滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器的區(qū)別

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(jī)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(jìn)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(jī)。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(jìn)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(dòng)。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(jì)條件、流動(dòng)傳熱設(shè)計(jì)、傳熱系數(shù)、端差、冷卻水量、安裝及檢修方面逐一進(jìn)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(yùn)行,制冷劑在換熱管銅管外 (殼程)運(yùn)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(jì)條件需要進(jìn)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(jìn)出水管口,進(jìn)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(yùn)行,制冷劑在換熱管銅管內(nèi) (管程)運(yùn)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(jì)條件與機(jī)組能效

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

(1)滿液式蒸發(fā)器:

滿液式蒸發(fā)器機(jī)組的設(shè)計(jì)條件一般是:

ET:5℃,CT:38℃,此時(shí)根據(jù)壓縮機(jī)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(jī)組的設(shè)計(jì)條件一般是:

ET:2℃,CT:40℃,此時(shí)根據(jù)壓縮機(jī)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(jī)吸收并壓縮制冷劑消耗的功率;

COP—在規(guī)定的工況下,整臺(tái)制冷機(jī)以同一單位表示的單位時(shí)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(dá)到相同的冷量目的,消耗的功率較少,從而節(jié)約了能源,達(dá)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(dòng)傳熱設(shè)計(jì)

(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(jìn)入,在換熱管外流動(dòng)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(shí)蒸汽中就會(huì)夾雜大量的制冷劑液滴,如果分離不出,就可能造成壓縮機(jī)液擊,損害壓縮機(jī);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(jī)。

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(dòng)多次,與制冷劑進(jìn)行熱交換。水的進(jìn)出口一般是做在同一側(cè)的端蓋上,下進(jìn)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(dòng)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(dá)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(jìn)水溫度12℃,出水溫度7℃。由設(shè)計(jì)條件可知:

滿液式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)條件一般是:ET:5℃;

干式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)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(duì)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(hù)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(dòng)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(jìn)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(diǎn)

滿液式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn):

滿液式蒸發(fā)器的最大特點(diǎn)是靠液態(tài)制冷劑淹沒大量換熱管束,采用表面高度強(qiáng)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(dá)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(jī)組的能效比,從而節(jié)約了能源。尤其是用于大容量機(jī)組,采用滿液式蒸發(fā)器的機(jī)組能效提升更加明顯。

滿液式蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn):

(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(shí),潤滑油的分離也是一個(gè)問題。

和滿液式蒸發(fā)器相比,干式蒸發(fā)器有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)無需回油裝置就能將潤滑油帶回壓縮機(jī)。

(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(diǎn)是:

(1)當(dāng)采用多流程時(shí),氣、液兩相制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)出現(xiàn)分離,從而造成下一個(gè)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?xí)褂行┕軆?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(jī)組的能效比,從而節(jié)約了能源,達(dá)到了節(jié)能的目的。然而,目前滿液式蒸發(fā)器的液位檢測(cè)及回油動(dòng)力裝置等技術(shù)仍不成熟,這些都需要我們每一個(gè)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中不斷探索,不斷掌握,不斷優(yōu)化。

10 參考文獻(xiàn)

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