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來源：互聯(lián)網(wǎng)

冷凝器(Condenser)，是將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑過熱蒸氣冷卻及冷凝成液體，并將制冷劑放出的熱量由冷卻介質(zhì)(水或空氣) 帶走的制冷系統(tǒng)機件，是常見的熱交換器。在各領域制冷系統(tǒng)中應用廣泛。

冷凝器1771年由瑞典裔德國化學家Christian Weigel在實驗室發(fā)明。通常分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三種類型。冷凝器主要由散熱管、散熱片和風扇等輔助散熱裝置組成。

為適應節(jié)能減排的戰(zhàn)略需求，冷凝器行業(yè)不斷更新原材料，改進生產(chǎn)工藝，以節(jié)能增效為持續(xù)的發(fā)展目標。

簡史

最早的冷凝器叫“ Gegenstromkühler ”（逆流冷凝器），于 1771年由瑞典裔德國化學家Christian Weigel在實驗室發(fā)明。

到了 19 世紀中葉，德國化學家賈斯特斯·馮·李比希（Justus von Liebig）對韋格爾（Christian Weigel）之前的設計進行了改進，改進后的裝置被稱為李比希冷凝器（Liebig condenser）。

20世紀20年代出現(xiàn)板式冷凝器，以板代管，結構緊湊，傳熱效果好，并應用于食品工業(yè)。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。

1960年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的冷凝器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式冷凝器。

20世紀80年代后，大量的強化傳熱元件被推向市場，如折流桿換熱器、新結構高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等高效冷凝器。

21世紀以來，需要運用冷凝器的行業(yè)不斷增多，推動冷凝器行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力、技術工藝水平快速進步。現(xiàn)在，冷凝器主要分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三種類型，在節(jié)能減排戰(zhàn)略背景下，冷凝器行業(yè)不斷更新原材料，改進生產(chǎn)工藝，以降低產(chǎn)品的能耗、生產(chǎn)成本、運行成本，提高冷卻效果，高效化、節(jié)能化成為冷凝器行業(yè)的發(fā)展趨勢。

工作原理

冷凝器利用冷卻介質(zhì)將氣體或蒸汽冷卻成液體，當氣體或蒸汽進入冷凝器后，通過冷卻介質(zhì)的冷卻作用，溫度逐漸降低，壓力也逐漸降低，最終形成液體，是常見的熱交換器，根據(jù)需求不同，其尺寸和設計也有所不同，其應用非常廣泛，在空調(diào)系統(tǒng)、工業(yè)化學程序、發(fā)電廠以及其他熱交換系統(tǒng)中都有用到，是制冷系統(tǒng)中不可缺少的部分。

一個完整的制冷系統(tǒng)通常包含四個部分：蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機和節(jié)流閥，液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻的物體熱量之后，汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣)放熱，冷凝為高壓液體、經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流為低壓低溫的制冷劑、再次進入蒸發(fā)器吸熱汽化，達到循環(huán)制冷的目的。這樣，制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四個基本過程完成一個制冷循環(huán)。

總體結構

冷凝器是散熱機件，盡管根據(jù)不同的分類標準分為不同的類型，不同的類型又有各自對應的結構，但在總體結構上有相同性。相同內(nèi)容包含：將壓縮機吸入的熱交換氣體流入一根長長的管子（通常盤成螺線管），讓熱量散失到四周的空氣或水等介質(zhì)中。因為銅之類的金屬導熱性能強，常用于輸送熱交換氣體。為提高冷凝器的效率經(jīng)常在管道上附加熱傳導性能優(yōu)異的散熱片，往往加大散熱面積，以加速散熱，并通過風機等輔助裝置加快空氣等介質(zhì)的對流，盡快把熱量帶走，并最終將熱交換氣體或蒸汽冷卻成液體。

基本分類

冷凝器按其冷卻介質(zhì)和冷卻方式，可以分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三種類型。其中空氣冷卻式冷凝器系用于氟利昂制冷裝置在供水不便或困難的地區(qū)，這類冷凝器的耗水量很少，特別適用于空氣干燥、水質(zhì)、水溫低而水量不充裕的地區(qū)。

水冷式冷凝器

用水作為冷卻介質(zhì)，使高溫、高壓的氣態(tài)制冷劑冷凝的設備稱為水冷式冷凝器。由于自然界中水溫一般比較低，因此水冷式冷凝器的冷凝溫度較低，這對壓縮機的制冷能力和運行經(jīng)濟性都比較有利。目前制冷裝置中大多采用水冷式冷凝器，所用的冷卻水可以一次流過，也可以循環(huán)使用。當使用循環(huán)水時，需建有冷卻水塔或冷卻水池，使離開冷凝器的水再冷卻，以便重復使用。

常用的水冷式冷凝器有立式殼管式冷凝器、臥式殼管式冷凝器及套管式冷凝器等形式。

立式殼管式冷凝器

這種冷凝器直立安裝，只用于大、中型氨制冷裝置，其結構如圖所示。其外殼是由鋼板卷焊而成的大圓筒，上下兩端各焊一塊多孔管板，板上用脹管法或接法固定著許多無縫鋼管。冷凝器頂部裝有配水箱，箱中設有均水板。冷卻水自頂部進入水箱后，被均勻地分配到各個管口，每端裝有一個帶的導嘴，如圖。冷卻水通過斜槽沿切線方向流入管中，并以螺旋線狀沿管內(nèi)壁向下流動，在管內(nèi)壁形成一層水膜，這樣可使冷卻水充分吸收制冷劑的熱量而節(jié)省水量。沿管壁順流而下的冷卻水流入冷凝器下部的鋼筋混凝土水池內(nèi)。通常在冷凝器的一側(cè)需裝設扶梯，便于攀登到配水箱進行檢查和清除污垢。

高溫高壓的氨氣從冷凝器上部管接頭進入管束外部空間，凝結成的高壓液體從下部管接頭排至貯液器。此外，在冷凝器的外殼上還設有液面指示器、壓力表、安全閥、放空氣管、平衡管(即均壓管)管和放混合氣(即凝性體)等管接頭，以便與相應的設備和管路相連接。

立式殼管式冷凝器的優(yōu)點是，可裝在室外，垂直安裝，占地面積小，無凍結危險，傳熱管容易清除水垢，而且清洗時不必停止制冷系統(tǒng)的運行，對冷卻水水質(zhì)要求不高。主要缺點是耗水量大、體積較臥式大、笨重、搬運不方便，制冷劑在管里泄漏不易發(fā)現(xiàn)。

臥式殼管式冷凝器

臥式殼管式冷凝器簡稱為臥式冷凝器。臥式殼管式冷凝器的結構如圖所示。這種冷凝器一般應用在大、中、小型制冷裝置中，特別是壓縮式冷凝機組中使用最為廣泛。

臥式殼管式冷凝器簡體由無縫鋼管割制而成或由鋼板卷制后焊接而成，殼體內(nèi)裝有許多根無縫鋼管，用焊接或脹接法固定在筒體兩端的管板上，兩端管板的外面用帶有隔板的封蓋封閉，使冷卻水在簡內(nèi)分成幾個流程。冷卻水在管內(nèi)流動，從一端封蓋的下部進人按順序通過每個管組，最后從同一端蓋上部流出。這樣可以提高冷卻水的流動速度，增強傳熱效果。

高壓高溫的氨氣從上部進人冷凝器管間，與管內(nèi)冷卻水充分發(fā)生熱量交換后，氨氣冷凝為氨液從下部排至貯液器。簡體上設有安全閥、平衡管、放空氣管和壓力表、冷卻水進出口等管接頭。此外，在封蓋上還設有放空氣閥和放水閥，在冷凝器開始運轉(zhuǎn)時，可打開放空氣閥，以排除冷卻水管內(nèi)的空氣，冷凝器檢修或停止運轉(zhuǎn)時，可利用放水閥將其冷卻水排出。臥式殼管式冷凝器主要優(yōu)點是傳熱效果比立式殼管式冷凝器好，耗水量較少，操作管理方便，容易小型化，容易和其他設備組裝;缺點是冷卻水質(zhì)要求高，冷卻管容易腐蝕清洗水垢時不太方便，需要停止冷凝器的工作。

氟利昂用臥式殼管式冷凝器與氨用臥式殼管式冷凝器不同之處在于用銅管代替無縫鋼管。由于利昂側(cè)放熱系數(shù)較低，所以在銅管外表面軋成肋片狀;此外，由于利昂能和潤滑油相溶解，潤滑油隨氟利昂一起在整個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，所以不需要設放油管接頭。

冷凝器的下側(cè)還設有一個安全塞，它是用易熔合金制成，當遇火災或嚴重缺水時，熔塞自行熔化，氟利昂能自動地從冷凝器排出，避免發(fā)生爆炸。

套式冷凝器

套管式冷凝器主要用于小型氟利昂空調(diào)機組，例如柜式空調(diào)機、恒溫恒濕機組等，且單機制冷量一般小于 25kW。其構造見附圖。它的外管采用?50 無縫鋼管，內(nèi)管套有一根或幾根銅管或低肋銅管，內(nèi)外管套在一起后，用彎管機彎成圓螺旋形。

冷卻水在內(nèi)管流動，流向為下進上出;制冷劑在大管內(nèi)小管外的管間流動，制冷劑由上部進入，凝結后的制冷劑液體從下面流出。制冷劑與冷卻水的流動方向相反，呈逆流換熱，因此，它的熱傳效果好。

套管式冷凝器可以套放在壓縮機的周圍，所以它的優(yōu)點是占地面積少，體積小，結構簡單，制造方便，傳熱系數(shù)較高;缺點是冷卻水流動阻力大，清洗水垢不方便，單位傳熱面積的金屬消耗最大。

風冷式冷凝器

風冷式冷凝器又稱空冷式冷凝器。它是用空氣作為冷卻介質(zhì)，使制冷劑蒸氣冷凝為液體。根據(jù)空氣流動的方式可分為自然對流式和強迫對流式。自然對流冷卻的空冷式冷凝器傳熱效果差，只用在電冰箱或微型制冷機中，強迫對流冷卻的冷凝器廣泛應用于中小型氟利昂制冷和空調(diào)裝置。空氣冷卻式冷凝器一般多為蛇管式，制冷劑蒸氣在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流過。

自然對流空冷式冷凝器

自然對流空氣冷卻式冷凝器包括平板式、百葉窗式和鋼絲式三種結構型式。它依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑冷凝放出的熱量帶走。上圖為幾種不同結構形式的自然對流空氣冷卻式冷凝器，其冷凝管多為紫銅管或表面鍍銅的特制鋼管，管外通常做有各形式的肋片。這種冷凝器的換熱系數(shù)很小，約為5~10W/(m2·K)，其冷凝管多由紫銅管或表面鍍銅的特制鋼管制成，管子的外徑5～8 mm，管外通常作有各種型式的肋片。有的將金屬絲環(huán)繞在管外，形成百葉窗式或鋼絲式冷凝器，以增強傳熱效果。它主要用于家用冰箱和微型制冷裝置。

強迫對流空冷式冷凝器

上圖為強迫對流空氣冷式冷凝器的結構圖。它是由幾組蛇形盤管組成。在盤管外加肋片，以增大空氣側(cè)換熱面積，同時采用風機加速空氣的流動。氟利昂蒸氣從上部的分配集管進入每根蛇管中，凝結成液體沿蛇管流下，匯于液體集管中，然后流出冷凝器。空氣在風機的作用下從管外流過。

沿空氣流動方向，蛇管的排數(shù)與風機形式有關，小型冷凝器一般為 3~6 排。蛇管一般用直徑較小的鋼管 (?10×1 ~ ?16×1)制成。管外肋片多為套片式，肋片多用0.2~0.3mm的銅片或鋁片制成，肋間距2~4mm。每根的長度不宜過長否則管的后部被液體充滿，影響換熱效果。

這種冷凝器的換熱系數(shù)不高，當迎面風速為 2~3m/s 時，按全部外表面計算的換熱系數(shù)約24~29 W/(m2·K)。空冷式冷凝器和水冷式冷凝器相比較，其優(yōu)點是可以不用水，使冷卻系統(tǒng)變得十分簡單，因此它特別適宜于缺水地區(qū)或用水不適合的場所 (如冰箱、冷藏車等)。一情況下它不受污染空氣的影響(即一般不會產(chǎn)生腐蝕);而水式冷凝用冷卻塔的循環(huán)水時則水有被污染的可能，進而腐蝕設備。

這種冷凝器的冷凝溫度受環(huán)境溫度影響很大。夏季的冷凝溫度可高達 50攝氏度左右，而冬季的冷凝溫度就很低。太低的冷凝壓力會導致膨脹閥的液體通過量減小，使蒸發(fā)器缺液而制冷量下降。因此，應注意防止空冷式冷凝器冬季運行時壓力過低，也可采用減少風量或停止風機運行等措施彌補。

蒸發(fā)式冷凝器

在蒸發(fā)式冷凝器中是以水和空氣作為冷卻介質(zhì)。它是利用冷卻水噴淋時蒸發(fā)吸熱，吸收高壓制冷劑蒸氣的熱量，同時利用軸流風機使空氣由下而上通過蛇形管使管內(nèi)制冷劑氣體冷凝為液體。根據(jù)蒸發(fā)冷凝器中軸流風機安裝的位置不同可分為吸入式和壓送式，風機設在盤管上部稱為吸式;設在盤下部者，為送式。其構造見上圖，由熱盤管、供水噴淋系統(tǒng)和風機三部分組成。

換熱盤管部分是由光管或肋管組成的蛇形組，每列蛇形管垂直布置，上端與進氣集管相接，下端與出液集管相連。整個管組是安裝在一立式箱體內(nèi)的上半部，制冷劑蒸氣由上部的進氣管分配給每一根蛇形管，與冷卻介質(zhì)換熱后制冷劑冷凝為液體經(jīng)出液集管流人貯液器。

供水系統(tǒng)包括水箱、循環(huán)水泵、噴淋器和擋水板以及水管。水泵將水箱中的冷卻水打到管組的上方，經(jīng)噴嘴噴淋到管組的表面，使其形成均勻的水膜向下流動，最后落入箱體底部的水箱中，如此循環(huán)。上部擋水板的作用是降低冷卻水隨氣流的飛散損耗這兩種形式的冷凝器都是蛇形盤管的傳熱面，管內(nèi)走制冷劑，臂外噴淋循環(huán)水，水吸收高壓高溫制冷劑蒸氣的熱量而蒸發(fā)，而空氣自下而上掠過盤管，并帶走蒸發(fā)的水分，上部的擋水板，防止未蒸發(fā)的水滴被空氣帶走。吸人式蒸發(fā)式冷凝器由于空氣均勻地通過冷凝盤管，所以傳熱效果好，但風機電動機的工作條件惡劣，在高溫高濕條件下運行，易發(fā)生故障。壓送式蒸發(fā)式冷凝器風機電動機的工作條件好，但空氣通過冷凝盤管不太均勻。

蒸發(fā)式冷凝器的優(yōu)點是:

蒸發(fā)式冷凝器的缺點是:

蒸發(fā)式冷凝器適用于缺水地區(qū)，可以露天安裝，廣泛應用于中小型氨制冷系統(tǒng)。淋激式冷凝器的工作原理與蒸發(fā)式冷凝器相同，只是沒有風機，冷卻水在管外氣化產(chǎn)生的水蒸氣被自由運動的空氣帶走，換熱效果較差。由于金屬耗量大，占地面積大，所以淋激式冷凝器目前已很少使用和生產(chǎn)。

制冷劑

通過工作原理章節(jié)內(nèi)容可以得知，在制冷裝置中，必須要有工質(zhì)在其中進行狀態(tài)變化并完成熱力循環(huán)過程，制冷裝置才能連續(xù)、穩(wěn)定地向外界供冷，該循環(huán)工質(zhì)即稱制冷劑。目前，可用作制冷劑的物質(zhì)有幾十種，但在普通制冷范圍 (5 ~-120℃) 所用的制冷劑只有十兒種，而在一般空調(diào)制冷系統(tǒng)中所用的制冷劑僅有幾種。

CF2Cl2

氟里昂12(CF2Cl2)代號R12 氟里昂12是一種無色、無臭、透明、幾乎無毒性的制冷劑，但空氣中含量超過80%時會引起人的窒息。氟里昂12不會燃燒也不會爆炸，當與明火接觸或溫度達到400℃以上時，能分解出對人體有害的氟化氫、氯化氫和氧氯化碳(CoCl2)。 R12是應用較廣泛的中溫制冷劑，適用于中小型制冷系統(tǒng)，如電冰箱、冰柜等。R12能溶解多種有機物，所以不能使用一般的橡皮墊片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡膠或丁睛橡膠片或密封圈。

CHF2Cl

氟里昂22(CHF2Cl)代號制冷劑R22 R22不燃燒也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度雖比R12大，但仍可能使制冷系統(tǒng)發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。R22能部分地與潤滑油互相溶解，其溶解度隨著潤滑油的種類及溫度而改變，故采用R22的制冷系統(tǒng)必須有回油措施。

R22在標準大氣壓力下的對應蒸發(fā)溫度為-40.8℃，常溫下冷凝壓力不超過15.68×105 Pa，單位容積制冷量與比R12大60%以上。在空調(diào)設備中，大都選用制冷劑R22制冷劑。

CHF2F3

四氟乙烷四氟乙烷（ch2fcf3)代號R13是一種無毒無污染安全性最高的制冷劑。TLV 1000pm,GWP 1300，廣泛應用于制冷設備中。特別是對制冷劑要求高的儀器中。

應用領域

目前冷凝器市場主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、制冷空調(diào)、機械、食品、制藥等領域。

空調(diào)和制冷系統(tǒng)

冷凝器是空調(diào)和制冷系統(tǒng)中必不可少的部分。冷凝器用于將蒸汽或氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，從而實現(xiàn)冷卻。這樣可以使空調(diào)和制冷系統(tǒng)保持良好的工作狀態(tài)，并確保它們能夠持續(xù)地工作。

發(fā)電廠

冷凝器在發(fā)電廠中也有著重要的作用。在這些系統(tǒng)中，冷凝器用于將蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)。這樣可以使發(fā)電廠的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并確保發(fā)電機的正常工作。

化工工業(yè)

在化工工業(yè)中，冷凝器用于控制化學反應的溫度。當化學反應過程中產(chǎn)生的熱量過多時，冷凝器可以將多余的熱量從反應器中移除，從而確保反應的穩(wěn)定性。

石油和天然氣行業(yè)

在石油和天然氣行業(yè)中，冷凝器用于將天然氣中的液態(tài)烴分離出來。這些烴類物質(zhì)可以被用于制造化學品或作為燃料。

食品加工行業(yè)

在食品加工行業(yè)中，冷凝器用于將蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，從而冷卻或凝固食品。這可以使食品保持新鮮，并確保其味道和口感。

除上面舉例介紹以外，在冶金、船舶、機械、醫(yī)藥等領域，冷凝器也有廣泛應用。

發(fā)展趨勢

冷凝器下游可應用范圍廣泛，市場需求不斷增長。凡是在生產(chǎn)工藝過程中有加熱、冷卻或冷凝需求的行業(yè)，都需要用到冷凝器。冷凝器于20世紀20年代開始發(fā)展，60年代之后，隨著科學發(fā)展、技術進步，冷凝器制造工藝不斷完善，應用領域不斷拓寬。21世紀，需要運用冷凝器的行業(yè)不斷增多，推動冷凝器行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力、技術工藝水平快速進步。

我國冷凝器行業(yè)主要面臨的挑戰(zhàn)有：

現(xiàn)階段，在節(jié)能減排戰(zhàn)略背景下，冷凝器行業(yè)的發(fā)展方向為：