冷冻式干燥机简介

（预冷器与蒸发器）

1预冷器在冷干机中起什么作用? 

答：  严格讲来，预冷器并不是冷冻干燥机的必 备部件，但它在冷干机运行中又起很大的作用。预冷器在冷干机里的主要作用是“回收”被蒸发器冷却后的压缩空气所携带的冷量(对绝大多数用户来讲这部分冷量属“废冷”)，并用这部分冷量来冷却携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气．从而减轻了冷干机制冷系统的热负荷，达到节约能源的目的。另一方面，低温压缩空气在预冷器里温度得到回升，使排气管道外壁不致因温度过低而出现讨厌的挂露现象。此外，压缩空气温度升高后．降低了管道内空气的相对湿度(可达φ=5—10％)。根据金属锈蚀理论，当环境相对湿度低于临界点(φ=40％)时，金属管道生锈现象便会停止。所以，现在冷干机中都设有预冷器。

2没有预冷器的冷干机可以用吗? 

答：  有些用户需要含水量低而且温度也低的压缩空气，这时冷干机就可不再设置预冷器了。由于不设置预冷器，冷空气的冷量得不到回收利用，蒸发器热负荷会增加很多。在这种情况下，不仅需要大制冷压缩机的功率来进行能量补偿，而且对整个制冷系统的其它部件(蒸发器、冷凝器及节流元器件)都需要进行核算。

3在预冷器中冷、热空气升降温幅度是否相等? 

答：在预冷器中．冷、热压缩空气进行热质交换，所交换的总热量是相等的。但饱和热气流在降温过程中发生相变．出现凝结水这个过程要消耗一部分冷量。而冷气流在热交换过程中所吸收到的热量全部用于升温，因此冷、热气流的温度变化幅度是不相同的．其规律是热气流降温幅度比冷气流升温幅度要小。譬如在某种工况下．热空气由40℃降至28℃，降幅为12℃，而冷空气可由5℃升至24℃，升幅可到达19℃。

4冷干机的排气温度能有多高? 

答：  从能量利用角度讲，我们总希望冷干机排气温度越高越好，能与进气温度相同，此时“废冷”为零。但实际上是达不到这一点的，冷干机进、出气温相差15℃以上的情况并不鲜见。这是因为：①能量在传递、交换过程中，不可避免会有损失；②本身温度不高、温差不大的同质气体在间壁对流传热中(特别在顺流传热时)传热系数不大；③在热交换过程中饱和热气流的降温必然伴随产生相变．其所吸收到的全部冷量中必有一部分用来支付相变潜热，从而热气流温度降幅受到限制。这反过来又限制了冷气流温度的升高(在顺流传热时尤其如此).

5冷干机排气温度过高有何原因? 

答：  冷干机排气温度过高有时是不正常的，引起原因有：①压缩空气进行温度过高或流量过大；②制冷系统工况发生变化．引起玲媒蒸发温度升高，使压缩空气在蒸发器量得不到足够冷却;③预冷器管道外壁散热量太大。

6冷干机排气温度过低是何原因? 

答：冷干机排气温度过低原因有：①预冷器热变换面积不够而蒸发器制冷量有余,②压缩空气进气温度较低或流量太小；③制冷系统工况发生变化，使冷媒蒸发压力低于正常值。

7预冷器有没有单独设置于自动排水器的必要? 

答：在预冷器里饱和湿热空气在降温过程有凝结水析出。而且由于进人预冷器的压缩空气温度较高．含水量也多，所以在热交换过程中预冷器中有很多凝结水析出。因此在预冷器上单独设置一只自动排水器让一部分凝结水先行排出机外，可以减轻蒸发器的热负荷，在大型冷干机中尤其应当这样做。

8预冷器中的折流挡板起什么作用? 

答：在冷干机的预冷器里，都设置有数量不等的折流挡板．作用有四个：①用以改变进入冷干机的压缩空气流线，使之由平流变为紊流。以增强冷热气流间的对流换热强度；②在气流运动过程中．细小的凝结水滴由于不断碰撞挡板而集聚长大，又由于运动方向的反复改变而产生离心效应。水珠在重力和惯性的双重作用下得以与空气分离；③可以延长冷、热空气在预冷器星的运动路径，延长接触时间。从而使热交换更充分；④可以改变冷热流对流方向，使顺向对流变成折向对流．提高对流换热系数。

9为什么预冷器铜管一般不用套翅片铜管? 

答：预冷器管程、壳程内流过的都是压缩空气，两者除了含水量不同外，其余物理性质特别是放热系数完全相同。没有必要通过增加单侧换热面积(如采用套翅片铜管)来提高传热系数．所以冷干机一般都采用内外表面积基本相同的光营或波纹管来作预冷器的换热管。

10预冷器换热铜管破裂对冷干机有何影响? 

答：在预冷器里，热湿空气沿壳程流入蒸发器，而由蒸发器出来的冷干空气经预冷器管程排出。压缩空气经过预冷器和蒸发器后会产生压力降，上游热湿空气的压力比下游冷干空气的压力高。如果铜管发生破裂，压力较高、含水量较大的热湿压缩空气就会直接从破裂处进入冷干空气管道．并在管内结露，所产生的凝结水会沿捷径排出机外，出现排气带水现象。

 11蒸发器在冷干机中起什么作用?

答：蒸发器是冷干机主要的换热部件。压缩空气在蒸发器中被强制冷却，其中大部分水蒸气冷却而凝结成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。在蒸发器中进行的是空气与冷媒低压蒸汽之间的对流热质交换，通过节流装置后的低压冷媒液体，在蒸发器里发生相变成为低压冷媒蒸汽，在相变过程中吸收周围热量，从而使压缩空气降温。

12冷干机蒸发器的热负荷是由哪几部分组成的? 

答：计算蒸发器热负荷是设计冷干机制冷系统的依据，是冷干机热工计算重要的一环。要计算蒸发器热负荷，须先确定下列三个参量：①被处理的压缩空气质量流量m(通常按空气标准状态时lNm3／min计算)；②压缩空气进入蒸发器时的温度t1(℃)；③空气在蒸发器里终将冷却到的温度t2(℃)，在实际计算中，t2往往用“压力露点”期望值来代替。

   饱和压缩空气在蒸发器里温度从t1降到t2放出的热量(也即吸收的冷量)由下列三部分组成：①温度从tl降至t2时，压缩空气中干空气所放出的热量q1；②温度从t1至t2时压缩空气中所含的水蒸气所放出的热量q2；③温度从t1降至t2时凝结水量的相变潜热q3。蒸发器的热负荷Q就是上述三者之和。

13压缩空气在蒸发器中温度是怎样变化的? 

答：来自冷干机预冷器的压缩空气(已经被预先脱了一部分水，但含水量还相当大)进入蒸发器后在壳程中运动，曲折前进过程中与蒸发器管程内的低温冷媒蒸汽进行对流热交换。管内冷媒液体吸热沸腾(通称蒸发)成冷媒蒸汽是相变过程，在冷媒液体完全相变成气体之前，蒸发压力保持不变。蒸发温度也保持不变，压缩空气在热交换过程中温度会越来越接近冷媒液体的蒸发温度。但由于受到冷干机结构限制蒸发器换热面积不可能无限增 大，压缩空气与冷媒蒸汽之间的传热温差总是存在的。因此压缩空气所能达到的冷却温度，在任何时候也不可能等于或低于蒸发温度。

14蒸发器铜管外缘为什么要套翅片? 

答：由于冷干机蒸发器里进行的是热力学性质截然不同的压缩空气与冷媒蒸汽之间的对流热交换。这两种气体的放热系数相差十多倍；为了尽可能获得较高的传热效果，须加大放热系数小的介质一侧(这里是压缩空气)的换热面积。因此在冷干机蒸发器铜管外壁(即与压缩空气接触一侧)要采用加大面积、强化换热的措施．采用轧齿铜管或肋片管等就是为了达到这个且的的有效办法。

15压缩空气在蒸发器里的温度取决于什么? 
答：蒸发器是冷干机里温度低的地方。且蒸发温度与蒸发压力相对应，蒸发压力低，蒸发温度也低。压缩空气在蒸发器里与管内冷媒的蒸发温度进行对流热交换，由于管内低压冷媒液体在蒸发过程中作等温吸热，因此管外压缩空气在流动过程中温度是逐步降低的；空气冷却到的温度取决于多种因素，例如：冷媒液体的蒸发温度、蒸发器换热面积、压缩空气流线形态(平流还是紊流)、空气流速等。这些都是在设计中一一确定。在蒸发温度一定条件下，蒸发器的换热面积对压缩空气温度的影响大。换热面积大，空气温度与蒸发温度的温差就小。从理论上讲，只要蒸发器的换热面积足够大，压缩空气的冷却温度可以无限接近管内冷媒液体的蒸发温度，但实际上是不可能做到的。在冷干机现实条件下，压缩空气的冷却温度(即理论“压力露点”)比蒸发温度高3～5℃是经常有的。

16蒸发温度过高是什么原因引起的?有何危害? 

答：蒸发温度是随蒸发压力增高而升高的。引起蒸发压力增高的原因有：①冷干机负荷超过额定值；②压缩空气的工作压力过低；③进入冷干机的压缩温度过高；④冷媒系统有问题，如：膨胀阀开启过大冷媒液体充入量过多、冷凝器散热不良导致冷凝压力过高等；⑤压缩机有问题。蒸发温度过高，将导致压缩空气露点升高，出现除水不尽、排气带水等现象。

17蒸发温度过低是什么原因引起的? 

答：蒸发温度过低．反映在蒸发压力低于正常数值。如果排除设计制作中固有的弊病(如蒸发器换热面积太小，压缩机选得太大或系统冷媒灌注不足等)，运行中引起的原因的：①毛细管或膨胀阀有堵塞现象或开启太小，使冷媒供液量不足；②冷干机负荷太小；③蒸发器铜管表面结霜影响传热；④压缩空气含油量过大，在铜管表面蒙上一层油垢影响传热；⑤冷媒系统有慢性泄漏。

18冷干机蒸发温度为什么不能很低? 

答：冷干机在正常情况下。蒸发器表面有一层膜状冷凝水存在。在计算蒸发器冷负荷时已经考虑到这一情况。如果蒸发温度降得很低，使换热铜管表面温度在零度以下，水蒸气就会在铜管表面凝结成霜．由此产生的问题是：①水蒸气“升华为霜”比“凝结为霜”要多吸收约15％的冷量；②霜的热导率只有水的l／4．使管外空气不能充分冷却，而同时管内蒸发温度却有进一步降低的趋势。如此循环的结果，必将给制冷系统带来许多不良后果(譬如产生“液压缩”)；③从空气流通途径讲,霜的存在会使空气阻力增加．使供气压力降低，严重时甚至会使气路堵塞；④从系统能耗来讲．蒸发温度过低导致压缩机制冷系数大幅下降，能耗增加。

   所以含湿量很大的压缩空气进入冷干机工作时．冷媒在管内蒸发温度至少应保证蒸发器铜管表面温度在零度以上。试图通过定时化霜的办法来降低蒸发温度，冷干机是不能接受的。

19如何防止蒸发温度过低? 

答：为了防止蒸发温度过低，冷干机里设置了能量旁路保护。当冷媒蒸发压力低到一定值时，作热量补充用的热气旁路阀自动打开(开度增 大)，将冷凝器中的高压高温冷媒蒸汽直接注入蒸发器使蒸发压力提升到正常水平。

20如何确定蒸发器和预冷器里凝结水水量? 

答：可用下式来确定蒸发器和预冷器的凝结水量

Q=m(dt-d2)·φ·60

Q-凝结水水量g／h

d1一压缩空气在进入蒸发器和预冷器时温度下的饱和含水量g／m3 

d2一压缩空气在离开蒸发器和预冷器时温度下的饱和含水量g／m3

φ-空压机吸气环境下的相对湿度(一般按100%计算) 

m一冷干机的处理气量Nm3／min

附录列出了压缩空气在各种工况下的吉水量值，可直接用来计算凝结水量。

21蒸发器铜管破裂会对冷干机带来什么影响? 

答：冷干机里，压力较高的压缩空气(一般在O．7MPa左右)走的是蒸发器壳程，压力较低的冷媒蒸汽(一般为O．4MPa左右)走的是蒸发器管程，壳程压力比管程压力高。冷干机在运行中如果发生蒸发器铜管破裂，压缩空气就会从破裂处侵入铜管，并随同冷媒蒸汽吸人压缩机，空气是一种不凝性气体，它存在于冷媒系统会使系统冷凝压力在很短时间内快速上升(但冷凝温度又不很高)，导致冷干机跳闸，严重时会使压缩机损坏。

   冷干机停止工作时，管内冷媒压力升高到与环境温度相对应的值，而蒸发器壳体中因无压缩空气通过，仅保持为大气压力。此时高压冷媒会很快从铜管破裂处泄漏。

   在实际工作中，蒸发器铜管发生破裂的现象并不罕见(通常由焊接不良、铜管本身缺陷、运输震动、脉冲气流冲击等原因引起的)，是冷干机的一种严重的内部故障，隐蔽性很强，现场又很难处理。所以，在制作、运输及使用过程中要特别当心。

22压缩空气在蒸发器里的流速对冷干机有没有影响? 

答：有资料介绍，在空气一氟里昂对流换热中，不同空气流速下的传热系数与空气流速比的 O．8次方成正比,空气流速高，传热系薮也大。因此适当增加压缩空气在蒸发器里的流速对传热是有利的。但流速增 大后。会导致空气压降增 大．所以在选取蒸发器筒体直径时，应当兼顾两者的关系。

23蒸发器里的折流档板有什么作用? 

答：蒸发器折流挡板所起的作用如同预冷器(见题5—9)。

24预冷器与蒸发器在冷干机中关系如何? 

答：  在冷干机里，蒸发器是吸收压缩空气热量(使之降温)的主要换热部件。同时它又以冷却后的压缩空气作载体，将部分冷量提供给预冷器，用来冷却温度更高的上游压缩空气，结果又使本身热负荷得以减轻。这种彼此串接供冷的效果是减少了系统对外界的能量需求。由于工质冷损的存在(以排出凝结水为主)，蒸发器不可能将所吸收到的冷量完全提供给预冷器；而预冷器里由于饱和热空气冷凝相变的存在也不可能将所吸收的冷量全部转化为热空气显温的降低。与其他制冷设备相比．这种复杂的冷量供需关系，是冷干机所特 有的。这也说明，在冷干机中制冷并不是工作的目的，而是为了达到减少空气含水量的中间手段。

25为什么冷干机蒸发器多为卧式? 

答：因为冷干机中进行的是压缩空气的冷凝换热。在水蒸气冷凝成水滴的过程中，首先要在铜管外壁形成一层水膜，卧式布置可使水膜成珠状下滴迅速更新换热表面。如果立式布置水滴就会沿铜管表面成帘状流动，帘状流动使水膜变厚影响传热，所以冷干机中蒸发器铜管多采用卧式布置。   

26卧式蒸发器有几种形式? 

答：根据制冷剂“内回路”的使用情况，卧式蒸发器可分“干式蒸发器”和“满液式蒸发器”两种。前者冷媒在管内沸腾(蒸发)，空气在管外流动，在冷干机中得到广泛的应用。满液式蒸发器中，冷媒液体在管外沸腾(蒸发)，被冷却的压缩空气在管内流动；冷媒液面将换热铜管全部浸没。满液式蒸发器在冷干机中用得较少，原因是：①不能通过采用外套片等方法来增加放热系数较小一侧的换热面积来增强换热效果；②冷媒氟里昂易溶于冷冻机油，且不易排除，会影响传热效果且影响回油，严重时导致压缩机缺油运行；③不能设置折流挡板来阻拦、集聚凝结水；④从铜管的受力来看，管内气体压力高于管外冷媒的蒸发压力，铜管容易张裂

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