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。