CN101315232A - 干式蒸发冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干式蒸发冷凝器，它由风机电机、风机蜗壳、风机叶轮、锥型外壳、离心雾化器、桶状散热器、百叶进风窗、电动调节水阀、供水管、分水管、连轴杆、外套风道、支架、锥型导风筒、锥型风道等组成，工作时将供给的水在桶状散热器内的离心雾化器分散雾化，分散雾化的水与风机的鼓风混合，混合后随气流流过散热器的散热片的表面，在冷凝器的冷媒管内高温冷媒流体的作用下完全蒸发，使冷凝器的散热得到强化，与现有的蒸发式冷凝器相比，无须考虑水回收和水质改变的问题，使结构简单，造价降低运行费用减少。

Description

干式蒸发冷凝器

技术领域

本发明涉及制冷空调技术，特别是干式蒸发冷凝器。

技术背景

制冷装置中冷凝器种类很多，通常有风冷式冷凝器，带冷却塔水冷冷凝器，不带冷却塔水冷冷凝器，蒸发式冷凝器，蒸发式冷凝器主要在中央空调和冷库、制冰等大中型制冷设备中应用。蒸发式冷凝器相对其它2种类型冷凝器相比具有独特的优势，以下是几种冷凝方式的能效效率数据：

表一

名称	风冷冷水机组	水冷冷水机组	蒸发冷水机组
				制冷量KW	381.1	381.1	381.1
制冷剂	R22	R22	R22
				环境温度	33.5	33.5	33.5
运行冷凝温度℃	50	40	35
				压缩机类型	半封闭螺杆	半封闭螺杆	半封闭螺杆
压缩机输入功率(kw)	121.6	85.0	76.5
				冷却水泵输入功率(kw)	-	10.45	1.1
冷却水量(t/h)	-	79.6	26.9
				冷却水补水量/H(t/h)	-	1.3	0.56
冷却风机输入功率(kw)	13.5	-	7.5
				冷却塔输入功率(kw)	-	2.85	-
总输入功率	135.1	98.3	85.1
				压缩机能效比	3.14	4.49	4.99
系统能效比	2.83	3.88	4.99

[李志明，蒸发式冷凝器在制冷工艺上的应用，中国建设信息供热与制冷，2004，6]

文献表明，水冷冷凝方式虽然比风冷冷凝方式能效比优越，但是水资源日益贫乏和用水紧张的趋势，水冷冷凝方式在我国缺水的现实条件下是不宜推广使用的技术方案。

由于风冷式冷凝方式使用方便，加上不少机构和个人对节能缺乏认识，在许多场所都使用风冷式冷凝方式，风冷式冷凝方式虽然使用方便，但由于夏季室外温度较高(约30～40℃)，采用风冷式冷凝器时，使得冷凝温度升高至45～50℃为获得同样的制冷量，制冷压缩机的容量需增大20％。另一个突出问题是风冷式冷凝器的传热系数小，约24～28W/m²·K[彦启森，空气调节技术(第2版)北京：中国建筑工业出社，1995]，造成运行费用和能耗巨大浪费，我国的制冷行业的技术进步已经刻不容缓，制冷技术的冷凝方式采取什么形式，成为行业节能重大课题。

现有的制冷系统冷凝方式，采用蒸发式冷凝具有显著优势；

1)同带冷却塔的水冷冷凝器相比，蒸发式冷凝器大大的减少了水的消耗，对于我国水资源严重不足的地区有十分重要的意义。

2)同风冷冷凝器相比，蒸发式冷凝器冷凝温度较低，这是因为风冷式冷凝器冷凝能力受限于环境干球温度，而蒸发式冷凝器受限环境湿球温度，而环境湿球温度一般比干球温度低8～14℃，其采用的吸风风机工作模式造成的负压环境进一步改善了蒸发换热效果。在HVAC系统中相对于其它冷凝方式可以节能20％～40％[唐汉靖，设计蒸发式冷凝器的一些体会(冷藏技术)1996，2]。

3)因为传热传质两个过程在蒸发式冷凝器内一次完成，因而不需要冷却塔，相对于传统带冷却塔的水冷冷凝器，其结构紧凑，所需的设备占用空间小很多。

4)同其它类型的冷凝器相比，蒸发式总耗功率显著降低，压缩机输入功率减少，能起到显著节能作用。

随着国民经济的迅速发展，减少冷却水的消耗量成了制冷空调行业的一个重要问题，特别是缺水严重地区，水冷式冷凝方式受到了严格限制。而蒸发式冷凝技术的发展能够很好地解决这个问题。

现有的蒸发式冷凝器存在的主要缺陷；

1)目前国产蒸发式冷凝器质量普遍不高，换热效率没有体现其应有的优势，而且水质问题和在室外运行腐蚀和结垢等问题普遍存在。

2)价格问题，蒸发式冷凝器的装备成本比较高，与其它类型的冷凝器相比其结构复杂，制造成本比较高，也存在水漂失的问题。

3)使用习惯问题，长期以来我国习惯了使用卧式壳管式或立式壳管式冷凝器，以及蒸发式冷凝器需要精心管理等使用上的烦琐。

也有文献研究论及，随着水资源贫乏和水价上涨，蒸发式冷凝器综合经济效益并不显著，档水板是为了飞溅的水滴回收，减少水耗，档水板的效率取决于水气流道的结构特征和档水板本身的形状设计，有报道，高效的档水板能达到水循环总量不大于0.2％～2％的损失率[余江海，蒸发式冷凝器应用现状及存在问题探讨，制冷技术，2001，2]。

每1.1kW的冷凝负荷需要的循环水量为60～80l/h，补充水量为3～5l/h，空气流量为100～200m3/h，水泵及风机的功率为0.2～0.3kW[吴业正，韩宝琦.制冷原理及设备.西安：西安交通大学出版社，1997.]。

以下是美国有关蒸发式冷凝器的经验数据：

传热面积：0.25m2/kW，冷凝负荷喷淋水量：0.018L/s/kW冷凝负荷，风量：0.03m3/s/kW冷凝负荷，蒸发水量：1.5L/h/kW冷凝负荷

以下是一工程实例的实际数据：

新疆某地区一冷库的两种冷凝器结构特点及工程应用(表2)

两种冷凝器的运行费用比较(表3)

根据上述数据，按照每秒水量21.5L计算.漂失损耗2％，其总耗水也是惊人的。

有学者采用在冷凝器上直接喷洒也可以起到节能效果，在喷水量选取合理时，在相同vmax(冷凝器单位外表面积的喷水量q和净通道断面风速vmax两个因素)下，窗式空调器采用蒸发式冷凝器比采用风冷冷凝器，其能效比可提高50％～70％，具有明显的节能效果。[刘宪英.蒸发式冷凝器应用于房间空调器的实验研究.暖通空调.1997.27(5)]。

实验证明：在一台400S2——FL型号风冷冷库机组，库温-23℃，环境温度32℃，蒸发温度-32℃共况下，每小时直接喷洒水，可提高制冷系数ε达54.8[徐韦，喷淋技术在风冷冷凝器上的应用探讨，能源研究与利用，1998，2]。可见，与蒸发式冷凝技术一套庞杂系统与直接喷洒散热其优势并不十分明显。

与本发明最为相似的技术是，本发明人曾公开一种利用空调器冷凝水的冷凝器申请号200610167931.6该方案同样采用离心雾化技术，桶状散热器，但是，其目的仅适合利用冷凝水，在大规模采用蒸发冷凝技术还存在多机群相互散热干挠等问题，本发明针对该方案进行了多处改进，使蒸发式冷凝适合在大规模多机群，及其大系统制冷技术的应用。

发明内容

本发明的任务是：针对现有的风冷冷凝器在高温环境运行制冷效率低，水冷冷凝器耗水量大，现有的蒸发式冷凝器存在如下问题；

1、质量普遍不高，换热效率没有体现其应有的优势，而且水质问题和在室外运行腐蚀和结垢等问题普遍存在。

2、技术经济性差，蒸发式冷凝器的装备成本比较高，与其它类型的冷凝器相比其结构复杂，制造成本比较高。

3、管理成本高、需要精心管理等使用上的烦琐。

提出一种无须考虑水回收的蒸发冷却过程保持系统处于干式状态的干式蒸发冷凝技术。

本发明是这样实现的：将冷凝器的散热器制作成桶状型，在桶状型散热器的桶内安装离心雾化器的中心轴与桶状散热器顶部的离心风机轴连接。离心雾化器的浆叶随风机电机轴旋转，离心雾化器的浆叶旋转时产生水泵效应，此时，给雾化器的浆叶套输入水，即在水泵效应作用下上升进入离心盘，离心盘在风机电机带动下高速旋转，产生离心力，离心盘的离心力将水分散雾化，分散雾化的水分随风机的气流流过散热器的散热片片间，气流与分散水混合流过散热器的散热片片间与散热片表面接触，由于散热片是串在冷凝管的管外，冷凝管内的高温冷媒流体传热至散热片，散热片的高温使水分蒸发，蒸发的水分带走大量热量，从而达到制冷剂冷凝的目的。进入浆叶套内水量可以通过电动调节阀调节，根据桶状散热器的表面水膜数据调节电动调节阀的开启度。

本发明起到积极效果是，采用分散雾化水与空气混合，分散雾化水与空气混合后与散热器表面接触，不仅使散热器具有显热交换，而且还有质量交换而引起的潜热交换，部分水蒸发成水蒸汽，汽化潜热带走大量热量(水的汽化潜热约为2450kJ/kg)。

与现有的蒸发式冷凝器相比节省了一套庞杂的水泵泵水系统、省略了一套挡水板回收漂水系统、省略了防止结垢的水软化系统，使结构简化，造价降低，运行成本下降，达到更有效的推广制冷节能技术的目的。

附图说明

图1是本发明干式蒸发冷凝器结构视图

图2是离心雾化器三维视图

图3是浆叶套剖视图

图4是图3A-A剖视图

图5A是浆叶离心盘俯视三维图

图5是图5的背面三维视图

图6是离心盘俯II视图

图6A是图6A-A剖视图

图7是离心盘I俯视图

图7A是图7A-A剖视图

图8是桶状散热器轴向视图

图8A是图8展开视图

风机电机1、风机蜗壳2、风机叶轮3、锥型外壳4、离心雾化器5、桶状散热器6、百叶进风窗7、电动调节水阀8、供水管9、分水管10、连轴杆11、外套风道12、支架13、锥型导风筒14、锥型风道15

离心盘轴5-1、浆叶离心盘5-2、离心盘I 5-3、浆叶套5-4、高度定位环5-5、进水嘴5-6、离心盘II 5-7

散热片6-1、冷媒管6-2、侧立封板6-3

具体实施方式

参照图8，由散热片6-1、冷媒管6-2、侧立封板6-3组成的桶状散热器6，桶内安装离心雾化器5，桶外是外套风道12，桶外是外套风道12上端是锥型外壳4，锥型外壳4与风机叶轮3的进风口相连，锥型外壳4内安装锥型导风筒14，锥型外壳4与锥型导风筒14组成锥型风道15，当风机电机1启动时，风机蜗壳2内的风机叶轮3从外套风道12底部的百叶进风窗7吸进风，然后进入桶状散热器6桶内，从桶状散热器6的散热片6-1的片间流过，气流流过散热片6-1的表面时带走热量，使冷媒管6-2内冷媒得到冷凝，进入外套风道12的通道，经锥型风道15，然后从风机叶轮3轴端进，然后从风机叶轮3经向出，在风机蜗壳2的导流作用下定向排出，风机电机1启动时风机电机1的轴与连轴杆11连动离心雾化器5的离心盘轴5-1，离心雾化器5的浆叶离心盘5-2在浆叶套5-4内旋转，起到水泵样的效应，浆叶套5-4旋转时将从电动调节水阀8进入的水经供水管9、分水管10通过进水嘴5-，进入浆叶套5-4内，浆叶离心盘5-2在浆叶套5-4内旋转时产生的水泵样的效应将水送入浆叶离心盘5-2和离心盘I 5-3，浆叶离心盘5-2和离心盘I 5-3随风机电机1高速旋转将水在离心力的作用下分散雾化，在桶状散热器6内随气流运动，从桶状散热器6的散热片6-1的片间流过，气流流过散热片6-1的表面时，水分在冷媒管6-2高温流体散热效应蒸发，水分在冷媒管6-2高温流体散热效应蒸发提高了散热效果，水的流量大小可以通过调节电动调节水阀8满足散热需要，达到无水滴流出桶状散热器6为适宜量，为了改善离心雾化器5的离心效应在所有的离心盘面设计了弧型凸筋，使水膜在离心盘中受迫流动。

为了避免一部分水经浆叶套5-4与离心盘轴5-1的间隙流出后无法被离心分散，特在浆叶套5-4的下端安装离心盘II 5-7，使经浆叶套5-4与离心盘轴5-1的间隙流出的水离心分散处理。

为了使桶状散热器6的散热面能接受到均匀的水雾，在桶状散热器6内安装2套完全相同的离心雾化器5，均安装在一个支架13所固定的离心盘轴5-1上。

Claims (4)

1、一种干式蒸发冷凝器，由风机电机1、风机蜗壳2、风机叶轮3、锥型外壳4、离心雾化器5、桶状散热器6、百叶进风窗7、电动调节水阀8、供水管9、分水管10、连轴杆11、外套风道12、支架13、锥型导风筒14、锥型风道15等组成，其特征是：离心雾化器5安装在桶状散热器6内。

2、按权利要求1所述的干式蒸发冷凝器其特征是：连轴杆11一端连接风机电机1轴另一端连接离心盘轴5-1。

3、按权利要求1所述的干式蒸发冷凝器其特征是：离心盘面有弧型凸筋。

4、按权利要求1所述的干式蒸发冷凝器其特征是：桶状散热器6外有外套风道12。

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