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空冷式冷凝器
空冷式冷凝器也稱風冷式冷凝器,制冷劑在管內冷凝,制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這種冷凝器中有自然對流空氣冷卻式冷凝器和強制對流空氣冷卻式冷凝器。由于空氣的對流傳熱系數很低(25~35 W/m·2K),空冷式冷凝器的傳熱效率不如水冷式,冷凝溫度與冷凝壓力均較高。
另外,在換熱負荷一定的情況下,空冷式冷凝器所需傳熱面積比水冷式冷凝器大,故而設備體積和質量均龐大,占地大。但是可冷熱兩用,初投資低,系統維護管理相對簡單。空冷式冷凝器在工程實際中的應用十分廣泛,既可用于制冷系統,也廣泛應用于空調系統。其大的優點是不需冷卻水,因此特別適用于缺水地區或者供水困難的場合,在小型制冷空調領域應用尤為廣泛。
3)蒸發式冷凝器
蒸發式冷凝器是以蒸發冷凝和顯熱交換為基礎,制冷劑放出的熱量同時由冷卻水和空氣帶走。制冷劑在管內流動,冷卻水在管外噴淋蒸發時吸收氣化潛熱,使管內制冷劑冷卻和冷凝。蒸發式冷凝器中,省去了冷卻水在冷凝器中的顯熱傳遞階段,使冷凝溫度更接近空氣的濕球溫度,可比水冷式冷凝器系統低3~5℃,從而大大降低壓縮機的功耗,耗水量只有水冷式冷凝器系統的1/3左右。
我國蒸發式冷凝器的開發和應用相對滯后,以往多應用于大型的氨制冷系統。近年來,由于電力資源緊張和水資源匱乏,蒸發式冷凝器作為一種節能節水型換熱設備,其研究和應用得到了廣泛重視,促進了蒸發式冷凝器產品技術的成熟和進一步應用。目前,已有一些生產廠家在結構上對其進行了完善,使之應用于中央空調機組。
對于那些需要進行控制的冷凍空調系統和運行環境惡劣的場合,蒸發式冷凝器更容易滿足工藝控制要求。工程應用表明,采用該產品替代傳統的“水冷式冷凝器+涼水塔”方式,增加的初投資一般能在一年左右即可收回,經濟效益明顯。
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2、冷凝器中常用的強化傳熱翅片管
傳熱過程是熱量從一種流體通過固體壁面傳給另一種流體的過程。工程實際中,強化換熱器的換熱性能主要從強化兩側介質與換熱管內、外壁之間的對流換熱過程入手。常用的強化傳熱技術有:
(1)表面涂層;
(2)粗糙表面;
(3)擴展表面;
(4)各種內外螺紋管;
(5)擾流元件;
(6)添加物;
(7)沖擊傳熱。在各種強化傳熱技術中,在壁面上加裝翅片,作為增強傳熱的一個主要手段,在工程中得到廣泛應用。翅片管式換熱器具有傳熱、結構緊湊等特點,已被廣泛地應用于制冷空調裝置、航空航天設備、太陽能集熱器和電子設備等各個領域中。在冷凝器中的應用尤為普遍。
翅片管的種類很多,而且還在不斷涌現新的品種,在這方面的研究也較多[4~6]。大體上可按加工工藝、翅片形狀、材質、用途等幾個方面對翅片管進行分類。在冷凝器中,常用的翅片管有以下幾種形式。
1)內螺紋管
2)整體型螺旋翅片管
3)螺旋槽管
螺紋類翅片管、套片式翅片管、波紋管、螺旋扭曲管、螺旋繞片管等傳熱元件在冷凝器中得到了廣泛的應用,傳熱效果得到了顯著提高。除此之外,新齒形傳熱管還在不斷出現。與光管相比,它們具有下述共同特點:
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(1)不同形狀的翅片均可使傳熱壁面變得粗糙,從而破壞靜止的層流邊界層,提高對流換熱系數,使換熱得到不同程度的強化;
(2)在負荷一定的條件下,冷凝器所需面積可大大減小;
(3)根據大多數人的常識,粗糙的翅片管表面容易引起結垢;事實上,由于粗糙表面引起的紊流破壞了靜止的附面層,會使污垢難于附著;即使有污垢附著,污垢也呈現離散的鱗片狀,設備運行中溫度的變化使管子發生膨脹和收縮,會因污垢與管壁材料間的脹差巨大而引起剝離,在介質的沖擊下自行脫落。而光管垢層為圓柱體,無任何自脫力。因此,翅片管的結垢情況并不比光管嚴重多少。
冷凝器的應用范圍十分廣闊,特別是在制冷空調系統中。冷凝器作為主要的傳熱設備之一,其性能的好壞直接影響到裝置的總體工作性能。因此,冷凝器傳熱過程的強化得到了越來越廣泛的重視。
為了提高冷凝設備的整體性能,通過管子形狀或表面性質的改造來強化傳熱過程以提高冷凝器的效率,已成為國內外冷凝器發展的一種趨勢。柏恩翅片管換熱器所采用的緊湊型串片式管片系統,它是一種新型的傳熱元件。其獨特的片型結構和加工工藝流程,使得空冷器產品具有更加緊湊的外形尺寸,更高的換熱效率和更輕的重要。
由于霉菌生長周期長,故實驗采用人工加速霉變的方法使翅片管換熱器表面生長霉菌。根據標準GB/ T 2423.162-1999,選用且空調中普遍生長的黑曲菌標準菌株(A TCC 16888,第4-5代) 進行人工加速培養。研究選用4個附帶親水層的人字波紋翅片管換熱器,其結構采用紫銅管外嵌整體式鋁合金翅片,如圖1 所示。圖中,s、b、l1 、l2 和θ分別為翅片間距、翅片厚度、翅片投影長度、翅片高度和波紋角。其中3個換熱器進行翅片表面霉變處理,處理后霉菌面積分別約占換熱器空氣側表面積的10 %、30 %和60 %,經過霉變處理后的照片如圖1所示。
1)、軋制成型翅片管(extruded fin tube);
2)、焊接成型翅片管(高頻焊翅片管、埋弧焊翅片管);
3)、滾壓成型翅片管;
4)、套裝成型翅片管;
5)、鑄造翅片管;
6)、張力纏繞翅片管;
7)、鑲片管。
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