空调用喷淋蒸发式冷凝器换热性能实验研究崔洁

空调用喷淋蒸发式冷凝器换热性能实验研究崔洁

崔洁关博涵郭俊明

崔洁关博涵郭俊明

沈阳工程学院辽宁沈阳110136

摘要：搭建回收利用蒸发器冷凝水对冷凝器进行喷淋冷却的试验装置。测试结果表明，冷凝器喷淋装置包裹泡沫金属后，制冷量增加1％～3％，功率减少4％～6％，COP提升0.2，而且冷凝温度越高，

关键词：喷淋；冷凝器；泡沫金属

引言：作为制冷系统的四大部件之一的冷凝器，是制冷机中的主要换热设备之一，来自压缩机的高温高压制冷剂过热蒸气在冷凝器中冷却并冷凝成饱和或过冷液体，制冷剂在冷凝器中放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。它运行的综合效率决定了制冷系统的性能和经济性，所以它的发展和应用也越来越受到人们较高的关注。

蒸发式冷凝器原理

蒸发式冷凝器是水-空气式冷凝器，由制冷剂蒸汽冷凝放热到环境中，在蒸发式冷凝器中，循环水由水泵压送至冷凝盘管上方，经喷嘴均匀喷洒在冷凝盘管表面。当来自压缩机的高温高压的制冷剂蒸汽经过冷凝盘管时，循环水不断被喷淋在冷凝盘管外表面形成水膜，同时配风系统在风机的作用下是空气在换热盘管外绕过，水膜吸收制冷剂蒸汽的热量后部分蒸发变成水蒸汽随快速流动的空气进入环境中，另一部分重新回到下部的水槽中，这样就有效的利用了水的蒸发潜热，增强了换热效果。空气的作用主要是将蒸发的水蒸汽带走，同时也可以起到一定的冷却效果。此外为了减少水的散失，在冷凝盘管和填料一侧装有收水器（又称挡水板），尽量防止空气带走水蒸汽夹带的水滴。

蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热两种热交换方式为基础，主要利用喷淋的冷却水蒸发吸热降温和空气降温来实现高温高压制冷剂蒸汽的冷却。它是由水冷式冷凝器加上冷却塔系统改进而来，并利用了冷却塔的操作机理，与冷却塔不同的是它没有冷却水在冷凝器中的显热传递，所以蒸发式冷凝器的冷凝温度更接近于空气的湿球温度，这不仅大大降低了压缩机的功率，减少了循环水量，还降低了对水泵和化学处理的要求。与风冷式冷凝器相比，蒸发式冷凝器主要是利用了冷却水蒸发时的汽化潜热来吸收制冷剂蒸汽的热量，空气带走相同的热量，蒸发式冷凝器需要更少的盘管面积，也就是说它是既可降低冷凝温度又能实现更高的效率，所以蒸发式冷凝器既节水又节能。

喷淋节能技术及加持泡沫金属的原理

风冷式空调是依靠大气来散热的，所以当室外温度过高时就会导致冷凝温度过高、高压侧压力过高、制冷量下降等问题。而水冷式空调因为采用冷却水循环冷却，冷凝温度比风冷式的要低10℃左右，所以功能和效率都明显比风冷式空调要高。

蒸发式冷凝器是利用水膜的蒸发来实现降温的，其配风量和喷淋水量若选择适当，水膜分布效果较好，可减少水膜热阻，提高蒸发式冷凝器整体的换热性能，否则就会影响系统整体的换热性能。

喷淋节能技术是在室外冷凝器侧安装自动喷淋装置，根据环境温度或冷凝温度控制自动喷淋装置的开启，喷淋装置启动时，细小水滴或水雾的蒸发带走大量热，迅速降低冷凝器进风温度，增强热交换能力。冷凝器进风侧一部分喷淋水滴在空气中快速蒸发，可使周围空气温度下降1-5℃。而且喷淋式冷凝器传热系数应介于风冷式与蒸发式。在大型冷凝器或机房空调等冷凝器使用台数比较集中的场合，经常采用集中供水、单独控制喷淋的方式。喷淋系统主要包括水处理器、储水罐、增压泵、高压储水罐、压力开关和雾化喷头等。

泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。拥有密度下、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好的优点。该装置将冷凝器盘管与泡沫金属紧密安装，喷水时，利用泡沫金属表面吸附大量水滴，水滴气化时吸收冷凝器表面大量的热，从而达到强化换热的目的。

实验装置与设计方案：测试在焓差实验台上进行，室内侧工况保持一定，改变室外侧环境温度，对比不同冷凝温度下，泡沫金属对喷淋系统运行性能的影响。试验采用某厂家5hp柜式空调器，在室外机冷凝器喷淋装置处安装泡沫金属，室外机储水箱内的水为室内机冷凝水。（蒸发式冷凝器最佳的实验迎面风速为3.28m/s，最佳实验喷淋密度为0.057kg.m-1.s-1，干工况下蒸发式冷凝器总总传热系数K的范围是39.79～46.57W.m-2.K-1

测试结果与分析：在不同冷凝温度下，泡沫金属对制冷系统性能的影响

图一所示为不同室外温度下冷凝温度的变化情况。从图中可以看出，与不采用泡沫金属的喷淋装置相比，采用泡沫金属后，冷凝温度降低2℃以上，在60℃冷凝温度下喷淋，冷凝温度的降低值达到3℃。

图二～图四所示为在不同冷凝温度下，制冷量、功率和COP随室外温度的变化情况。由图可以看出，喷淋装置采用泡沫金属后，制冷量增加1％～3％，功率减少4％～6％，COP提升0.2。而且冷凝温度越高，采用泡沫金属的制冷系统性能的优化趋势越明显。

结论：冷凝器喷淋装置包裹泡沫金属后，制冷量增加1％～3％，功率减少4％～6％，COP提升0.2。而且冷凝温度越高，采用泡沫金属的制冷系统性能的优化趋势越明显。

参考文献：

[1]梁治会.空调用蒸发式冷凝器数值模拟与结构优化[D].长沙理工大学，2013.

[2]朱冬生，黎小华，涂爱民，刘飞龙，蒋翔.蒸发式冷凝空调系统运行中能效的实验研究[J].中国住宅设施，2007（11）：60-63.