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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。
冷凝器的选择包括形式和型号的选择,并确定流经冷凝器的冷却水或空气的流量和阻力。冷凝器型式的选择要考虑当地的水源、水温、气候条件,以及制冷系统总制冷量的大小和制冷机房的布置要求。在确定冷凝器型式的前提下,根据冷凝负荷和冷凝器单位面积的热负荷来计算冷凝器的传热面积,以此来选定具体的冷凝器的型号。
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。
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。
水冷式冷凝器用水作为冷却介质,带走制冷剂冷凝时放出的热量。冷却水可以一次性使用,也可以循环使用。用循环水时,配有冷却塔或冷水池,水不断得到冷却。根据其结构不同,主要有壳管式和套管式以及现在多用的板式换热器。
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。
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。
水冷式冷凝器使用的冷却水中都含有杂质和溶解在水里的无机盐类(如钙盐、镁盐等),当冷却水和冷凝器表面相接触而换热时,水里的杂质和盐类物质就会分解,并附若在冷凝器的冷却水管表面,猫结成水垢。水垢的热阻较大,垢层加厚时冷凝器的换热效率明显下降。因此,视垢层厚薄定期对水冷式冷凝器进行除垢。