冷水機制冷系統中冷凝器工作原理

冷水機制冷系統中冷凝器工作原理

       冷凝器是冷水機制冷系統的主要換熱部件之一。由壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸氣在其內向冷卻介質放熱冷凝成為制冷劑液體，制冷荊在蒸發器內吸收的被冷卻物體的熱量以及壓縮過程耗功轉化成的熱量在冷凝器內向冷卻介質（水或空氣等）放出，從而使制冷劑溫度下降實現制冷循環。制冷劑冷凝過程中也會呈現復雜的兩相流狀態，                    制冷劑進入冷凝器的熱量實際上包括以下三部分：

    (1)蒸發器吸收的熱量。即液態制冷劑在蒸發器中汽化時從被冷卻物體中吸收的熱量。

    (2)壓縮功轉變的熱量。即低溫低壓的制冷劑蒸氣在壓縮機中受壓縮時接受由外加機械功轉化的熱量。

    (3)低溫管道吸收的熱量。即低溫的制冷劑在管道和設備中流動時從外界傳人的熱量。

制冷劑在冷凝器中冷凝為液體，經過以下三個放熱過程：

    (1)過熱蒸氣冷卻為干飽和蒸氣。由壓縮機排出的高壓高溫過熱蒸氣經過放熱，變為冷凝溫度、冷凝壓力下的干飽和蒸氣。這個過程較快，占用管道長度很短。

    (2)干飽和蒸氣冷卻為飽和液體。在保持冷凝壓力不變的條件下，干飽和蒸氣在冷凝管中流動、放熱，逐漸凝結為飽和液體，成為氣、液兩相混合的濕蒸氣。這個過程占用冷凝管道較長，放熱量較大。

    (3)飽和液體冷卻為過冷液體。飽和液體在冷凝器中繼續放熱，制冷劑液體溫度將下降至冷凝溫度以下，但壓力仍為冷凝壓力，放此時的制冷荊液體成為過冷液體。這個過程在冷凝器的末端，放熱量雖少，但過冷液體的過冷度對制冷量有較大影響。

    冷凝器的傳熱量和換熱面積、傳熱溫差及傳熱系數有關。同蒸發器一樣，對巳選定的冷凝器而言，換熱面積一定，因此除提高冷凝器的傳熱溫差外，主要應設法提高冷凝器的傳熱系數，因此應了解影響冷凝器傳熱的因素。

    (1)制冷劑特性對冷凝器傳熱的影響。影響冷凝器傳熱特性的主要是制冷劑的導熱系數、比熱、黏度、密度等。導熱系數大的制冷劑能減小制冷劑內部以及與換熱壁面之間的導熱熱阻，增大傳熱系數。當比熱和密度大時，單位容積的制冷劑就可以攜帶更多的熱量，故其以對流抉熱方式轉移熱量的能力就大，當然傳熱系數也大。黏度下降、密度增大、汽化潛熱增大時，都能使制冷劑側的傳熱系數增大。

    (2)冷卻介質的特性對冷凝器傳熱的影響。空氣和水是制冷裝置中冷卻介質。由于水的熱容量大于空氣的熱容量，因此用水作冷卻介質的冷凝器的傳熱性能要優于用空氣作冷卻介質的冷凝器的傳熱性能。冷凝器的傳熱性能除與其物理性質有關外，還與其流動速度(一般冷凝器內水流速度為0. 8～1.5 m/s，空氣流速約為2～4 m/s)、流動途徑及流動方式（如自然對流、強迫對流等）等外界因素有關。流速大，流動的幾何形狀和流動的途徑合

理，則傳熱系數增大。

    (3)換熱面狀況對冷凝器傳熱的影響。如冷卻壁面光潔、液膜流動阻力就較小，凝結的制冷劑液體就能較快地流去，使液膜層減薄，放熱系數就能相應增大。但當凝結雷諾效大于140后，粗糙的冷凝器傳熱表面的傳熱系數有可能高于光滑管。當換熱面上形成油膜時，顯然增大了傳熱熱阻而不利于冷凝器傳熱。

    (4)冷凝器結構形式對冷凝器傳熱的影響。不論何種結構的冷凝器，在結構形式上都應注意設法使制冷劑凝液迅速地從冷卻壁面離開。另外，在冷凝器換熱管制冷劑側的管壁上加肋，可增大換熱面積，提高換熱效果。

    (5)不凝性氣體對冷凝器傳熱的影響。在制冷系統中，經常會存在空氣等一些不凝性氣體。不凝性氣體會積聚在制冷荊液膜層附近形成氣體層，這顯然影響了制冷劑蒸氣的迸一步凝結放熱。為防止系統中積聚過多的不凝性氣體，通常在制冷裝置中設有空氣分離器，用以及時排除不凝性氣體。在小型氟利昂裝置中，一般不專設空氣分離器，