其它部件组成。

控制系统由多个控制器件组成
 

  • 制冷剂控制器:膨胀阀、毛细管等。

  • 制冷剂回路控制器:四通阀、单向阀、复式阀、电磁阀。

  • 制冷剂压力控制器:压力开闭器、输出压力调节阀、压力控制器。

  • 电机保护器:过电流、热动过电流、温度继电器。

  • 温度调节器:温度位式、温度比例。

  • 湿度调节器:湿度位式调节器。

  • 除霜控制器:除霜温度开关、除霜时间继电器、各种温度开关。

  • 冷却水控制:断水继电器、水量调节阀、水泵等。

  • 报警控制:超温、超湿、欠压及火警、烟雾报警等。

  • 其它控制:室内风机、室外风机调速控制器等。

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