用水作为冷却介质,使高温高压的制冷剂蒸气冷却凝结成液体的热交换设备,称为水冷式冷凝器。在这类冷凝器中,冷却水可以一次性使用.也可以通过冷却塔与水池循环使用。由于自然界中水的温度一般比空气温度低,所以水冷式冷凝器的冷凝温度比较低,对压缩机的制冷能力和运行的经济性都比较有利。目前在制冷量较大(10kW以上)的制冷系统中大多采用这种冷凝器。
水冷式冷凝器按其结构不同,在商用制冷装置中常见的有卧式壳管式、板式、套管式和壳一盘管式等几种类型。
(1)卧式壳管式冷凝器 卧式壳管式冷凝器是由钢板卷制焊接而成的筒形外壳、管板、铜管束(翅片管或光管)和端盖组成。制冷剂蒸气在管外凝结,凝液从筒底流出,冷却水在管内多次往返流动。正常运行中筒体的底部只存少量的液体。但对于小型制冷装置,为了简化设备,有时不另设贮液器,而是将制冷剂液体贮存在冷凝器的下部,此时下部的管子就要少装排。
卧式壳管式冷凝器结构简单、紧凑、传热系数高,一般情况下冷却水耗用量较少,操作管理方便。但它要求冷却水的水质好,水温低。由于冷却水流动的阻力比较大,清洗水垢不方便,此时需拆下两端端盖,停止设备的工作。
卧式壳管式冷凝器一般用于制冷量在15kW以上的制冷装置。在商用制冷装置中,它既可以与压缩机一起构成水冷式冷凝机组使用,也可以与压缩机、蒸发器、节流装置等一起组成冷水机。它安装方便,占地面积小。
(2)板式冷凝器 板式冷凝器是由众多用薄金属板压制成的波纹板片和压紧板等零部件组装而成。流体在板式冷凝器内的流动,是通过板片上的角孔进入板间流道,冷热流体间达到换热的作用。
板式冷凝器具有结构紧凑,组装灵活,拆卸清洗和维修方便,传热效率高,质量轻,垢阻小,占地面积小(约为卧式壳管式冷凝器占地面积的1/5)等优点。因此在制冷装置中的应用日益广泛。但板式冷凝器由于密封周边长,频繁的拆卸和清洗,渗漏的可能性较大。操作压力和温度受密封垫片材料性能的限制而不宜过高。
(3)套管式冷凝器 套管式冷凝器是由外套管及内穿单根或多根传热管所组成,它主要用于小型商用制冷装置中。图6一10所示为套管式冷凝器的结构示意图。在内管中流动的冷却水用来冷却外套管与内穿传热管之间空腔中流动的制冷剂蒸气,使其冷凝成液体;同时制冷剂蒸气还受到套管外空气的冷却,双重的冷却作用提高了它的传热性能。这种冷凝器的一个突出的特点是可以缠绕成适合一定空间需求的形状,如圆筒形、螺旋形或直管形等。直管形的套管式冷凝器的两端都装有总管箱,以控制通过冷凝器的制冷剂蒸气流量和水流。总管箱上有入口板,可以拆下而使水管的开口露出,以便清洗。
为了强化套管式冷凝器的传热,内穿传热管可以采用滚轧低翅片管或多头螺纹槽管。套管式冷凝器的主要优点是:①结构简单.加工容易,制造成本低;②冷却水和制冷剂逆向流动,传热效果好;当内管为纵向外肋片铜管、肋化系数为3.2、制冷剂为R22时,其传热系数约为930W/(m2 ·K);③冷凝器通常盘成椭圆形或圆形,这样可将全封闭制冷压缩机或半封闭制冷压缩机放在椭圆形盘管或圆形盘管中间,从而使冷凝机组的布置更为紧凑,使冷凝机组或制冷装置的外形尺寸和体积大为减小。其主要缺点是:①冷凝器的盘管总长不宜太长,当盘管太长时,盘管下部积液,传热面积得不到充分利用;②单位传热面积的金属消耗量大;③对水质要求较高,管子表面结垢时不能进行机械清洗.只能化学清洗;④发生泄漏时不能更换传热管。
(4)壳一盘管式冷凝器 壳一盘管式冷凝器是由一根或几根盘管装在一个焊接的钢壳内构成。冷却水在盘管内流动,制冷剂蒸气在盘管外冷凝。这种冷凝器的主要优点:加工简便.成本较低,结构比较紧凑,适用于机组。制冷剂在钢壳内完全密闭,所以它们不易泄漏,耐压强度高;壳体下部可兼作贮液器,故它优于套管式冷凝器。其主要缺点是:盘管根数不能太多,否则加工及盘管支托都有难度,并且增加其流动阻力;清洗水垢只能应用化学药品,不能机械清洗,盘管泄漏时不能更换。
壳一盘管式冷凝器结构有立式和卧式两种类型。