大部分蒸發(fā)式冷凝器的選型是通過選型目錄進(jìn)行選擇。
一臺高效的蒸發(fā)式冷凝器的設(shè)計,需要優(yōu)化許多的因素,包括管尺寸、管長度、管間距、制冷劑循環(huán)、空氣流量、冷凝器的箱體尺寸、噴淋水流量。制冷劑的傳熱知識,濕表面?zhèn)鳠崾?/span>蒸發(fā)式冷凝器的設(shè)計需要掌握的基本知識,理解影響蒸發(fā)式冷凝器排熱能力的三個變量—濕球溫度、空氣流量、噴淋水的流量如何變化。
一些蒸發(fā)式冷凝器的早期設(shè)計數(shù)據(jù)如下(供參考):
1㎡蒸發(fā)式冷凝器的傳熱面積排熱量:4kW。
1kW排熱量需要的噴霧水循環(huán)流量:0.018L/s。
1kW排熱量需要的循環(huán)風(fēng)量:0.03m3/s。
通過冷凝器的風(fēng)壓降:250 - 375Pa。
1kW排熱量需要的蒸發(fā)水量:1. 5L/h。
以上的數(shù)據(jù)只是蒸發(fā)式冷凝器在20世紀(jì)80年代設(shè)計的數(shù)據(jù)。隨著研究產(chǎn)品開發(fā)的速度和技術(shù)的進(jìn)步,生產(chǎn)廠家利用產(chǎn)品的測試平臺,制定出更加合理的換熱管的布置,以及噴霧水循環(huán)流量和循環(huán)風(fēng)量。
一般情況下,制造廠家根據(jù)自己的產(chǎn)品特點,每個產(chǎn)品系列對應(yīng)不同的制冷劑、不同的冷凝溫度以及不同的濕球溫度,制定出不同的標(biāo)準(zhǔn)排熱能力。用戶或設(shè)計人員可以根據(jù)制造廠家提供的產(chǎn)品選型目錄,選擇出系統(tǒng)合適型號的蒸發(fā)式冷凝器和數(shù)量。通常的選型程序:
1)確定設(shè)計條件、冷凝溫度和濕球溫度。
2)確定系統(tǒng)所需的總排熱量,總排熱量=壓縮機(jī)制冷量+電動機(jī)耗功。
3)根據(jù)排熱系數(shù)圖表(由冷凝溫度和濕球溫度確定)查出負(fù)荷修正系數(shù)。
4)系統(tǒng)的總排熱量乘以排熱系數(shù),確定修正后的排熱負(fù)荷,選擇合適的型號。
如何確定壓縮機(jī)的制冷量?這似乎不是一個問題,問題是壓縮機(jī)的制冷量由哪一個蒸發(fā)溫度確定。因為對于壓縮機(jī)的每一個蒸發(fā)溫度,對應(yīng)的制冷量是不同的,對于肉類的速凍加工確實是一個不容易回答的問題。對于普通的凍結(jié)物冷藏間或者冷藏物冷藏間,一般把壓縮機(jī)設(shè)置的最低蒸發(fā)溫度對應(yīng)的制冷量作為壓縮機(jī)的制冷量,這是因為在這些冷藏間中設(shè)定的溫度波動范圍不大,通常也就是±(2~3) ℃,要知道壓縮機(jī)的這個制冷量是指平均制冷量,因此在溫度波動范圍不大的情況下,這種選擇是可以的。
例如以一臺螺桿壓縮機(jī)OSN A8591-K為例[,使用的是氨制冷劑。在冷凝溫度35℃,蒸發(fā)溫度-28℃±2℃時,直接從這臺壓縮機(jī)的選型軟件(采用中間補(bǔ)氣方式)可以知道,它的冷凝負(fù)荷在蒸發(fā)溫度-28℃時是182. 5kw,最大和最小的冷凝負(fù)荷在165.7~200kW之間。以182.5kw為基礎(chǔ),它的變化范圍也就是±9.5%左右。根據(jù)筆者的了解,這種工業(yè)產(chǎn)品的實際測定數(shù)據(jù)與產(chǎn)品額定數(shù)據(jù)一般有5%~10%的余量,以壓縮機(jī)的蒸發(fā)溫度-28℃選取的冷凝負(fù)荷是可以接受的范圍。
如果壓縮機(jī)用于凍結(jié)食品,需要凍結(jié)的豬肉從26℃開始降溫。假定降溫的蒸發(fā)溫度是從-10℃開始計算,采用冷風(fēng)機(jī)吹風(fēng)凍結(jié),當(dāng)豬肉完成凍結(jié)時的中心溫度達(dá)到-18℃,這臺壓縮機(jī)運(yùn)行對應(yīng)的蒸發(fā)溫度可能是-38℃,從這臺壓縮機(jī)的選型軟件(采用中間補(bǔ)氣方式)可以知道,它的冷凝負(fù)荷在蒸發(fā)溫度-10℃時是444kW,-38℃時是127.5kW,最大和最小的冷凝負(fù)荷在127.5~444kW之間,耗能量變化曲線大致如圖5-9所示。
從壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)可以知道,最大和最小的冷凝負(fù)荷區(qū)間變化很大。而豬肉的冰凍點在-2.2~-1.7℃之間,從參考文獻(xiàn)中可以查出,100kg豬肉從+26℃冷卻到0℃時,所需要冷卻的熔值是Q1=100×(290.8-212) kJ=7880kJ。而從-5℃凍結(jié)到-18℃所需要冷卻的焓值是Q3=100×(54.5-4.6) kJ = 4990kJ。通過冰凍點從0℃下降到-5℃,溫差只是5℃所需要冷卻的焓值是Q2二100×(212-54.5)kJ=15750kJ。比較Q1、Q2和Q3,無疑Q2是最大的。在工程選型上,通常把凍結(jié)食品通過冰凍點的蒸發(fā)溫度范圍,定義為壓縮機(jī)冷凝負(fù)荷的選擇范圍。不同的凍結(jié)方法有不同的蒸發(fā)溫度,例如采用螺旋速凍機(jī)和采用平板凍結(jié)比較,這個過冰凍點的蒸發(fā)溫度會相差20-25℃,應(yīng)該說,食品凍結(jié)初期的冷凝負(fù)荷是最大的。但是,這段時間不長。如果這種負(fù)荷實在太大而影響壓縮機(jī)的運(yùn)行(冷凝壓力太高),可以控制壓縮機(jī)上載百分比;如果是采用直接膨脹供液,可以采用限制蒸發(fā)器的最大工作壓力的(Maximum Operating Pressure) MOP膨脹閥。這些都是解決速凍冷凝負(fù)荷初期過大的辦法。