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換熱器又稱熱交換器,是工業(yè)熱泵中必不可少的部分。熱泵設(shè)備的換熱器有蒸發(fā)器、冷凝器、蒸發(fā)-冷凝器、中間冷卻器、回?zé)崞鞯?,其中蒸發(fā)器和冷凝器的換熱效率對(duì)熱泵設(shè)備的性能有決定性的影響。
換熱器使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體,熱泵設(shè)備中蒸發(fā)器、冷凝器的熱量傳遞方向不同:工質(zhì)在蒸發(fā)器中汽化,從熱源吸熱,進(jìn)而在冷凝器中液化,向熱匯放熱。
根據(jù)換熱介質(zhì)不同,工業(yè)熱泵的換熱器的形式有所區(qū)別,主要可分為風(fēng)冷式換熱器、水冷式換熱器和蒸發(fā)式換熱器。風(fēng)冷式換熱器的主要代表是翅片管式換熱器。水冷式換熱器的主要代表是管殼式換熱器、板式換熱器、套管式換熱器。
翅片管式換熱器的基本傳熱元件為翅片管,由基管和翅片組合而成。翅片主要作用為增加換熱面積,往往盤繞在盤管表面,通常呈U型以適配殼體。同時(shí),為加快空氣流經(jīng)蒸發(fā)器,提高換熱效率,換熱器往往配有外機(jī)風(fēng)扇。翅片管式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、改造靈活、易于加工、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是應(yīng)用最廣泛的換熱器之一。為了降低能耗與提高換熱性能,目前翅片管式換熱器技術(shù)在朝著開發(fā)管翅材料、優(yōu)化加工工藝、設(shè)計(jì)新型流程結(jié)構(gòu)等方面發(fā)展,旨在提高換熱效率,減少所需換熱面積。
管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內(nèi)部裝有管束,管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),稱為管程流體;另一種在管外流動(dòng),稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。該換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、流通截面較寬、易于清洗水垢;但傳熱系數(shù)低、占地面積大。
板式換熱器由許多金屬板片貫疊連接而成,片與片之間采用焊接密封,形成傳熱板兩側(cè)的冷、熱流體通道,在流動(dòng)過程中通過板壁進(jìn)行熱交換。兩種流體在流道內(nèi)呈逆流式換熱態(tài)勢(shì),加之板片表面制成瘤形、波紋形、人字形等等各種形狀有利于破壞流體的層流膜層,在低速下產(chǎn)生旋渦,形成旺盛素流強(qiáng)化了傳熱作用。板片的各種形狀造就了板片間的許多支撐點(diǎn),使得可以承受3MPa左右壓力的換熱器板片厚度可減少到0.5mm左右(其板距一般為2~5mm),使其在相同負(fù)荷的情況下,體積僅為殼管式的1/3~1/6,重量只有殼管式的1/2~1/5,所需的工質(zhì)充注量?jī)H為其1/7。就水的換熱而言,在相同負(fù)荷同樣水速的條件下,傳熱系數(shù)為殼管式傳熱系數(shù)的2~5倍。板式換熱器具有體積小、重量輕、傳熱效率高、可靠性好、工藝過程簡(jiǎn)單、適合于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),但也存在易堵塞、壓力損失較大等缺點(diǎn)。
套管式換熱器的核心部分是由兩種不同直徑的直管套在一起組成的同心套管。換熱時(shí)一種流體走內(nèi)管,另一種流體走環(huán)隙,內(nèi)管的壁面為傳熱面。每一段套管稱為一程,程數(shù)可根據(jù)傳熱面積要求而增減。套管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高壓、傳熱面積可根據(jù)需要增減。其缺點(diǎn)是單位傳熱面積的金屬耗量大;套管接頭多,檢修清洗不方便。此類換熱器適用于高溫、高壓及小流量流體間的換熱。
水泵是整個(gè)工業(yè)熱泵循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)力輸配裝置,無(wú)論在空氣源、地源、水源還是余熱源熱泵中,對(duì)系統(tǒng)的能耗、制熱效果和用戶舒適性都起到影響作用。在工業(yè)熱泵應(yīng)用中,水泵主要分為屏蔽泵和離心泵。
屏蔽泵是一種無(wú)密封泵,泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被密封在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi),此壓力容器只有靜密封,并由一個(gè)電線組來(lái)提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。屏蔽泵具有結(jié)構(gòu)緊湊,振動(dòng)與噪聲較小,泵效率高,無(wú)泄漏的特點(diǎn)。屏蔽泵由于的定子與轉(zhuǎn)子間隙很小,所以要求輸送的水足夠干凈,否則可能會(huì)堵塞屏蔽間隙,影響泵的冷卻與潤(rùn)滑,導(dǎo)致燒壞電機(jī)。另外,使用屏蔽泵的系統(tǒng)必須有防凍措施,以保證低溫環(huán)境下水泵里的水不會(huì)發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象從而影響水泵的啟動(dòng)甚至導(dǎo)致?lián)p壞。
離心泵的基本構(gòu)造包括葉輪、泵體、泵軸、電機(jī)、軸承、密封環(huán)與填料函等。離心泵在泵殼和吸水管內(nèi)充滿水后啟動(dòng),電機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪和水做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),水發(fā)生離心運(yùn)動(dòng),被甩向葉輪外緣,經(jīng)蝸形泵殼的流道流入水泵的壓水管路。離心泵的優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、可高速運(yùn)行、經(jīng)久耐用、排液均勻無(wú)脈沖等,但是易發(fā)生氣縛和氣蝕現(xiàn)象,應(yīng)盡量避免。
工業(yè)熱泵用閥件主要包括截止閥、電子膨脹閥等。截止閥,也叫截門,是使用最廣泛的一種閥門之一。截止閥閉合時(shí)依靠閥杠壓力,使閥瓣密封面與閥座密封面緊密貼合,阻止介質(zhì)流通。它在開閉過程中密封面之間摩擦力小,比較耐用,開啟高度不大,制造容易,維修方便,不僅適用于中低壓,而且適用于高壓。但是其結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較大,流體阻力大,長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)密封可靠性不強(qiáng)。
電子膨脹閥是一種可按預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)進(jìn)入裝置的工質(zhì)流量的節(jié)流元件。它由步進(jìn)電機(jī)、閥芯、閥體、進(jìn)出液管等主要部件組成,通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),使閥芯下端的錐體部分在閥孔中上下移動(dòng),以此改變閥孔的流通面積,起到調(diào)節(jié)工質(zhì)流量的作用。在一些負(fù)荷變化較劇烈或運(yùn)行工況范圍較寬的場(chǎng)合,傳統(tǒng)的節(jié)流元件(如毛細(xì)管、熱力膨脹閥等)已不能滿足舒適性及節(jié)能方面的要求,電子膨脹閥結(jié)合壓縮機(jī)變?nèi)萘考夹g(shù)已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
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