蒸发式冷凝器简介

蒸发式冷凝器

简介：

蒸发式冷凝器是从冷却塔改进而来，其操作原理和冷却塔基本相同，主要由换热器、水循环系统和风机系统三部分组成（如下图）。蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础，冷凝器顶部布水系统不断向下喷淋冷却水，在换热管表面形成水膜，换热管和管内热流体发生显热交换并将热量传递到管外冷却水，同时换热管外冷却水和空气混合，冷却水向空气放出蒸发潜热（主要换热方式）而冷却，从而使流体冷凝温度更接近空气的湿球温度，其冷凝温度可比冷却塔水冷式冷凝器系统低3-5℃。美国《ASHRAE系统与设备手册》指出“蒸发式冷凝是效率最高的冷却方式”。

管内被冷却介质：

氨、氟里昂等用户要求的冷却介质。

优点：

1.冷凝效果好：蒸发潜热大，空气与制冷剂逆向流动传热效率高。

蒸发式冷凝器以环境的湿球温度为驱动力利用盘管水膜的蒸发潜热换热, 使冷凝温度接近环境的湿球温度, 其冷凝温度可比冷却塔水冷式冷凝器系统低3-5℃,比风冷式冷凝器低8-11℃,这大大地降低了压缩机功耗, 使系统能效比提高10%-30%。

2.节水：利用水的汽化潜热换热，其循环用水量少，考虑到吹散损失、排污换水等，耗水量为一般水冷式冷凝器的5%-10%。

3.节能：蒸发式冷凝器冷凝温度受限于空气湿球温度，而湿球温度一般比干球温度低8-14℃，加上上侧风机给设备内部造成的负压环境，其冷凝温度较低，故压缩机功耗比低，而冷凝器的风机、水泵动力消耗都低，相对于其他冷凝器，蒸发式冷凝器可以节能20%-40%。

4.初投资和运行费用都低:蒸发式冷凝器结构紧凑，不需要冷却塔，占地面积小,制造时易于形成整体，给安装维护带来方便。

应用现状：

蒸发式冷凝器在西方国家应用较为广泛，在国内的应用中，由于西北地区缺水的实际情况，蒸发式冷凝器在西北地区推广和应用较多，宾馆、办公楼、商场等民用建筑和厂房车间及冷库、

温室等的冷却空调设备基本都采用了蒸发式冷凝器，啤酒、食品、饮料、制药、石油、化工等行业也越来越多的采用蒸发式冷凝器。在较为湿热的中南地区则显得不足，经一些专家和研究开发人员的理论研究和实际改进，证明蒸发式冷凝器在中南地区一样也能取得较好的使用效果。当传统冷凝器工作不正常或需要改换时，采用蒸发式冷凝器也较多。

研发问题：

1.结垢问题:蒸发式冷凝器结构紧凑，换热效率高，结垢对其传热性能影响相当大。

2.腐蚀问题:蒸发式冷凝器外壳由于常年处于水与空气的潮湿环境下，易于腐蚀。

3.水量的合理分布问题：喷淋水的水量选择和均匀分布对蒸发式冷凝器换热效果有很大的

影响，如果喷淋水量不足，易于在换热管表面结垢；如果喷淋水量过大，水膜厚度增加，会增大水膜传热热阻。

4.风机问题:以往国产蒸发式冷凝器一般为吹风式结构，风机装在下面，由于挡水板设置不

当，或用户操作不当，先开水泵后开风机，造成风机接线盒进水短路，使电机烧毁。现在多采用吸风式，接线盒放在箱体外，避免与水接触，一般不存在上述问题，但对风机叶片要求较高，要能耐腐蚀。

5.振动与噪声问题:蒸发式冷凝器运行时噪声来源有：风机、水泵、冷却水下落噪声和箱体

综合噪声，主要是风机噪声。

性能研究：

影响蒸发式冷凝器性能的因素有结构参数和运行参数。结构参数主要有：盘管尺寸、盘管截面形状、盘管材料、盘管布置形式等；运行参数主要有：风量、喷淋水量、管内冷凝流体流量等。

1.结构参数分析：

目前蒸发式冷凝器主要有板式和管式两种形式。板式蒸发式冷凝器具有结构紧凑，换热效率高的优点；其缺点是流道较窄，容易堵塞，尤其是在含尘量大的环境中，随之时间的增加，流动阻力变大，容易堵塞，使其换热效率降低。板式蒸发式冷凝器难做到布水均匀，表面结构，维护困难。管式蒸发式冷凝器优点是布水均匀，易形成稳定水膜，流道较宽，不易堵塞，流动阻力小；其缺点是换热效率低于板式蒸发式冷凝器。

高效传热管的研制，管型的改进和管表面性质的改造是蒸发式冷凝器发展的一个重要方面，改变壁面粗糙度和管型结构，增加空气湍流度，能起到强化传热的效果。

螺旋槽管横纹管扎槽管扭曲管

在管型改进方面，出现了椭圆管、异滴形管、波纹管和交变曲面波纹管等新型高效盘管。

在材质研制方面，冷凝盘管大多采用热浸锌来防止腐蚀，近年来国内厂家通过采用不锈钢材质基本上解决了盘管的腐蚀问题，并大大延长了使用寿命，减轻了重量。

管排方式方面，盘管正方形顺排时，气流容易从横向管间隙中短路流出，而纵向管间隙中没有气流流过；盘管三角形叉排时，管间气流分布非常均匀，故应尽可能采用三角形叉排方式布置盘管。

管间距的影响：管间距越小，气流速度梯度越大，导致分布不均甚至产生涡流，流阻较大且不利于传热，但单位体积内可排布更多的传热管，从而缩小设备体积；管间距增大到合适时，气流流场分布均匀，传热效率会相应较高，空气流阻也不大，性能较佳；管间距过大时，气流速度梯度又过小，同样导致分布不均，不利于传热且流阻基本不变，体积也相应增大，但管间距大时设备制造容易，清洗维护简单。

合理的管间距要依据实际情况的需要，进行选择。

2.运行参数分析：

2.1 来流流场对蒸发式冷凝器性能能影响的研究：

在蒸发式冷凝器工作过程中，蒸发发生于水膜与空气接触界面上，为引起水分子在界面上的汽化，必须有一推动力。在蒸发式冷凝器工作过程中，水温和空气温度极其接近，且空气中水蒸气分压较高，水处于一种非饱和或近饱和状态，水膜内部热质推动力很小，在水-空气界面上温差和湿度差也很小，因此其主要传热传质推动力依靠水膜外空气的流动。

气流速度场直接决定水向空气的蒸发速度，这对以潜热为主冷却制冷剂、以传质带动传热的蒸发式冷凝器传热有决定性作用，来流流场正是通过影响蒸发式冷凝器内空气状态来影响传

热和流动的。

2.2 水分布对蒸发式冷凝器传热传质的影响：

(1) 喷淋密度对蒸发式冷凝器的传热传质有一个最小喷淋密度的操作条件要求。这个最小喷淋密度就是使蒸发式冷凝器达到较好传热性能的喷淋密度最佳值，它基本不受迎面风速的影响。喷淋密度过小时，换热管表面水膜覆盖不均匀，局部水膜厚度薄，影响蒸发换热；喷淋密度过大时，换热管表面水膜过厚，水膜热阻变大，阻碍换热，故喷淋冷却水要达到最佳喷淋密度最合适。

(2) 蒸发式冷凝器循环冷却水温不一定和补水温度相等,可能大于也可能小于。蒸发式冷凝器水盘中循环冷却水温度达到稳定是需要一段时间的，主要受空气的湿球温度影响，但循环冷却水温度最终会达到一个平衡点。

(3) 在相同的操作条件下，加入填料，循环冷却水温度降低,蒸发式冷凝器传热传质系数分别提高。填料的加入，增大了水-气接触面积，提高了空气的利用率，进而提高了蒸发式冷凝器的整体传质性能。

典型蒸发式冷凝器介绍：

1.板式蒸发式冷凝器:

蒸发式冷凝器的压降损失主要存在于介质冷凝后气液两相流的流动。在管内冷凝流动时，随着蒸汽和冷凝液的比例不断变化，在不同的汽速下，可能出现分层流或环状流等流型，这些因素导致了很大的压降损失并增加了热阻，不利于冷凝传热；而在板片内冷凝时，由于流体重力作用，冷凝液将流向板片底部，板片内壁形成很薄的一层液膜，这样就可以使板片长期处于一种高换热状态，消除了盘管式冷凝器由于盘管底部冷凝流体和油液的停留而造成的不良影响。

板式蒸发式冷凝器的传热主要是依靠板壁外表面水膜蒸发实现冷却冷凝的目的，而喷淋冷却水在板壁表面更容易形成连续性降膜，液体薄膜具有传热传质系数高，热流密度大，过程时