冷干机的原理、结构学习教材

冷冻式干燥器原理、结构学习教材

一、冷干机的组成:

为了实现压缩空气干燥的目的，又体现节能的目标，一台标准的冷干机应包括以下部件，具体为：

1)冷却降温部分：包括预冷器（空气与空气的热交换器）、蒸发器（空气与制冷剂液体的热交换器）；

2)气水分离与排放部分：包括气水分离器、自动排水器；

3)制冷部分：包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、氟路电磁阀、压力开关、压力控制器（水量调节阀）、贮液罐、过滤干燥器、截止阀等；

4)电气部分：包括启停开关、接触器、继电器、PC电脑板等；

5)仪表部分：包括进出口空气压力表、制冷剂高、低压力表等。

二、各主要部件的工作原理及作用:

1、预冷器：绝大多数冷干机具有预冷器，预冷器是一种空气与空气进行热交换的换热器，一般为列管

式换热器（也称管壳式换热器）。预冷器在冷干机里的主要作用是“回收”被蒸发器冷却后压缩空气所携带的冷量，并用这部分冷量来冷却携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气（即从空压机排出，经过空压机自带的后部冷却器冷却、再经过气水分离的温度一般在40℃以上的饱和压缩空气），从而减轻了冷干机制冷系统的热负荷，达到节约能源的目的。另一方面，低温压缩空气在预冷器里温度得到回升，使输送压缩空气的管道外壁不致因温度低于环境温度而出现的“结露”现象。此外，压缩空气温度升高后，降低了干燥后压缩空气的相对湿度（一般小于20％），对防止金属的锈蚀有利。有些用户（如与空分设备配套）需要含水量低而且温度也低的压缩空气，这时冷干机就不再设置预冷器了。由于不设置预冷器，冷空气的冷量得不到回收利用，蒸发器热负荷会增加很多。在这种情况下，不仅需要加大制冷压缩机的功率来进行能量补偿，而且整个制冷系统的其它部件（蒸发器、冷凝器及节流元器件）都需要相应增大。

从能量回收角度讲，我们总希望冷干机排气温度越高越好（排气温度高，说明能量回收多），最好进出口没有温差。但实际上是达不到这一点的，在空气进口温度为45℃以下时，冷干机进、出气温相差15℃以上的情况并不鲜见。

2、蒸发器：

蒸发器是冷干机主要的换热部件。结构与预冷器不同，一般冷干机的蒸发器是由壳体和内胆组成，内胆由一簇紫铜管组成。在蒸发器中，从预冷器流出的经过预冷却的压缩空气在壳层沿折流板上下流动，制冷剂在管内流动，压缩空气被强制冷却，其中大部分水蒸气凝结成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。蒸发器内胆管内液体制冷剂吸取压缩空气的热量后蒸发成蒸汽，这一过程是相变过程，在制冷剂液体相变成气体时，蒸发压力保持不变，蒸发温度在大部分时间里也保持不变（在制冷剂完全蒸发成气体后，在蒸发器末端会过热，膨胀阀就是根据过热度调节供液量的，具体可参阅有关制冷书籍），压缩空气在热交换过程中温度会越来越接近制冷剂的蒸发温度。但由于受到冷干机结构和成本的限制，蒸发器换热面积不可能无限增大，压缩空气与制冷剂之间的传热温差总是存在的。因此压缩空气所能达到的温度（表观露点温度），在任何时候也不可能等于或低于蒸发温度，压缩空气最终被冷却到的温度值取决于多种因素，例如：制冷量、制冷剂的蒸发温度（蒸发压力）、蒸发器的换热面积、压缩空气的流速、热负荷等。在冷干机实际运行中压缩空气的最终冷却温度值蒸发温度高3－5℃是正常的。由于蒸发器的换热介质是热力学性质截然不同的压缩空气与制冷剂，制冷剂的导热系数不空气的导热系数高得多，因此，蒸发器换热效率的高低决定在压缩空气侧。为了尽可能获得较高的传热效率，应加大压缩空气侧的换热面积以抵消其热阻。

制冷系统的卧式蒸发器可分“干式蒸发器”和“满液式蒸发器”两种。前者制冷剂在管内蒸发，空气在管外流动。满液式蒸发器中，液体制冷剂在管外蒸发，被冷却的压缩空气在管内流动，制冷剂将换热铜管全部浸没。满液式蒸发器在冷干机中用得较少，原因是：

1）在水蒸气冷凝成水滴的过程中，首先会在蒸发器内胆铝翅片表面形成一层水膜，卧式安装蒸发器可使水膜成珠状下滴迅速更新换热表面。如果立式安装水滴就会沿换热管表面成帘状流动，帘状流动使水膜变厚影响传热；

2)冷冻机油易溶于制冷剂，且不易排除，在满液式蒸发器中既影响传热效果又影响回油，严重时导致压缩机缺油运行；

3)制冷剂充注量大。

LD系列冷干机采用的是干式蒸发器并采用卧式安装。

3、冷凝器

在冷干机中冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高压、过热制冷剂蒸汽冷却成为液态制冷剂。

通常冷凝器分为风冷式和水冷式两种。因此冷干机也分为风冷式冷干机和水冷式冷干机两种。

风冷凝器为翅片式结构，与家用空调的室外机类似；水冷凝器为列管式（管壳式）结构。风冷凝器不需要冷却水，适合于供水困难地区或移动性场合应用。但风（空气）冷却效果比水差得多，其体积比同规格的水冷凝器大，所以一般只适用于中、小型冷干机。风冷凝器不适于在气温高或通风不良、多粉尘的环境下使用。

在冷凝器中，高温、高压的制冷剂蒸汽从冷凝器上部进入冷凝器（风冷凝器走管内，水冷凝器走壳体），与冷却介质进行对流热交换，冷煤气体放出热量后凝结成液体从冷凝器下部流出。

4、制冷压缩机

(1) 制冷压缩机种类

在压缩式制冷系统中，压缩机有：活塞式、螺杆式、旋转（滑片）式和涡旋式等四种，其中活塞式又分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。目前，冷干机采用最多的是全封闭（包括活塞式、旋转式和涡旋式）压缩机和半封闭活塞式压缩机。

(2) 制冷压缩机的运行特点

制冷压缩机的制冷量与其工况（即蒸发温度、冷凝温度）密切相关。蒸发温度低，压缩机单位制冷量就少；冷凝温度高，压缩机单位制冷量就少。所以试图通过降低冷干机的蒸发温度来降低压缩空气的“压力露点”并不经济的。我们知道气体可以被压缩而液体很难被一般的设备压缩，反而会损坏气体压缩设备。

在制冷设备中就有称为“液击”的故障：在冷干机运行时，如果进入蒸发器时的制冷剂液体过多或蒸发压力太低（此时，负荷较低或制冷量过大）而无法完全被压缩空气蒸发，那么未蒸发的制冷剂液体会被吸入压缩机内部。由于制冷剂液体是不可压缩的，在压缩机运转中极易造成阀片被击碎的现象，这就是“液击”。