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蒸发式冷凝器的研究与应用

发表时间：2021/5/31 来源：《基层建设》2021年第2期作者：肖启朋陈万帅

[导读] 摘要：冷凝器在现代化的应用中，主要用于制冷空调、电力，冶金和医药等行业。并且是一种消耗大量能量的水设备。

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        摘要：冷凝器在现代化的应用中，主要用于制冷空调、电力，冶金和医药等行业。并且是一种消耗大量能量的水设备。根据不同的冷却介质和方式，可分为空冷、水冷和蒸发冷。冷却的介质在热交换器中冷凝，并且在热交换器的表面形成水膜。根据对蒸发式冷凝器的研究，本文介绍了蒸发式冷凝器的性能，及其应用中的研究。
        关键词：蒸发式；冷凝器；研究与应用
        引言
        随着我国节能减排的政策应用，蒸发式冷凝器传热已经成为该领域一个重要的方向。并且根据研究，节能和节水特性的蒸发式冷凝器在我国的发展具有广阔的前景。
        1蒸发式冷凝器的性能
        由于水的蒸发潜热很大，而每单位水吸收的热量也很大，因此制冷器和空气沿相反的方向流入和流出，有利于提高传热效率，并改善相应的冷凝效果。利用水蒸发的热量，蒸发式冷凝器仅消耗水冷式冷凝器的5％至10％。蒸发式冷凝器具有出色的节能冷却系统，其冷凝温度和功耗均低于风冷或水冷冷凝器。
        2蒸发式冷凝器的工作原理和结构分析
        2.1蒸发式冷凝器的原理是冷却水经过循环泵，然后传输到冷凝管的顶部，冷凝器管的表面逐渐凝结成水膜，并且水膜继续向下流动。根据物理原理，在水蒸发时加热水膜中的水，最后在内部和外部压力差的作用下，使管内的蒸汽凝结成液体。如果空气中的温度低于水的温度，则具有一定的冷却效果。未蒸发的水将继续返回到水箱底部，并且可以保持一定水位，这样整个系统便得以循环。
        2.2蒸发式冷凝器的结构和性能分析
        我国目前使用的蒸发式冷凝器有两种主要的结构类型，其中一种是顶吸逆流型，这种结构中的空气主要来自风，这主要是由于盘管表面与制冷剂之间的交换反应所致。另一个是下游的顶部吸入横流型，在这种结构中，空气从单元的顶层和侧面进入，然后从另一侧排出，因此通常与盘管中的制冷剂交换冷却方法的结构称为平行流类型。
        2.3个蒸发式冷凝器的技术参数及关键部件分析
        蒸发式冷凝器主要由换热盘管、风扇喷水管和喷嘴。目前，我国选择的蒸发冷凝器换热盘管中的大多数是表面光滑的无缝钢管，这种盘管只能在没有辅助的情况下，达到增加换热面积。蒸发式冷凝器中使用的大多数风扇均为顶部吸风类型，风扇通常安装在冷凝器的顶部，通常使用铝合金叶片和全封闭电机来有效地防止风扇生锈。风量设置主要表示为每单位散热所需的风量，增加风量可以大大增加热传递系数。如果进入的灯泡的温度较高，则必须增加空气分配量，但是风扇的功耗不可避免地会增加。另外，适当增加空气量可以吸收更多的水。蒸发式冷凝器的水量均匀性将极大地影响热交换效果，并形成连续的水膜。可以实现最大的传热系数，并且有效的减少机器内水垢的形成。在使用中，如果喷雾量太大，将会影响热交换并增加水泵的功率。高效干燥机可以通过阻挡湿热空气中的水滴来减少水的消耗。高效干燥机主要由耐腐蚀的PVC材料组成，并组装在机器上。
        3蒸发式冷凝器的优点
        3.1节约用水
        根据相关的调查数据，冷却后1公斤水至少可以携带17 kJ热量，但在常压蒸发下可以去除至少2428 kJ热量，因此使用蒸发式冷凝器可以有效地实现节水。
        3.2节约能源
        使用蒸发冷凝器的制冷系统，通常比水或空气冷却冷凝器的冷凝温度低，因此使用蒸发冷凝器在节约能源方面，可以有效降低压缩机的输出功率。随着相关电容器的总功耗逐渐降低，节电优势更加明显[1]。
        3.3易于安装和维护
        蒸发冷凝器的操作不需要冷却塔，因此整个装置结构相对简单，占地面积相对小，并且还可以使人员的日常工作更容易安装和后续维护。

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        3.4环境保护
        当前，当各个公司使用常规冷凝器时，由于冷凝压力太高，他们通常需要在夏天放空并减压。但是，并非每次都会释放出所有包含大量氨气的不凝性气体。因此，容易对环境造成严重污染，使用蒸发式冷凝器时不会发生此现象[2]。
        4蒸发冷凝器的应用现状
        蒸发式冷凝器在国外的应用已经比较成熟，近年来，蒸发式冷凝器得到了迅速的推广，并逐渐在国内工业领域得到了认可，包括氨合成冷凝、氨制冰机冷却和发电厂的汽轮机冷却蒸汽，并且取得了良好的实践效果。通过相关研究，对燃气发动机热泵中使用的蒸发冷凝器的冷却性能，以及节能效果进行了分析，与传统的风冷式冷凝器相比，燃气发动机热泵使用蒸发式冷凝器可节省大约30％的能源。在一些电厂引入使用蒸发式冷凝器的机组的扩展和转换，采用蒸发冷凝器来扩大汽轮发电机组的冷端换热面积，提高了设备的热效率。针对冷却系统的特性，分析在工厂冷却系统中使用蒸发式冷凝器的可行性和优势。蒸发式冷凝器比蒸发式预冷冷凝器节省更多的能量，这对于炎热和干旱的地区非常有用。由于甲醇系统的水冷效果差，因此需要添加两个蒸发冷凝器[3]。
        5蒸发冷凝器的应用前景
        5.1高效传热管的发展
        高效传热管的发展改善了管的形状，它主要结合了空气和水从中间管盘管中流出的优点，以及盘管表面积的增加，从而提高了盘管的传热性能，其次是波纹盘管。由于波纹管表面的曲率大，内表面和外表面上的流动具有较高的流度，并且不会产生积聚的污垢。污染层与波纹管的膨胀和收缩能力不同，因此产生的拉力较高，从而导致污染层破裂和掉落。特殊的滴形管的承压能力非常强，加工起来也非常方便。管束布置具有良好的致密性，并且管壁外部的热交换流体仅具有较小的流动阻力。高效薄层包装混合波纹板原理流法，应用于这种交替波纹管，达到了通过传质增加传热的目的。连续倾斜的鼓风机独特的表面结构，可以使喷水很好地流动，重力和向心力的共同作用，最终促使喷水最大化，从而最大程度地增加了有效的传热面积。在涡旋的离心力的影响下，将发生第二循环，并受到不同流速的影响，导致液管的表面逐渐变细。它形成在表面上，为循环和混合提供了条件，并增加了湍流度，这部分因素有利于传热系数本身的提高。在交替波纹波纹管的内部，流体管本身的壁速度小于中心流体的壁速度，并且离心力小，使得二次流将从管壁向内出现，增加传热系数，但也影响传热[4]。
        5.2材料的开发
        基于我们过去使用的蒸发冷凝器，大多数冷凝盘管腐蚀问题已通过热浸镀锌得以解决。近年来，国内一些制造商尝试使用不锈钢制造冷凝盘管，从根本上解决了盘管的腐蚀问题，大大延长了其使用寿命，并减轻了结构的重量。因此，就控制和降低生产成本，减少腐蚀和降低质量而言，使用不锈钢制造蒸发冷凝器的冷凝盘管是最重要的发展方面之一。将纳米材料冷却油添加到冷却系统中，并且可以通过使用纳米添加剂优化参数，提高油的溶解度来，实现制冷剂的热力学性质、流动性质和传热性质的变化。改善和降低噪音将是提高蒸发式冷凝器可靠性和效率的最重要的创新工具之一[5]。
        结束语
        综上所述，蒸发式冷凝器由于其高效的热交换性能，节能和节水的特性而受到越来越多的关注，并且已成为可以代替风冷式冷凝器和水冷式冷凝器的高效冷凝器。并且不断引入新的系统和方法，蒸发冷凝器的应用领域和应用范围必须不断扩大，以促进蒸发式冷凝器在更多领域中的应用。
        参考文献：
        [1]郭常青，朱冬生，闫常峰.蒸发式冷凝器在发电冷却系统中的研究与应用[J].电站系统工程，2010，26（06）：27-30.
        [2]张华云，张芙蓉.蒸发式冷凝器在向家坝水电站300拌和楼制冷系统的应用及节能分析[J].制冷与空调，2010，10（05）：76-78.
        [3]童蕾，谢顺鑫，陈超敏.蒸发式冷凝器在食品制冷设备改造工程中的应用研究[J].流体机械，2010，38（06）：78-81.
        [4]徐素霞.蒸发式冷凝器在聚氯乙烯生产过程中的应用[J].中国氯碱，2009（12）：23-25.
        [5]李绍济，舒海静.蒸发式冷凝器与螺杆式制冷压缩机的组合应用[J].制冷与空调，2009，9（03）：30-32.