满液式蒸发器与干式蒸发器的区别

潘丽君

(广州联合冷热设备有限公司,广东广州510530)

1 前 言

在离心式和螺杆式冷水机组中,蒸发器的型式主要是满液式蒸发器和干式蒸发器两种。满液式蒸发器中,液体制冷剂经过节流装置进入蒸发器,蒸发器内的液位保持一定。蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中。吸热蒸发后的气液混合物中仍含有大量液体,故从蒸发器内逸出的湿蒸气经气液分离后再回入压缩机。干式蒸发器则由热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制液体制冷剂进入蒸发器的管程,制冷剂液体在管内完全转变为气体,而被冷却的介质则在传热管外的管程中流动。此外,干式蒸发器载冷剂 (冷媒水)走壳程,干式蒸发器中有数量不等的折流板。下面本文从结构、设计条件、流动传热设计、传热系数、端差、冷却水量、安装及检修方面逐一进行介绍分析。

1 满液式蒸发器与干式蒸发器的结构

满液式蒸发器与卧式管壳式冷凝器相似,如图1示。

图1中,冻水在换热铜管内 (管程)运行,制冷剂在换热管铜管外 (壳程)运行。

满液式蒸发器由端盖、管板、筒体、管束及各附件组成。其中端盖是由封头与容器法兰、接管组焊,接管与管法兰组焊而成;管板与筒体密封焊,管束与管板胀接而成。筒体上有若干与其它设备相连的管接头及各安全附件组成。管束整体布置在满液式蒸发器筒体下半部,上部留有一定的气相空间。满液式蒸发器壳程走制冷剂,管程走水 (可根据设计条件需要进行调整水路流程数)。

图1 满液式蒸发器

干式蒸发器由端盖、管板、筒体、管束及各附件组成。其中端盖是由封头与容器法兰、接管组焊而成;管板与筒体密封焊,管束与管板胀接而成。筒体上开设有进出水管口,进出水接管与筒体组焊。图2是干式蒸发器的简图。

图2中,冻水在换热铜管外 (壳程)运行,制冷剂在换热管铜管内 (管程)运行。

图2 干式蒸发器

2 满液式蒸发器与干式蒸发器的设计条件与机组能效

下面以空调工况下,采用R22制冷剂的Rc2-790B压缩机组为例,对满液式蒸发器与干式蒸发器的机组能效进行比较。

(1)满液式蒸发器:

满液式蒸发器机组的设计条件一般是:

ET:5℃,CT:38℃,此时根据压缩机选型软件查得:

Q0=843.3kW

P=163.6kW

由 COP=Q0/P

得 COP为5.15

(2)干式蒸发器:

干式蒸发器机组的设计条件一般是:

ET:2℃,CT:40℃,此时根据压缩机选型软件查得:

Q0=738.9kW

P=167kW

由 COP=Q0/P

得 COP为4.42

式中:

Q0—制冷剂在蒸发器吸收的热量,即制冷量;

P—压缩机吸收并压缩制冷剂消耗的功率;

COP—在规定的工况下,整台制冷机以同一单位表示的单位时间从低温物体中移去热量与输入的能量之比,即制冷系数 (也称之为性能系数)。

从上式可以看出,满液式工况下性能系数比干式工况下高出16.5%,即意味着如果需要达到相同的冷量目的,消耗的功率较少,从而节约了能源,达到了节能的目的。

3 满液式蒸发器与干式蒸发器的流动传热设计

(1)满液式蒸发器壳程走制冷剂,管程走水

经过膨胀阀降压以后的低温低压液体从壳体的下部进入,在换热管外流动并沸腾,沸腾后的蒸汽从壳体上部排出。满液式蒸发器中制冷剂的液面应适中,如果制冷剂流注过满,液面过高,沸腾时蒸汽中就会夹杂大量的制冷剂液滴,如果分离不出,就可能造成压缩机液击,损害压缩机;反之,液面过低,淹没的换热管太少,则换热面积太小,换热能力就受到限制。因此,应有1～2排换热管露出液面,一般液面高度为筒径的55%～65%。制冷剂中溶解的润滑油由引射泵抽回压缩机。

水程和卧壳式冷凝器类似做成多程式,即在传热管簇内经端盖往返流动多次,与制冷剂进行热交换。水的进出口一般是做在同一侧的端盖上,下进上出。壳体上留有若干与制冷系统中其他设备连接的管接头。

(2)干式蒸发器中制冷剂走管程

经过膨胀阀降压以后的低温低压液体从端盖下部流入换热管,在管束内流动并蒸发,蒸汽从端盖的上部出气口排出。此外,干式蒸发器的冻水走壳程,为使冻水横向冲刷蒸发器及冻水达到湍流状态,减少死水区,提高换热效果,特在干式蒸发器壳体设有几至十几块折流板。

4 传热系数

满液式蒸发器的蒸发管表面为液体润湿,表面传热系数大;

干式蒸发器的蒸发管表面为部分液体润湿,表面传热系数略低。

5 端差

由空调工况可知,一般情况下,冻水进水温度12℃,出水温度7℃。由设计条件可知:

满液式蒸发器的设计条件一般是:ET:5℃;

干式蒸发器的设计条件一般是:ET:2℃;

显而易见,满液式蒸发器端差较小,为2℃,而干式蒸发器端差为5℃。

6 冷却水需求量

在保持同等效率前提下,满液式蒸发器传热温差较干式蒸发器小,所以满液式蒸发器对却水的需求量大幅度减少。

7 安装与检修

满液式蒸发器比干式蒸发器维护更方便、可靠性更高。满液式蒸发器水走管程,分配均匀,无水短路现象,水流动阻力小,在长期应用后只需将水箱和椭圆封头固定螺栓松开,即可方便进行清洗。而干式蒸发器由于结构方面的原因,无法拆开清洗。

8 满液式蒸发器与干式蒸发器的主要优缺点

满液式蒸发器的优点:

满液式蒸发器的最大特点是靠液态制冷剂淹没大量换热管束,采用表面高度强化的满液式蒸发管,蒸发管完全浸泡在冷媒中,所以传热效率高;而且制冷剂蒸汽无需过热度,从而蒸发温度可以大幅的提升。在冻水回水12℃,出水7℃的条件下,蒸发温度可达5℃(而干式仅为2℃),由于蒸发温度提高了,所以大大提高满液式冷水机组的能效比,从而节约了能源。尤其是用于大容量机组,采用满液式蒸发器的机组能效提升更加明显。

满液式蒸发器的主要缺点:

(1)满液式蒸发器需要注入大量的制冷剂

(2)在采用氟利昂时,润滑油的分离也是一个问题。

和满液式蒸发器相比,干式蒸发器有以下优点:

(1)无需回油装置就能将润滑油带回压缩机。

(2)制冷剂用量少,为相同制冷量满液式蒸发器的三分之一。

干式蒸发器其主要缺点是:

(1)当采用多流程时,气、液两相制冷剂在端盖内转向时会出现分离,从而造成下一个流程中各管子中制冷剂流量分配不均匀的不利现象。含气量越多,分配越不均匀,甚至会使有些管内无液体或液体很少,从而使这些管子失去了蒸发冷却的作用。

(2)由于折流板与壳体之间一般都有间隙泄漏(即冻水短路)。降低了水侧的换热效果。

9 结语

由于满液式蒸发器的蒸发温度较干式蒸发器相比可以提高至5,所以大大提高了满液式冷水机组的能效比,从而节约了能源,达到了节能的目的。然而,目前满液式蒸发器的液位检测及回油动力装置等技术仍不成熟,这些都需要我们每一个设计人员在实际工作中不断探索,不断掌握,不断优化。

10 参考文献

[1]彦启森.制冷技术及其应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2006

[2]陈沛霖.空调与制冷技术[M].上海:同济大学出版社,1999

[3]吴业正.制冷原理及设备[M].西安:西安交通大学出版社,1997