冷凝器之用途.docx
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冷凝器之用途
第七章冷凝器之用途
7-1冷凝器之用途
冷凝器主要功用,是將壓縮機壓縮而得的高溫高壓氣態冷媒,冷卻液化成常溫高壓的液態冷媒;臨界溫度愈高之冷媒愈容易液化。
7-2冷凝器之種類
殼圈式
水冷式殼管式
二重套管式
大氣式
冷凝器自然對流式
氣冷式
強迫通風對流式
蒸發式
7-3冷凝器之構造
1、水冷式冷凝器
水之傳熱效率優於空氣,所以較大容量之冷凍系統均採用水冷式。
(1)殼圈式冷凝器
冷卻水與冷媒流動方向不同,所以其
為逆向流式冷凝器。
此冷凝器之優點為體積小、重量輕、價錢便宜;其缺點為容量改變困難、清潔不易、保養困難。
(2)殼管式冷凝器
殼管式殼內之冷卻管為直管並排,殼圈式之冷卻管則繞成圈狀。
(3)二重套管式冷凝器
小管內流通冷卻水、大管與小管之間是流通冷媒。
(4)大氣式冷凝器
冷卻水在大氣中蒸發吸熱。
2、氣冷式冷凝器
以空氣為冷卻媒介、冷凝效果取決於:
(一)散熱表面積與
(二)空氣流速;
若依空氣對流方式分自然對流式與
強迫通風對流式。
(1)自然對流式
1,線管式
2,板管式
目前家用冰箱直接將冷凝器之冷卻盤管,分別繞在冰箱兩側,即所謂美背式冰箱,冰箱背部可直接靠牆而不影響散熱。
3,鰭片式
留好各式管孔,再套入冷媒盤管,用U型彎頭連接而成。
(2)強迫通風對流式
加裝一風扇或離心風車,以提高散熱
效率。
常與壓縮機裝在同一基座上,組成所謂冷凝機組。
分離式冷氣機之室外機,即為氣冷式冷凝機組。
3、蒸發式冷凝器
以水和空氣為冷卻媒介,利用空氣的強迫對流循環,使冷凝盤管上的水分不斷蒸發吸熱,達到液化冷卻冷媒的目的。
蒸發式冷凝器是散熱效果最好的一種冷凝器,製造成本較貴且系統複雜。
7-4容量估算
冷凝器容量或稱散熱負載,包括蒸發器之吸熱與壓縮機作功產生的熱。
水冷式冷凝器之容量計算,可由下列兩種傳熱公式求得;
由公式知;冷水溫差愈大,冷凝負載容量愈大,相對地冷凝溫度提高,也增加了壓縮機所需之動力。
通常溫差約取4~6℃。
【7-1】有一冷凍設備,其冷凝器之冷卻水量為200l/min(LPM),冷卻水入口溫度為20℃,冷卻水出口溫度為25℃,壓縮機所需功率為20KW,求此壓縮機的冷凍能力為多少KW?
Sol:
水之密度=1g/㎝³=1kg/l=1000
kg/m³
由公式QC=m˙c˙△T=(1kg/l˙200l/min)×1kcal/kg℃×5℃=1000kcal/min
=1000×4.2kJ/60sec=70kw
壓縮機的冷凍能力=70–20=50kw
二、由冷凝器冷卻管之傳熱係數計算
冷卻管壁之熱通過率會影響冷凝器之散熱能力。
(1)總傳熱係數U
熱通過率與熱阻成反比,接觸面傳熱率常以α表示,單位為kcal/m²℃hr,物質本身之傳熱率常以λ表示,單位為kcal/m℃hr,總熱阻為個別熱阻之和。
(二)LMTD對數平均溫差
由圖知,各任何一點之溫度變化均不相同,故通常採用對數溫差較為精確。
【7-2】有一熱交換器,其熱流體的入口與出口溫度別為60℃與40℃,冷流體的入口與出口溫度別為25℃與35℃,試求(a)平行流與(b)逆向流的對數平均溫差。
Sol:
(a)△T0=60-25=35
△TL=40-35=5
LMDT=(35-5)/ln(35/5)=15.42℃
(b)△T0=40-25=15
△TL=60-35=25
LMTD=(25-15)/ln(25/15)=19.61℃
【例】有一水冷式冷凝器,其運轉條件如下所列:
1,冷媒質量流率m=60kg/hr2,冷媒比熱Cp=2.2KJ/kgk3,冷媒進入冷凝器溫度為75℃4,冷媒離開冷凝器溫度為40℃5,冷卻水進入冷凝器溫度為30℃6,冷卻水離開冷凝器溫度為35℃7,冷卻水比熱Cp=4.2KJ/kg.k8,冷凝器接觸面總傳熱率=0.3775KW/m²℃
試求:
1,冷凝器之容量為多少KW?
2,冷卻水質量流率為多少kg/hr?
3,冷卻管之外表面績為多少m²?
SOL:
(1)冷凝器容量=60kg/hr×1/3600hr/sec×2.2KJ/kg.k×(75-40)℃=1.28KW
(2)m=1.28/【4.2×(35-30)】=0.061kg/s219.6kg/hr
(3)△To=40-30=10△TL=75-35=40
LMTD=(40-10)/ln(40/10)=21.64℃
A=Q/(U×△T)=1.28/(0.3775×21.64)=0.1567m²
7-5冷卻水塔
水冷式冷凝器之供水系統分;消耗水冷卻系統與循環水冷卻系統兩種。
1、冷卻水塔之種類
(一)依空氣循環方式
(二)依動力方式
(三)依使用之材料
強迫通風式冷卻水塔,一般風速為2.5~3.5m/s。
鋼筋混泥土型,簡稱R.C型,玻璃纖維強化塑膠型,簡稱F.R.P型。
F.R.P型是目前最受歡迎,使用最廣之冷卻水塔。
2、冷卻水塔之結構
1,馬達:
防水屋外型低轉速。
2,自動散水器:
旋轉速度2~23RPM。
3,散熱材:
通常採PVC硬質膠片,表
面處理成V型斜紋式或蜂巢式,以
增加熱效率。
4,F.R.P外殼:
重量輕、不生鏽、耐酸鹼、堅固耐用。
5,冷卻水管路
6,冷卻水補給系統
3、冷卻水塔之負載
標準條件如下:
入口溫度為37℃,出口溫度為32℃,外氣溫度為27℃WB,冷卻水量1冷凍噸相當於13l/min,故冷卻水塔1冷凍噸之負載;
QT=13l/min×1kcal/kg℃×(37-32)℃×60min/hr=3900kcal/hr
所以冷卻水塔冷凍噸,是以標準冷凍噸乘以一個常數,通常為1.1~1.25之間。
4、冷卻水塔之能力特性
冷卻水塔入口水溫與出口水溫之差,稱為冷卻溫差,冷卻後之出水溫與大氣濕球溫度之差,稱為近似溫差。
1,入口水溫與外界溫度差較高時,冷卻能力增加。
2,出口水溫低時,近似溫差小,冷卻能力減少。
3,大氣濕球溫度低時,近似溫差大,冷卻能力增加。
4,冷卻水量增加時,冷卻能力增加。
5,其他關係;水和空氣之接觸時間、接觸面積、與相對速度。
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