标题：冷凝器

　　在压缩式制冷系统中，除了起心脏作用的压缩机外，还有为完成制冷循环所必需的冷凝器、蒸发器与节流阀。其中冷凝器和蒸发器就是制冷装置中的主要热交换设备，它们传热效果的好坏会直接影响制冷装置的性能和运转的经济性。因此，正确地选择、操作管理冷凝器和蒸发器对发挥和提高制冷装置的制冷性能、降低运行费用有密切关系。

节流机构在蒸汽压缩式制冷系统中用来实现制冷剂液体的节流膨胀，并起调节蒸发器供液量的作用。设备虽小，但它是制冷系统中四个必不可少的设备之一。

一、冷凝器的功用及其传热的基本情况

冷凝器是将制冷压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质(空气或水)并使之凝结成液体的热交换设备。其工作过程是：来自压缩机的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器后先被冷却成饱和蒸汽，继而被冷凝成饱和液体。若冷却介质流量大、温度低时，饱和液体还可进一步被冷却成过冷液体。
在既定的热交换设备中其热交换面积是一定的，因而要提高传热量，除了提高对数平均温差外，其重要途径是如何提高传热系数。而冷凝器传热系数的大小则取决于冷凝器的结构、管壁内外两侧(制冷剂侧及冷却介质侧)放热系数以及传热表面污脏的程度，下面简单地分析一下影响冷凝器的传热系数的因素。

1、影响制冷剂侧蒸汽冷凝放热系数的因素

制冷剂凝结的形式

当制冷剂蒸汽在冷凝器中与低于其饱和温度的壁面相接触时，它就在壁面上凝结为液体。其凝结形式可分为“膜状凝结”和“珠状凝结”两种情况。一般说来，在相同温差下珠状凝结比膜状凝结的放热量要大15～20倍。但制冷剂蒸汽在冷凝器中的凝结一般为膜状凝结。

制冷剂的流速和流向

当制冷剂蒸汽在直立管壁上作膜状凝结时，在冷却表面的最上端，蒸汽直接同壁面接触而冷凝，凝结的液体就沿着冷却表面向下流动，液膜层越向下越厚。这时液膜便把冷却表面同制冷剂蒸汽隔开，蒸汽凝结时所放出的潜热必须通过液膜层传递到壁面。显然冷却表面越高，温差越大，平均放热系数将越小。

如果冷凝液膜的流动方向与汽流方向一致时，可使冷凝液膜能较迅速地流过传热表

面。因此，液膜就薄，使放热系数增大。当制冷剂蒸汽的流动方向与冷凝液膜的流动方向相反，而且蒸汽流速较小时，液膜层就厚，放热系数就降低。蒸汽流速增大到一定程度，会把液膜托起使液膜脱开壁面，在这种情况下，放热系数就升高。

传热表面的粗糙度

如果传热表面粗糙不平，则凝结液膜的流动阻力增加，冷凝的液体就不能很快向下 流，从而使液膜层加厚，放热系数相应降低。

冷凝器的构造形式

制冷剂在卧式单根管的外表面冷凝时的放热系数一般大于直立管的放热系数，这是因为具有一定长度的直立管的下部冷凝液膜层的厚度较大。但是，由多根横管排列成管簇时，其平均放热系数就减小，也有可能低于直立管的放热系数。

因此，要提高制冷剂在冷凝时的放热系数，无论任何一种构造的冷凝器，都应保证冷凝液体能从传热表面上迅速的排除。

2、影响冷却水(或空气)侧的放热系数的因素

作为冷却介质的水或空气的流速大小，对其一侧的放热系数有很大的影响。随着冷却介质流速的增加，其放热系数也就增加。但是，冷却介质流速的增大会使冷凝器内的流动阻力随之增加，从而使消耗的机械功也就增加了。冷凝器内冷却介质的最佳流速：冷却水为0.8～1.2米／秒，空气为2～4米／秒。

3、传热表面污脏程度

在冷凝器传热表面上，被润滑油污染程度即使是极其轻微时，也会使冷凝器的传热系数大大降低。例如，厚度为0.1毫米的油垢，其所产生的热阻相当于厚度为33毫米钢板的热阻。在冷凝器传热表面上积有水垢及气冷式冷凝器传热表面上积有灰尘时，都会使冷凝器传热情况恶化。

4、制冷剂蒸汽中存在空气或其它不凝性气体的影响

在制冷系统安装和运行过程中，由于系统的不严密，常有空气渗入，此外制冷剂也会分解出一些气体。这些气体在制冷系统中不能被凝结成液体，因而被称为不凝性气体，其中主要是空气。不凝性气体无论是从制冷系统中哪一部分进入，以后都会聚集在冷凝器和高压贮液桶中。在冷凝器中的不凝性气体会造成冷凝器的总压力增大，降低冷凝器的传热效率，并使压缩机消耗的功增加，排汽压力和温度也升高。由此可见制冷系统中存有空气时，必须采取措施，既要防止空气渗入制冷系统内，又要及时地将系统中的不凝气体(主要是空气)利用专门的设备排出。

二、冷凝器的种类及特点

冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。

（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。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，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。筒体是由8～16mm的钢板卷成圆柱形筒体后焊接而成，筒体两端各焊有一块多孔的管板，两管板之间焊接或胀接ф38～ф70的无缝钢管数十根。冷却水从顶部进入管束，沿管内壁往下流。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，一般K=600～700(kcal/m2·h·℃)。

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。

总上所述，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。

套管式冷凝器是由两种不同直径的无缝钢管或两种不同直径的铜管套装在一起而组成的，外套管直径一般为φ57×3mm，内管直径为φ38×3.5mm。

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。

对于小型氟利昂空调机组仍广泛使用套管式冷凝器，为了缩小机组体积将套管弯成盘管形状，如图6—4所示。通常是把封闭型压缩机放在冷凝器中间，使整个机组布置紧凑。这类套管式冷凝器内部常套有3～4根内管。内管内侧带有纵向肋片，氟利昂在内管内冷凝，而水在内管外的环形空间中流动，有时也用塑料管或橡皮管代替外管。这类套管式冷凝器的传热系数可达900～1000kcal/(m2·h·℃)。主要用在制冷量为20kw左右的小型氟利昂机组中。

（二）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。根据空气流动方式不同，可分为自然对流式和强迫对流式两种。自然对流式又有线管式和百叶窗式两种结构形式，从结构和性能来看，前者散热效果好，加工方便，成本低。因此，电冰箱常采用线管式冷凝器。

强迫对流的风冷式冷凝器都是采用铜管穿整体铝片的结构。铝片厚0.2～0.3mm，片距为2～4mm。风冷式冷凝器在沿空气流动方向上，常为2～8排蛇形盘管并联，迎面风速2～3m/s，氟利昂蒸汽由上集管进入每一排蛇形盘管中，冷凝液汇集于下集管，然后进入贮液器。

风冷式冷凝器的主要特点是不需冷却水且使用管理方便，但传热系数小，一般约为20～25kcal/(m2·h·℃)，所以设计计算时取较大的平均温差Δt=10～15℃，否则需要较大的传热面积，会造成经济上的不合理。

（三）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。

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。单位面积热负荷一般为1.2～1.86kw/m2。

（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。其主要缺点是：1、传热系数低；2、金属消耗量高；3、占地面积大。

不错

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