潘麗君

(廣州聯(lián)合冷熱設(shè)備有限公司,廣東廣州510530)

1 前 言

在離心式和螺桿式冷水機組中,蒸發(fā)器的型式主要是滿液式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。滿液式蒸發(fā)器中,液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流裝置進入蒸發(fā)器,蒸發(fā)器內(nèi)的液位保持一定。蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱管浸沒在制冷劑液體中。吸熱蒸發(fā)后的氣液混合物中仍含有大量液體,故從蒸發(fā)器內(nèi)逸出的濕蒸氣經(jīng)氣液分離后再回入壓縮機。干式蒸發(fā)器則由熱力膨脹閥或電子膨脹閥直接控制液體制冷劑進入蒸發(fā)器的管程,制冷劑液體在管內(nèi)完全轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w,而被冷卻的介質(zhì)則在傳熱管外的管程中流動。此外,干式蒸發(fā)器載冷劑 (冷媒水)走殼程,干式蒸發(fā)器中有數(shù)量不等的折流板。下面本文從結(jié)構(gòu)、設(shè)計條件、流動傳熱設(shè)計、傳熱系數(shù)、端差、冷卻水量、安裝及檢修方面逐一進行介紹分析。

1 滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)

滿液式蒸發(fā)器與臥式管殼式冷凝器相似,如圖1示。

圖1中,凍水在換熱銅管內(nèi) (管程)運行,制冷劑在換熱管銅管外 (殼程)運行。

滿液式蒸發(fā)器由端蓋、管板、筒體、管束及各附件組成。其中端蓋是由封頭與容器法蘭、接管組焊,接管與管法蘭組焊而成;管板與筒體密封焊,管束與管板脹接而成。筒體上有若干與其它設(shè)備相連的管接頭及各安全附件組成。管束整體布置在滿液式蒸發(fā)器筒體下半部,上部留有一定的氣相空間。滿液式蒸發(fā)器殼程走制冷劑,管程走水 (可根據(jù)設(shè)計條件需要進行調(diào)整水路流程數(shù))。

圖1 滿液式蒸發(fā)器

干式蒸發(fā)器由端蓋、管板、筒體、管束及各附件組成。其中端蓋是由封頭與容器法蘭、接管組焊而成;管板與筒體密封焊,管束與管板脹接而成。筒體上開設(shè)有進出水管口,進出水接管與筒體組焊。圖2是干式蒸發(fā)器的簡圖。

圖2中,凍水在換熱銅管外 (殼程)運行,制冷劑在換熱管銅管內(nèi) (管程)運行。

圖2 干式蒸發(fā)器

2 滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的設(shè)計條件與機組能效

下面以空調(diào)工況下,采用R22制冷劑的Rc2-790B壓縮機組為例,對滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的機組能效進行比較。

(1)滿液式蒸發(fā)器:

滿液式蒸發(fā)器機組的設(shè)計條件一般是:

ET:5℃,CT:38℃,此時根據(jù)壓縮機選型軟件查得:

Q0=843.3kW

P=163.6kW

由 COP=Q0/P

得 COP為5.15

(2)干式蒸發(fā)器:

干式蒸發(fā)器機組的設(shè)計條件一般是:

ET:2℃,CT:40℃,此時根據(jù)壓縮機選型軟件查得:

Q0=738.9kW

P=167kW

由 COP=Q0/P

得 COP為4.42

式中:

Q0—制冷劑在蒸發(fā)器吸收的熱量,即制冷量;

P—壓縮機吸收并壓縮制冷劑消耗的功率;

COP—在規(guī)定的工況下,整臺制冷機以同一單位表示的單位時間從低溫物體中移去熱量與輸入的能量之比,即制冷系數(shù) (也稱之為性能系數(shù))。

從上式可以看出,滿液式工況下性能系數(shù)比干式工況下高出16.5%,即意味著如果需要達到相同的冷量目的,消耗的功率較少,從而節(jié)約了能源,達到了節(jié)能的目的。

3 滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的流動傳熱設(shè)計

(1)滿液式蒸發(fā)器殼程走制冷劑,管程走水

經(jīng)過膨脹閥降壓以后的低溫低壓液體從殼體的下部進入,在換熱管外流動并沸騰,沸騰后的蒸汽從殼體上部排出。滿液式蒸發(fā)器中制冷劑的液面應(yīng)適中,如果制冷劑流注過滿,液面過高,沸騰時蒸汽中就會夾雜大量的制冷劑液滴,如果分離不出,就可能造成壓縮機液擊,損害壓縮機;反之,液面過低,淹沒的換熱管太少,則換熱面積太小,換熱能力就受到限制。因此,應(yīng)有1～2排換熱管露出液面,一般液面高度為筒徑的55%～65%。制冷劑中溶解的潤滑油由引射泵抽回壓縮機。

水程和臥殼式冷凝器類似做成多程式,即在傳熱管簇內(nèi)經(jīng)端蓋往返流動多次,與制冷劑進行熱交換。水的進出口一般是做在同一側(cè)的端蓋上,下進上出。殼體上留有若干與制冷系統(tǒng)中其他設(shè)備連接的管接頭。

(2)干式蒸發(fā)器中制冷劑走管程

經(jīng)過膨脹閥降壓以后的低溫低壓液體從端蓋下部流入換熱管,在管束內(nèi)流動并蒸發(fā),蒸汽從端蓋的上部出氣口排出。此外,干式蒸發(fā)器的凍水走殼程,為使凍水橫向沖刷蒸發(fā)器及凍水達到湍流狀態(tài),減少死水區(qū),提高換熱效果,特在干式蒸發(fā)器殼體設(shè)有幾至十幾塊折流板。

4 傳熱系數(shù)

滿液式蒸發(fā)器的蒸發(fā)管表面為液體潤濕,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大;

干式蒸發(fā)器的蒸發(fā)管表面為部分液體潤濕,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)略低。

5 端差

由空調(diào)工況可知,一般情況下,凍水進水溫度12℃,出水溫度7℃。由設(shè)計條件可知:

滿液式蒸發(fā)器的設(shè)計條件一般是:ET:5℃;

干式蒸發(fā)器的設(shè)計條件一般是:ET:2℃;

顯而易見,滿液式蒸發(fā)器端差較小,為2℃,而干式蒸發(fā)器端差為5℃。

6 冷卻水需求量

在保持同等效率前提下,滿液式蒸發(fā)器傳熱溫差較干式蒸發(fā)器小,所以滿液式蒸發(fā)器對卻水的需求量大幅度減少。

7 安裝與檢修

滿液式蒸發(fā)器比干式蒸發(fā)器維護更方便、可靠性更高。滿液式蒸發(fā)器水走管程,分配均勻,無水短路現(xiàn)象,水流動阻力小,在長期應(yīng)用后只需將水箱和橢圓封頭固定螺栓松開,即可方便進行清洗。而干式蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)方面的原因,無法拆開清洗。

8 滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的主要優(yōu)缺點

滿液式蒸發(fā)器的優(yōu)點:

滿液式蒸發(fā)器的最大特點是靠液態(tài)制冷劑淹沒大量換熱管束,采用表面高度強化的滿液式蒸發(fā)管,蒸發(fā)管完全浸泡在冷媒中,所以傳熱效率高;而且制冷劑蒸汽無需過熱度,從而蒸發(fā)溫度可以大幅的提升。在凍水回水12℃,出水7℃的條件下,蒸發(fā)溫度可達5℃(而干式僅為2℃),由于蒸發(fā)溫度提高了,所以大大提高滿液式冷水機組的能效比,從而節(jié)約了能源。尤其是用于大容量機組,采用滿液式蒸發(fā)器的機組能效提升更加明顯。

滿液式蒸發(fā)器的主要缺點:

(1)滿液式蒸發(fā)器需要注入大量的制冷劑

(2)在采用氟利昂時,潤滑油的分離也是一個問題。

和滿液式蒸發(fā)器相比,干式蒸發(fā)器有以下優(yōu)點:

(1)無需回油裝置就能將潤滑油帶回壓縮機。

(2)制冷劑用量少,為相同制冷量滿液式蒸發(fā)器的三分之一。

干式蒸發(fā)器其主要缺點是:

(1)當采用多流程時,氣、液兩相制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向時會出現(xiàn)分離,從而造成下一個流程中各管子中制冷劑流量分配不均勻的不利現(xiàn)象。含氣量越多,分配越不均勻,甚至會使有些管內(nèi)無液體或液體很少,從而使這些管子失去了蒸發(fā)冷卻的作用。

(2)由于折流板與殼體之間一般都有間隙泄漏(即凍水短路)。降低了水側(cè)的換熱效果。

9 結(jié)語

由于滿液式蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度較干式蒸發(fā)器相比可以提高至5,所以大大提高了滿液式冷水機組的能效比,從而節(jié)約了能源,達到了節(jié)能的目的。然而,目前滿液式蒸發(fā)器的液位檢測及回油動力裝置等技術(shù)仍不成熟,這些都需要我們每一個設(shè)計人員在實際工作中不斷探索,不斷掌握,不斷優(yōu)化。

10 參考文獻

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