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1、 蒸發(fā)式冷凝器蒸 發(fā) 式 冷 凝 是 效 率 最 高 的 冷 凝 方 式-美 國 ASHARE系 統(tǒng) 與 設 備 手 冊 ， 第 35章 1 蒸 發(fā) 冷 凝 技 術 的 研 究 狀 況2 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 的 分 類3 板 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 傳 熱 性 能 分 析4 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 與 風 冷 、 水 冷 機 組 及 蒸 發(fā) 冷 卻 對 比5 蒸 發(fā) 式 冷 凝 在 實 際 中 的 應 用6 總 結 蒸發(fā)冷凝技術的發(fā)展 自 上 世 紀 7 0 年 代 板 式 換 熱 器 在 制 冷 裝 置 中 得 到 應 用 以 來 ,已經(jīng) 日 益 受 到 人 們 的 重 視 ,特 別
2、 是 許 多 發(fā) 達 國 家 ,如 澳 大 利 亞、 美 國 、 日 本 以 及 歐 洲 各 國 等 都 非 常 重 視 制 冷 用 板 式 換 熱器 的 研 究 和 應 用 ,世 界 上 一 些 著 名 的 制 冷 公 司 如 約 克 、 開 利及 日 立 等 也 相 繼 在 制 冷 裝 置 中 采 用 板 式 換 熱 器 。 在 我 國 ,制 冷 用 板 式 換 熱 器 的 研 究 及 應 用 尚 處 于 起 步 階 段 ,與 國 外 相 比 ,我 國 在 這 一 領 域 的 研 究 相 對 比 較 滯 后 。 蒸發(fā)式冷凝器的分類 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 按 風 機 的 操 作 不 同 可
3、 分 為 鼓 風 式 和 吸風 式 (目 前 大 多 數(shù) 采 用 此 類 風 機 ) ,從 其 換 熱 的 核 心 部 件 的結 構 分 為 管 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 和 板 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 兩 大 類 。 管 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 又 可 以 分 為 水 平 管 式 與 立 管 式 兩類 ,目 前 工 業(yè) 上 應 用 最 多 是 水 平 管 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 ,通 過改 變 換 熱 盤 管 管 型 結 構 以 達 到 強 化 傳 熱 的 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器稱 之 為 異 型 管 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 ;將 換 熱 盤 管 與 其 他 換 熱 單 元體
4、結 合 起 來 構 成 的 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 還 有 填 料 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器與 鼓 泡 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 。 目 前 ,在 傳 統(tǒng) 的 換 熱 器 研 究 及 應 用 中 ,已 形 成 了 一 種“ 以 板 代 管 ” 的 趨 勢 。 蒸發(fā)式冷凝器板 管 蒸 發(fā) 式 冷 凝 技 術 示 意 圖 及 工 作 原 理（ 1） 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 是 以 水 和 空 氣 作 冷 卻 介質 ， 利 用 水 的 蒸 發(fā) 帶 走 汽 態(tài) 制 冷 劑 的 冷 凝熱 。（ 2） 工 作 時 冷 卻 水 由 水 泵 送 至 冷 凝 管 組 上 部噴 嘴 ， 均 勻 地 噴 淋 在 冷 凝
5、 排 管 外 表 面 ， 形成 一 層 很 薄 的 水 膜 ， 高 溫 汽 態(tài) 制 冷 劑 由 冷凝 排 管 組 上 部 進 入 ， 被 管 外 的 冷 卻 水 吸 收熱 量 冷 凝 成 液 體 從 下 部 流 出 ， 吸 收 熱 量 的水 一 部 分 蒸 發(fā) 為 水 蒸 汽 ， 其 余 落 在 下 部 集水 盤 內 ， 供 水 泵 循 環(huán) 使 用 ， 風 機 強 迫 空 氣以 3-5m/s的 速 度 掠 過 冷 凝 排 管 促 使 水 膜 蒸 發(fā) ， 強 化 冷 凝 管 外 放 熱 ， 并 使 吸 熱 后 的 水滴 在 下 落 的 進 程 中 被 空 氣 冷 卻 ， 蒸 發(fā) 的 水蒸 汽 隨
6、 從 空 氣 被 風 機 排 出 ， 未 被 蒸 發(fā) 的 水滴 被 脫 水 器 阻 擋 豬 落 回 水 盤 。（ 3） 水 盤 中 設 浮 球 閥 ， 自 動 補 充 冷 卻 水 量 。 冷 卻 水 用 循 環(huán) 水 泵 壓 送 到 豎 直 排 列 的 冷 凝 板 束 的 上 方 ,經(jīng) 噴 嘴 或 其 他噴 淋 裝 置 噴 灑 到 板 束 上 ,當 制 冷 壓 縮 機 排 出 的 過 熱 蒸 汽 進 入 冷 凝 換 熱 板內 時 ,冷 卻 循 環(huán) 水 連 續(xù) 不 斷 地 噴 淋 在 換 熱 板 外 側 ,在 冷 凝 板 片 的 外 表 面形 成 水 膜 而 流 下 ,水 膜 從 冷 凝 板 壁
7、吸 取 制 冷 劑 的 熱 量 后 ,在 蒸 發(fā) 作 用 下 ,部 分 水 蒸 發(fā) 為 蒸 汽 ,被 快 速 流 動 的 空 氣 帶 走 ,這 樣 就 有 效 地 利 用 水 的 蒸發(fā) 潛 熱 ,以 較 少 的 水 達 到 板 內 制 冷 劑 氣 體 冷 凝 冷 卻 的 目 的 ,增 強 傳 熱 效果 。 空 氣 的 作 用 主 要 是 將 冷 凝 板 片 外 面 受 熱 蒸 發(fā) 的 水 蒸 汽 帶 走 ,當 空 氣的 溫 度 低 于 水 溫 時 ,它 還 可 以 起 一 定 的 冷 卻 作 用 ,空 氣 自 下 而 上 或 者 與噴 淋 水 成 交 叉 流 動 從 水 膜 表 面 吹 過 時
8、 ,除 把 水 蒸 氣 帶 走 外 ,還 夾 帶 一 部分 小 水 滴 。 為 了 減 少 水 的 吹 散 損 失 ,在 冷 凝 板 束 與 風 機 之 間 加 裝 擋 水 板,它 的 作 用 是 盡 量 把 空 氣 中 夾 帶 的 水 滴 分 離 下 來 。 板式蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能分析 液 體 在 重 力 作 用 下 薄 層 形 式 沿 壁 面 向 下 流 動 ， 稱 為 液 體 薄 膜 流 。 它具 有 小 流 量 、 小 溫 差 、 高 傳 熱 、 傳 質 系 數(shù) 、 高 熱 流 密 度 、 結 構 簡 單 、 動力 消 耗 小 等 優(yōu) 點 ， 其 傳 熱 傳 質 的 特 點 ： 效
9、率 高 ， 強 度 大 ， 溫 度 或 濃 度 梯度 小 ； 流 量 小 ， 消 耗 功 率 少 ； 液 -固 、 氣 -液 相 之 間 的 接 觸 面 積 大 ， 傳 熱傳 質 充 分 ， 過 程 時 間 短 等 。 利 用 液 膜 進 行 傳 熱 傳 質 已 經(jīng) 成 為 動 力 、 化 工 、 食 品 等 工 業(yè) 中 最 重 要的 單 元 操 作 之 一 。 板 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 是 基 于 液 體 薄 膜 流 傳 熱 傳 質 理 論 和蒸 發(fā) 冷 凝 換 熱 機 理 開 發(fā) 出 來 的 一 種 高 效 節(jié) 能 節(jié) 水 冷 卻 設 備 ,其 工 作 過 程可 分 為 :板 內 工
10、 藝 流 體 冷 凝 后 通 過 板 壁 將 熱 量 傳 至 薄 水 膜 所 覆 蓋 的 板 外 ,板 外 水 膜 經(jīng) 過 蒸 發(fā) 將 熱 量 傳 給 空 氣 ,最 后 空 氣 將 這 部 分 熱 量 和 水 汽 排 出 ,這 是 一 次 典 型 的 以 傳 質 帶 動 傳 熱 的 過 程 。 影 響 板 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 傳 熱 性 能 的 主 要 因 素 ： 噴 淋 水 流 量 、 風 速 、汽 液 流 向 以 及 工 藝 流 體 進 出 口 位 置 。 就 其 中 一 個 影 響 因 素 噴 淋水 流 量 來 分 析 板 式 換 熱 器 的 傳熱 性 能 。 為 了 研 究 各
11、 項 因 素 的影 響 實 驗 裝 置 主 要 包 括 蒸 汽 發(fā)生 器 、 冷 凝 器 (換 熱 板 束 )、 水 循環(huán) 系 統(tǒng) 及 風 機 四 部 分 ,其 中 冷 凝器 板 束 間 裝 有 PVC填 料 ,板 內 工藝 流 體 是 水 蒸 汽 。 冷 卻 水 用 循環(huán) 水 泵 壓 送 到 豎 直 排 列 的 冷 凝板 束 的 上 方 ,經(jīng) 噴 嘴 噴 灑 到 板 束上 ,當 蒸 汽 發(fā) 生 器 排 出 的 片 外 受熱 蒸 發(fā) 的 水 蒸 氣 被 快 速 流 動 的空 氣 帶 走 ,這 樣 就 有 效 的 利 用 水的 蒸 發(fā) 潛 熱 ,以 較 少 的 水 達 到 板內 蒸 汽 冷 凝
12、冷 卻 的 目 的 ,增 強 傳熱 效 果 。 圖 2為 在 風 速 u為 3.5m/s下 板 外 空 氣 -水 兩 相 逆 流 、 并 流 、錯 流 時 熱 流 密 度 qf隨 冷 卻 水 噴 淋 密 度 變 化 的 情 況 。如 圖 可 以 看 出 ,3種 不 同 的 汽 液 流 向 操 作 ,冷 凝 器 板 間 的 熱流 密 度 均 是 隨 冷 卻 噴 淋 密 度 的 增 大 而 先 增 大 后 減 小 ,且 都有 一 個 最 高 點 ,這 說 明 在 板 式 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 中 存 在 一 個 最佳 的 噴 淋 密 度 。 在 噴 淋 密 度 較 小 時 ,傳 熱 板 表 面
13、沒 有 被 噴淋 水 完 全 覆 蓋 ,局 部 板 表 面 溫 度 較 高 而 形 成 干 斑 ” ,這一 局 部 表 面 的 傳 熱 過 程 由 “ 蒸 發(fā) 冷 ” 變 成 “ 風 冷 ” ,傳熱 效 果 稍 差 ,隨 著 噴 淋 密 度 的 增 大 ,直 至 板 表 面 剛 好 被 噴淋 水 完 全 覆 蓋 ,并 形 成 一 層 非 常 薄 的 水 膜 ,板 的 傳 熱 表 面利 用 率 也 達 到 最 大 ,此 時 的 熱 流 密 度 也 達 到 最 大 值 ,即 并流 與 逆 流 情 況 下 ,在 為 0.196kg/(m s)時 ,熱 流 密 度 同時 達 最 大 值 ,分 別 為
14、7.23kW/ 與 6.52kW/ ,而 錯 流 情 況 ,則 在 為 0.186kg/(m s)時 ,熱 流 密 度 達 到 最 大 為5.60kW/ 。 隨 著 噴 淋 密 度 的 進 一 步 增 大 ,板 表 面 的 水 膜 厚 度 開 始 變 厚 ,水 膜 的 熱 阻 開 始 增 大 ,熱 流 密 度 也 開 始 有所 減 小 。 因 而 ,布 水 量 不 足 時 出 現(xiàn) 的 “ 干 斑 ” 與 布 水 量過 大 時 出 現(xiàn) 的 液 膜 過 厚 都 會 使 傳 熱 效 率 下 降 ,在 板 式 蒸 發(fā)式 冷 凝 器 設 計 時 應 重 點 考 慮 這 一 因 素 。 蒸 發(fā) 式 冷 凝
15、 與 風 冷 、 水 冷 機 組 對 比 風 冷 機 組 、 水 冷 機 組 與 蒸 發(fā) 冷 卻 機 組 的 區(qū) 別（ 1Kg水 帶 走 25KJ熱 量 ， 1Kg水 蒸 氣 帶 走 2500KJ熱 量 ） 傳 熱 量 ： 水 冷 式 是 風 冷 式 的 1 0 倍 ， 蒸 發(fā) 冷 卻 式 是 水 冷 式 1 0 0 倍 ， 因 此 蒸 發(fā) 冷 卻 式 是 風 冷 式 的 1 0 0 0 倍 。（ 在 水 冷 式 冷 凝 器 中 冷 卻 水 的 溫 升 一 般 為 tw=26 ,每 1kg水 能 帶 走 825kJ的 熱量 ,而 1kg水 吸 熱 蒸 發(fā) 可 以 帶 走 2 450kJ的 潛
16、熱 量 。 ） 由 上 述 可 知 ， 在 相 同 的 制 冷 量 下 ， 耗 水 量 ： 與 傳 統(tǒng) 水 冷 式 相 比 ， 蒸 發(fā) 冷 卻 式 是 水 冷 式 的 1 /1 0 0 補 水 量 ： 與 傳 統(tǒng) 水 冷 式 相 比 ， 蒸 發(fā) 冷 卻 式 是 水 冷 式 的 1 /2 5 1 /5 0 。優(yōu) 點 1 節(jié) 地 、 美 觀 不 需 要 配 置 冷 卻 水 塔 ， 節(jié) 省 占 地 面 積 約 1 0 1 0 0 2 節(jié) 水 、 節(jié) 能 數(shù) 據(jù) 顯 示 ， 蒸 發(fā) 冷 凝 技 術 比 水 冷 機 組 節(jié) 能 3 5 以 上缺 點 與 傳 統(tǒng) 空 調 相 似 ， 仍 采 用 傳 統(tǒng) 制
17、 冷 劑 ， 并 不 環(huán) 保 。 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 與 間 接 蒸 發(fā) 冷 卻 冷 水 機 組 的 區(qū) 別冷 凝 : 冷 凝 是 氣 體 或 液 體 遇 冷 而 凝 結 ， 如 水 蒸 氣 遇 冷 變 成 水 ， 水 遇 冷 變 成 冰 ， 有 相 變 的 過 程 。冷 卻 : 使 熱 物 體 的 溫 度 降 低 而 不 發(fā) 生 相 變 化 的 過 程 。 城 市 軌 道 交 通 專 用 板 管 蒸 發(fā) 式 冷 凝 螺 桿 冷 水 機 組 城 市 軌 道 交 通 專 用 板 管 蒸 發(fā) 式 冷 凝 螺 桿 冷 水 機 組 適 用 于 地 鐵 站 公 共 區(qū) 、公 共 區(qū) 站 臺 、 設
18、備 管 理 用 房 、 通 風 換 氣 房 間 、 變 壓 器 和 開 關 室 等 需 冷 空 間 。 產(chǎn) 品 特 性 ： 節(jié) 地 它 采 用 蒸 發(fā) 冷 凝 技 術 ， 不 需 要 配 置 冷 卻 塔 、 冷 卻 水 泵 以 及 冷 卻 水 管 網(wǎng) 系 統(tǒng) ， 解 決 了長 期 以 來 冷 卻 塔 安 裝 位 置 困 難 的 問 題 ； 它 適 應 靈 活 的 安 裝 位 置 ， 減 少 或 不 需 設 立 冷 凍機 房 的 特 點 ， 節(jié) 約 地 鐵 車 站 占 地 面 積 。 美 觀 它 采 用 蒸 發(fā) 冷 凝 技 術 ， 不 需 要 配 置 冷 卻 塔 ， 在 城 市 景 觀 上 ，
19、解 決 長 起 來 冷 卻 水 塔 室外 安 裝 影 響 市 容 及 對 噪 音 及 “ 飛 水 ” 周 圍 居 民 的 影 響 。 節(jié) 能 它 采 用 蒸 發(fā) 式 冷 凝 技 術 ， 標 準 工 況 小 整 機 能 效 比 高 ， 明 顯 優(yōu) 于 冷 水 機 組 能 源 效 率 國 家 最 新 等 級 指 標 I級 水 平 ， 比 水 冷 機 組 節(jié) 能 15%以 上 ， 更 比 一 般 風 冷 機 組 節(jié) 能 35%。 蒸發(fā)式冷凝器實 際 工 程 結 合 吉 林 火 車 站 的 氣 候 環(huán) 境 和 使 用 需 求 ， 吉 林 火 車 站 項 目 采 用 了板 管 蒸 發(fā) 式 冷 凝 全 熱
20、 回 收 新 風 空 調 系 統(tǒng) ， 夏 季 通 過 新 風 處 理 控 制 室 內溫 濕 度 ， 不 設 傳 統(tǒng) 的 中 央 空 調 系 統(tǒng) ， 實 現(xiàn) 4 5 %的 節(jié) 能 效 益 。 同 時 ， 減少 了 中 央 空 調 系 統(tǒng) 5 %的 投 資 成 本 。 冬 季 實 現(xiàn) 室 內 2 2 排 風 的 熱 量 回收 ， 冬 季 供 暖 供 熱 費 用 節(jié) 省 3 5 %以 上 。 該 項 目 是 鐵 道 部 節(jié) 能 減 排 科 研 項 目 之 一 ， 吉 林 火 車 站 是 第 一 個 試點 ， 該 成 果 將 在 鐵 道 部 高 鐵 建 設 中 大 力 推 廣 。 目 前 ， 此 項
21、技 術 已 應 用 在 很 多 工 程 實 際 中 。 值 得 一 提 的 是 , 由 于我 國 幅 員 遼 闊 , 各 地 氣 候 條 件 有 很 大 差 異 , 而 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 的 冷 凝效 受 氣 候 條 件 影 響 較 大 , 應 結 合 這 些 具 體 情 況 來 設 計 和 制 造 蒸 發(fā) 式冷 凝 器 。 可 以 針 對 每 個 地 區(qū) 的 具 體 情 況 , 設 計 出 專 門 適 用 于 該 地 區(qū)的 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 , 也 可 以 根 據(jù) 各 地 條 件 改 變 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 的 設 備 技術 指 標 , 即 實 現(xiàn) 蒸 發(fā) 式 冷 凝 器 設 計 和 制 造 的 智 能 化 。 總 結
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