浅析降膜式蒸发技术

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    压缩循环冷水机组中,常用的蒸发器主要有板式换热器及壳管式换热器,而壳管式换热器中又有干式、满液式、降膜式等型式。满液式及降膜式壳管换热器因其较高 的换热性能及简便的维护性等优点在冷水机组(特别是大冷量冷水机组)中得到了广泛应用。特灵空调公司在第四代螺杆式冷水机组及齿轮传动离心式冷水机组上均 采用了降膜式蒸发技术。本文将就降膜式蒸发器在压缩循环冷水机组中的应用作简要分析。

    1 降膜式蒸发与满液式蒸发的比较

    满液式蒸发的基本方式是蒸发器内的内外强化传热管浸没在制冷剂液体中,制冷剂吸收管内水的热量后蒸发,它所进行的是一种池沸腾换热。为了使蒸气中的液滴分 离出来,一般蒸发器或系统中都会设计一定的结构来进行气液分离。蒸发器常被设计成在运行时有1~3排管子露在液面以上,以防止液滴带出,液体沸腾时这几排 管子会被蒸气带上来的液体润湿,仍能起传热管的作用。满液式蒸发器示意图见图1。

    降膜式蒸发的基本方式是制冷剂通过设计在蒸发器顶部的分配器被均匀分配喷淋到蒸发器内的内外传热管上,吸收管内的热量蒸发。降膜式蒸发器示意图见图2。

    相对满液式蒸发器而言,降膜式蒸发具有如下显著优点。

    ①提高换热性能

    降膜式蒸发器具有极好的换热性能,特别是在部分负载情况下。主要表现在两方面:一方面充分利用了所有高效传热管的换热面积;另一方面在蒸发压力较低 时,满液式蒸发器中液体的静液柱使底部饱和蒸发温度升高(局部饱和压力升高导致饱和温度升高),传热温差减小,导致传热性能下降,降膜式蒸发则不存在这种 情况。

    早在1994年,Moeykens博士和Pate博士在R134a环境中对池沸腾换热和降膜式蒸发进行了光管的单管对比测试,结果表明降膜式蒸发在供液速率为0.012 kg/(s•m)条件下换热系数比热流密度为5 kW/m²到22.5 kW/m²范围内的池沸腾换热系数高10%~20%。1995年,他们进行了三角形排布的低翅片管的管束对比测试,结果表明降膜式蒸发换热系数比池沸腾换热系数高出20%。

    ②减小蒸发器体积

    采用降膜式设计的蒸发器的体积会有所减小,这得益于降膜式蒸发换热性能的提高和气液分离结构的简化。

    ③减少冷媒充注量

    降膜式蒸发的一个非常突出的优点是极大地减少冷媒充注量。系统的设计不同,冷媒充注量减少的比例也不尽相同,一般来讲冷媒充注量会减少35%以上。