【正文】 過程。進(jìn)入冷凝器的制冷劑是過熱蒸氣，通過與冷卻介質(zhì)發(fā)生熱量交換，由過熱蒸氣冷卻冷凝為飽和蒸氣 → 飽和液體 → 過冷液體。因此，在冷凝器內(nèi)制冷劑的溫度并不是定值，如下頁圖 510所示。即分為過熱區(qū)、飽和區(qū)和過冷區(qū)三個(gè)區(qū)。冷卻水一側(cè)則由進(jìn)水溫度升高到出水溫度，空氣也一樣。這樣計(jì)算兩者之間的傳熱平均溫差就很復(fù)雜，考慮到制冷劑的放熱主要在中間的冷凝段，即由飽和蒸氣凝結(jié)成飽和液體，而此時(shí)的溫度是一定的，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把制冷劑的溫度認(rèn)定為冷凝溫度，因此在計(jì)算傳熱平均溫差時(shí)應(yīng)用下面的公式。 （ 57） 式中 t1t2 —— 分別為冷卻劑的進(jìn)出口溫度（ ℃ ）； tk—— 制冷劑的冷凝溫度（ ℃ ）。 由此可見，只要確定制冷劑的冷凝溫度 tk和冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度 tt2 ，就可求得△ t。 知道了 φ k、 K和△ t之后，即可利用公式（ 52）計(jì)算傳熱面積。各種冷凝器的 K值和 ψ 值見表 51。 圖 510 冷凝器中制冷劑和冷卻劑溫度變化示意圖 （ a）無過冷（ b）有過冷 1— 過熱蒸氣冷卻 2— 凝結(jié) 3— 液態(tài)制冷劑過冷 4— 冷卻劑溫度 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 表 51 各種冷凝器的 k和 ψ值表 型 式 傳熱系數(shù) K/ [W/（ m2K ） ] 熱流密度 ψ/ （ W/m2） 使用條件 氨冷凝器 立式殼管冷凝器 700800 35004500 單位面積冷卻水量 1～ （ m2h ） 臥式殼管冷凝器 700900 35004600 單位面積冷卻水量 ( m2h) 蒸發(fā)式冷凝器 580700 單位面積循環(huán)水量 3/(m2h),單位面積通風(fēng)量 300340m3/(m2h),補(bǔ)充水按循環(huán)水量 5%10%計(jì)。 R12 R22冷凝器 臥式管殼冷凝器 （肋管） 870930 46505230 水流速為 ～ m/s，平均傳熱溫差 5～ 7℃ 套管式冷凝器 1100 35004000 水流速為 1～ 2 m/s 風(fēng)冷式冷凝器 2430 230290 空氣迎面風(fēng)速為 23 m/s,平均傳熱溫差 8～ 12℃ 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 （三）冷卻介質(zhì)流量的計(jì)算 冷卻介質(zhì)（水或空氣）流量的計(jì)算是基于熱量平衡原理，即冷凝器中制冷劑放出的熱量等于冷卻介質(zhì)所帶走的熱量。 φK =MCP（ t2–t1） φK M= ———— （ 58） CP（ t2–t1） 式中 φK——冷凝器的熱負(fù)荷（ KW）； M——冷卻介質(zhì)的質(zhì)量流量（ kg/s）； t t2——冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口溫度（ ℃ ）； CP——冷卻介質(zhì)的比熱 [KJ/（ kg℃ ） ], 海水的 CP =， 空氣的 CP=，淡水的 CP=。 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 對(duì)于冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口溫差的確定，應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 : （ 1）提高冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫差，可以提高傳熱平均溫差，對(duì)于一定的冷凝負(fù)荷，可減少傳熱面積，顯然可以節(jié)省設(shè)備的初投資，同時(shí)可以減少冷卻介質(zhì)的流量，又可減少泵或風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗。 （ 2）一般冷卻介質(zhì)的進(jìn)口溫度是由自然條件決定的，所以提高進(jìn)出口溫差實(shí)際上是提高出口溫度，其結(jié)果必然是提高了冷凝溫度，因?yàn)槔淠郎囟纫壤鋮s介質(zhì)的出口溫度高 3～ 5℃ ，而冷凝溫度升高會(huì)使壓縮機(jī)的耗功率增加，同時(shí)還會(huì)使壓縮機(jī)的容積效率降低，排氣溫度升高。所以在選擇冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口溫差時(shí)必須綜合考慮，合理地選擇。 1）水冷式冷凝器進(jìn)出口溫差一般為 立式殼管式冷凝器 2～ 4℃ ； 臥式殼管式和套管式冷凝器 4～ 6℃ 。 2）空冷式冷凝器進(jìn)出口溫差不宜超過 8℃ 。 3）傳熱平均溫差△ t可按下列數(shù)據(jù)選?。? 水冷式冷凝器 5～ 7℃ 空冷式冷凝器 8～ 12℃ 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 蒸發(fā)式冷凝器傳熱平均溫差可按下式計(jì)算 △ t=tK– tpj 式中 tpj—— 空氣的平均溫度，其取值為進(jìn)口溫度加 1℃ 。而冷凝溫度為 tK=tS+（ 8～ 15℃ ） 式中 tS—— 夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度（ ℃ ）。 [例 51] 某氨制冷系統(tǒng)、冷凝器用循環(huán)水，進(jìn)水溫度 t1 =31℃ ，當(dāng)蒸發(fā)溫度 tO =15℃ 時(shí)，壓縮機(jī)制冷量 φ O =93100W；試計(jì)算臥式冷凝器的傳熱面積和冷卻水量。 [解 ] ① 冷凝器的熱負(fù)荷 φ K 冷卻水為循環(huán)水，取冷卻水溫升△ t=5℃ ，出水溫度 t2 = t1 +5=31+5=36℃ ， 冷凝溫度 tK 比冷卻水平均溫度高 5℃ ，則冷凝溫 度 ，可取 39℃ ，根據(jù)圖 57查得 φ =，則 φ K = 93100=115910W Cttt k ??????? 52 363152 21第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 ② 傳熱系數(shù) K 查表 51，取 K=820[W/(m2K)] ③ 傳熱平均溫差△ t ④ 冷凝器的傳熱面積 A φ K 115910 A = ———— = ————— = K△ t 820 考慮 10%的裕量，則 A= = 根據(jù)產(chǎn)品樣本或設(shè)備手冊(cè) ,選 DWN32臥式殼管式冷凝器一臺(tái) ,其傳熱面積A=。 ⑤冷卻水流量 M φ K 115910 M= —————— = ——————— = kg/s(） CP（ t2– t1） （ 36– 31） 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 Cntt ????? 311 3136tt tt1n t 2k 1k 12 （四）提高冷凝器換熱效率的途徑 提高冷凝器換熱效率有兩個(gè)方面，其一是設(shè)備制作的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上有利于提高換熱效率；其二是設(shè)備用戶在運(yùn)行管理中應(yīng)當(dāng)排除各種不利因素，使得設(shè)備總是處于高效的換熱狀態(tài)，要想達(dá)到上述目標(biāo)，應(yīng)采取以下措施： 1）改變傳熱表面的幾何特征 2）及時(shí)排除制冷系統(tǒng)中的混合氣體（又稱不凝性氣體）。 3）要及時(shí)將系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油分離出去。 4）要及時(shí)清洗水垢。 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 三、蒸發(fā)器的種類、構(gòu)造和工作原理 蒸發(fā)器也是一種熱交換設(shè)備，它的作用是低壓低溫的制冷劑液體在其中蒸發(fā)吸熱，吸收被冷卻物體的熱量，以達(dá)到制冷的目的。 根據(jù)供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為滿液式、非滿液式、循環(huán)式和噴淋式四種，如圖 511所示。 圖 511 蒸發(fā)器的種類 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 滿液式 非滿液式 循環(huán)式 噴淋式 根據(jù)被冷卻介質(zhì)的種類不同可分為冷卻液體（水或鹽水）的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。 冷卻液體的蒸發(fā)器：直立管式蒸發(fā)器、螺旋管式蒸發(fā)器、臥式殼管式蒸發(fā)器、盤管式蒸發(fā)器。 冷卻空氣的蒸發(fā)器：冷卻排管、冷風(fēng)機(jī)、直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。 （一）冷卻液體的蒸發(fā)器 直立管式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器如下頁圖 512所示。蒸發(fā)管組裝在一個(gè)長(zhǎng)方形的鋼板水箱內(nèi)，水箱由鋼板焊接而成，其中裝有二排或多排蒸發(fā)管組，每排蒸發(fā)管組由上集管、下集管和許多焊在兩集管之間的末端微彎的立管所組成。上集管的一端焊有氣液分離器（即粗豎管），分離器下面有一根立管與下集管相通，使分離出來的液滴流回下集管。下集管的一端與集油器相連，集油器的上端接有均壓管與吸氣管相通。 每組蒸發(fā)管組的中部有一根穿過上集管通向下集管的豎管，如圖中剖面 Ⅰ Ⅰ ，這樣，保證液體直接進(jìn)入下集管，并能均勻地分配到各根立管。立管內(nèi)充滿液態(tài)制冷劑，其液面幾乎達(dá)到上集管。制冷劑液體在管內(nèi)吸收冷凍水的熱量后不斷氣化，氣化后的制冷劑通過上集管經(jīng)氣液分離器分離后，液體返回下集管，蒸氣從上部引出被壓縮機(jī)吸走。 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 圖 512 直立管式蒸發(fā)器 1— 水箱 2— 管組 3— 液體分離器 4— 集油罐 5— 均壓管 6— 螺旋攪拌器 7— 出水口 8— 溢流口 9— 泄水口 10— 隔板 11— 蓋板 12— 保溫層 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 冷凍水從上部進(jìn)入水箱，被冷卻后由下部流出。水箱中裝有攪拌器和縱向隔板，使水箱中的冷凍水按一定的方向和速度循環(huán)流動(dòng)，通常水流速度為 ～ 。水箱上部裝有溢水口，當(dāng)冷凍水（或鹽水）過多時(shí)可從溢水口排出。底部又裝有泄水口，以備檢查清洗時(shí)將水放空。 直立管式蒸發(fā)器傳熱效果良好，當(dāng)用于冷卻淡水時(shí)，其傳熱系數(shù)約為 500～ 550w/（ m178。?k），冷卻鹽水時(shí)，傳熱系數(shù)約為 400～ 450w/（ m178。?k），廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)。 為減少冷量損失，水箱底部和四周外表面應(yīng)作隔熱層。 這種蒸發(fā)器屬于敞開式設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是便于觀察、運(yùn)行和檢修。缺點(diǎn)是用鹽水作為載冷劑時(shí)，與大氣接觸容易吸收空氣中水分降低了鹽水濃度，須經(jīng)常加入固體鹽，同時(shí)會(huì)使腐蝕加快。 螺旋管式蒸發(fā)器 為了降低直立管式蒸發(fā)器的高度和提高傳熱效果，我國(guó)一些冷凍機(jī)廠生產(chǎn)了螺旋管式蒸發(fā)器，并在氨制冷系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。這種蒸發(fā)器與直立管式蒸發(fā)器的主要區(qū)別在于用許多雙圈螺旋管代替兩集管之間的直立管，因此，當(dāng)傳熱面積相同時(shí)，其外型尺寸比直立管小，結(jié)構(gòu)緊湊，又可減少焊接的工作量，傳熱系數(shù)比直立管式要大。 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 臥式殼管式蒸發(fā)器 這種蒸發(fā)器的構(gòu)造如圖 513。它的構(gòu)造與臥式冷凝器相似，其外殼是用鋼板焊成圓筒體，在筒體的兩端焊有管板，鋼管用焊接或脹接在管板上。制冷劑在管外空間氣化，載冷劑（冷凍水或鹽水）在管內(nèi)流動(dòng)，為了保證載冷劑在管內(nèi)具有一定的流速，在兩端蓋內(nèi)鑄有隔板，使載冷劑多流程通過蒸發(fā)器。 制冷劑液體通過浮球閥節(jié)流降壓后，由殼體下部進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)吸收冷凍水或鹽水的熱量而氣化，氣化后的制冷劑蒸氣上升至干氣室（起氣液分離作用），分離出的液滴流回蒸發(fā)器內(nèi)，蒸氣被壓縮機(jī)吸走。氨蒸發(fā)器殼體底部焊有集油器，沉積下來的潤(rùn)滑油可從放油管放出。 圖 513 臥式殼管式蒸發(fā)器 第一節(jié) 冷凝器和蒸發(fā)器 為了能觀察到蒸發(fā)器內(nèi)的液位，在頂部干氣室和殼體之間裝設(shè)一根旁通管，旁通管上的結(jié)霜處即表示蒸發(fā)器內(nèi)的液位。 為了避免未氣化的液體被帶出蒸發(fā)器，其充液量應(yīng)該不浸沒全部傳熱表面，一般氨制冷系統(tǒng)，其充液高度約為筒徑的 70%～80%；氟利昂制冷系統(tǒng)，其充液量為筒徑的 55%～ 65%。 臥式殼管式蒸發(fā)器傳熱性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，制冷劑為氨時(shí)，平均傳熱溫差 Δ t為 5～ 6℃ ，蒸發(fā)溫度在 +5～ 15℃ 的范圍內(nèi)，管內(nèi)水流速 υ =，其傳熱系數(shù)約為 450500w/（ m178。?k）。但是，當(dāng)用來冷卻普通淡水時(shí)，其出水溫度應(yīng)控制在 2℃ 以上，否則易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，致使傳熱管凍裂。 在氟利昂系統(tǒng)中，目前也使用臥式殼管式蒸發(fā)器，所不同的是采用低肋銅管代替光滑鋼管，這樣可以提高制冷劑的沸騰放熱系數(shù)。為了使?jié)櫥碗S制冷劑蒸氣返回壓縮機(jī)，采用干式殼管式蒸發(fā)器（屬非滿液式蒸發(fā)器），即制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)吸熱，冷凍水在管間流動(dòng)。