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冷凝器的必要性基于热力学第二定律——根据热力学第二定律,封闭系统内部热能自发的流动方向是单向的,即只能从高热流向低热,在微观世界表现为承载热能的微观粒子只能由有序变成无序。所以,一个热机在有能量输入做功的同时,下游也有能量放出,这样上下游才会有热能差距,热能的流动才会成为可能,循环才会继续下去。
如果想让承载物重新做功,就先把没有完全释放的热能释放干净,这时候就需要用到冷凝器。如果周围的热能比冷凝器中的温度还要高的话,为了使得冷凝器降温,就人为做功(一般来说是使用压缩机)。冷凝后的流体重新回归高有序、低热能的状态,可以重新做功。
蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝,末效蒸发器的真空度。例(1)喷淋式冷凝器,冷水从上部喷嘴喷入,蒸汽从侧面入口进入,蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水,同时沿管下流,部分不凝汽体也可能被带出。例(2)充填式冷凝器,蒸汽从侧管进入后一上面喷下的冷水相接触冷凝器里面装了满了瓷环填料,填料被水淋湿后,增大了冷水与蒸汽的接触面积,蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出,不凝气体同上部管路被真空泵抽出,以冷凝器内一定的真空度。例(3)淋水板或筛板冷凝器,目的是增大冷水与蒸汽的接触面积。混合式冷凝器具有结构简单,传热等优点,腐蚀性问题也比较容易解决。
当冷却水流经金属表面时,有碳酸盐的生成。另外,溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀,形成铁锈。由于锈垢的产生,冷凝器换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水,结垢严重时会堵塞管子,使换热效果失去作用。研究的数据显示水垢沉积物对热传输的损失影响,随着沉积物的增加会造成能源费用的加大。即使很薄的一层水垢就要增加设备中结垢部分40%以上的运行费用。保持冷却通道中不含矿物沉积物可以很好的提高功效、节约能源、延长设备的使用寿命,同时节约生产时间和费用。
制冷装置中使用的制冷剂不同,其结构特点也有所不同。一般立式壳管式冷凝器适用于大型氨制冷装置,而卧式壳管式冷凝器则普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷装置中。管板与传热管的固定方式一般采用胀接法,以便于修理和更换传热管。
空气冷却式冷凝器与水冷式冷凝器比较:
(1)在冷却水充足的地方水冷式设备的初投资和运行费用均低于风冷式;
(2)由于夏季室外空气温度较高,冷凝温度一般可达50℃,为了获得同样的制冷量,风冷式设备制冷压缩机的容量约需增大15%;
(3)采用风冷式冷凝器的制冷设备系统组成简单,可缓解水源紧张
蒸发式冷凝器特点:
(1)利用水汽化带走冷凝热,其所消耗的冷却水量只是补给的散失水量,冷却水耗量少;
(2)蒸发式冷凝器进口空气湿球温度对换热量影响很大。同样的冷凝温度和风量,进口湿球温度越小,冷却水蒸发量越大,冷凝效果越好;
(3)蒸发式冷凝器耗水量小,所需空气量不足风冷式1/2,因此特别适合于干燥缺水地区。
风冷式冷水机的冷凝器特点是一空气为冷却介质、其传热系数低,无需接水管所以不需要冷却水系统、安装灵活且造价低。水冷式冷水机的冷凝器特点是传热、结构紧凑,适用于各类型冷水机。但需要设置冷却水系统安装散热水塔水泵和管路,增对大型冷水机使用,产生水垢要定期清洗。
工业冷凝器,顾名思义就是起着冷凝作用的换热器。与蒸汽锅炉配套的较常用的工业换热器有:板式换热器和列管式冷凝器两种。其中板式冷凝器它有板换器共有的换热、热损失小、余热回收率高、成本低、占地面积小等优势。在一般工况条件下,板式冷凝器用得比较多。