制冷系统水平管降膜蒸发器换热性能的影响因素分析

　　引言

　　降膜蒸发器的专利于1888年已经注册,但是1970年以前相关的研究较少,1970~1990年的研究也主要着眼于在海洋热能转化系统(OTEC)上的应用,直至1990年以后人们开始将目光转向对臭氧层友好的非CFC制冷系统,并希望继续维持制冷系统的高效率。喷淋蒸发系统(也称降膜蒸发器)是一种满足新要求的新型高效换热器,目前只有美国特灵公司开发生产使用降膜蒸发器水冷螺旋式冷水机组。开发研制降膜蒸发器并应用于制冷空调设备是制冷行业具有自主知识产权提高产品竞争力的一项具有重要意义的工作[1]。

　　与传统的满溢式蒸发器相比,降膜蒸发器作为一种高效的蒸发设备,具有传热性能好、蒸发强度大,无静压头引起的沸点升高、换热效率高、较小的设备体积、较低的设备成本、较少的制冷剂充注量和良好的回油性等性能优点,使其在化工、轻工、化纤、食品加工、医药、污水处理等工业部门具有广阔的发展前景[2]。但其传热机制复杂、制冷剂分配困难、容易造成/蒸发管干蒸0等缺点限制了它的应用。近年来,针对降膜蒸发器的研究逐渐增多,主要是应用于海水淡化、吸收式制冷、蒸汽压缩式蒸发器等领域,研究内容主要是流动模式、单管换热性能等方面。

　　本文针对降膜蒸发器国内外研究现状,介绍降膜蒸发器的工作原理,分析影响其传热性能的主要因素。水平管降膜蒸发器的核心技术是如何将制冷剂均匀地分配到蒸发管束上,避免由于蒸发管局部/干燥0而导致整体机组的性能下降[3]。为了将制冷剂均匀分配到管束,蒸发管上方制冷剂分配器的分配效果、液膜流动特性、制冷剂流量、蒸发器内部的管阵布置方式以及气流扰动情况是影响其均匀性的关键因素[4]。

　　1降膜蒸发器原理

　　早在1848年,水平管降膜蒸发技术就已经诞生,但是直到20世纪90年代,随着氟氯烃的逐步淘汰,才开始在制冷系统上被采用。降膜式蒸发器是利用制冷剂管外蒸发达到与管内工质换热的目的,即冷媒介质在蒸发管内流动与蒸发管外流过的制冷剂液体进行换热,使其蒸发实现热量的传递。

　　降膜蒸发器由布液器、蒸发管、回油系统和蒸汽出口组成。通过膨胀装置后的含油制冷剂进入布液器,布液器将其均匀地没有压力支持的情况下分配到蒸发管上,并在蒸发管上形成一层薄膜。通过薄膜传热,蒸发管外侧的制冷剂与蒸发管内的冷水进行热交换,使制冷剂在一定的蒸发温度下蒸发。未蒸发的制冷剂中含有高浓度的油,它们沿着管排流到蒸发器底部形成液池,并按一定规则输送到压缩机的回油口,而蒸发产生的制冷剂蒸汽由没有阻力的蒸汽通道流出蒸发器,并回到压缩机的吸气口,完成一个工作循环[5](见图1)。