コンデンサーの種類と動作原理

コンデンサーは冷凍装置の主要な熱交換装置の 1 つです。その役割は、高圧の過熱した冷媒蒸気をコンプレッサーから排出することです。この蒸気を通じて熱が環境媒体に放出され、冷却され、飽和液体、さらには過冷却液体に凝縮されます。

凝縮器は使用する冷却媒体と冷却方式の違いにより、水冷式、空冷式、水空冷式の3種類があります。

凝縮器冷却モード:

空冷、水冷、蒸発冷却（水空冷）

空冷コンデンサーのパイプ外の空気の流れモードによると、次のようになります。

自然対流空冷コンデンサー、強制対流空冷コンデンサー

まずは水冷コンデンサー

このタイプのコンデンサーは、冷媒が凝縮するときに放出される熱を奪うための冷却媒体として水を使用します。冷却水は一度だけ使用することも、リサイクルすることもできます。

循環水を使用する場合は、水を常に冷却できるように冷却塔や冷水プールを設置する必要があります。構造の違いにより、主にシェルアンドチューブ式とチューブ式およびプレート式熱交換器が使用されています。

横型シェルアンドチューブコンデンサー

1. シェルアンドチューブコンデンサー:

冷凍装置にはさまざまな冷媒が使用されており、構造上の特徴も異なります。一般に、垂直シェルアンドチューブ凝縮器は大型アンモニア冷凍ユニットに適しており、水平シェルアンドチューブ凝縮器は一般に大型および中型アンモニアまたはフレオン冷凍ユニットに使用されます。管板と伝熱管は、伝熱管の修理や交換を容易にするために、拡張法により固定されるのが一般的である。

2. 水平シェルアンドチューブコンデンサーの特徴:

熱伝達率が高く、冷却水の消費量が少なく、操作と管理が簡単。しかし、冷却水の水質要求は高い。この種の装置は現在、大型および中型の冷凍ユニットで広く使用されています。

縦型シェルアンドチューブコンデンサー

1 – 液体出口パイプ;2 — 圧力計コネクタ;3 – インテークパイプ;4 – 配水タンク。5 – 安全弁ジョイント;6 – 均圧パイプ。7 – 空のパイプ。8 — チューブ

3.ケーシングコンデンサー:

異なる直径のチューブをせん断し、らせん状または蛇状に曲げて作られた水冷コンデンサーです。図に示すように、冷媒蒸気はスリーブ間で凝縮し、凝縮液は下方から抜き出されます。冷却水は細径パイプ内をボトムアップに流れ、冷媒と対向流となるため、熱伝達効果が優れています。

チューブコンデンサー

4. プレートコンデンサー:

プレートコンデンサーは一連のステンレス鋼の波板でできており、伝熱板の両側に冷温流体の流路を形成し、流動過程で板壁を介して熱伝達を行います。

伝熱板の厚さは約0.5mm、板間隔は一般に2～5mmです。

プレート式熱交換器は、体積が小さく、軽量で伝熱効率が高く、冷媒の使用量が少なく、信頼性が高いため、近年広く使用されています。しかし、その内部容積は小さく、凝縮した液体冷媒は適時に除去する必要があり、冷却水の品質要件は高く、洗浄が難しく、内部漏れの修理は簡単ではありません。

冷却水は上下し、上から冷媒蒸気が入り、下から液冷媒が流出します。

2、空冷コンデンサー

凝縮器は冷却媒体として空気を使用します。冷媒はパイプ内で凝縮し、パイプの外に空気が流れてパイプ内の冷媒蒸気が放出する熱を吸収します。空気の熱伝達係数が低いため、チューブの外側の熱伝達を高めるためにフィンがチューブの外側（空気側）に設置されることがよくあります。エアフリーフローとエア強制フローの2種類があります。

1. 空気が自由に流れる空冷コンデンサー:

コンデンサーは、チューブの外側を流れる空気を利用して、冷媒から放出される熱を吸収します。密度の変化により空気の自由な流れが生じ、冷媒蒸気の凝縮熱が常に奪われます。ファンを必要とせず、騒音もないため、小型の冷凍ユニットでよく使用されます。下の図に示すように:

強制空気流による空冷コンデンサー: 下図に示すように、フィン付きの蛇行管を 1 セット以上組み合わせて構成されます。冷媒蒸気は上部コレクターからスネークチューブに入り、チューブの外側のフィンは空気側の熱伝達を強化し、空気表面の低い熱伝達係数を補うために使用されます。

構造上、空気の流れ方向にチューブの列が増えると、後列の熱伝達が小さくなり、熱伝達能力を十分に発揮できなくなります。熱交換面積の利用率を向上させるには、パイプの列を4〜6列にするのが良いでしょう。

2. 空冷コンデンサーと水冷コンデンサーの比較:

(1) 冷却水が十分に確保できる場所では、水冷装置は空冷装置に比べて初期投資や運用コストが安くなります。

(2) 夏は外気温度が高いため、結露温度は通常 50℃に達することがあります。℃。同じ冷却能力を得るには、空冷機器の冷凍機圧縮機の能力を約15％向上させる必要がありますが、

（３）空冷凝縮器を用いた冷凍装置システムはシンプルであり、水不足を解消できる。

3、蒸発凝縮器

1. 蒸発凝縮器:

冷却媒体として水と空気を使用します。水の蒸発を利用して熱を吸収し、パイプ内の冷媒蒸気を凝縮させます。水をポンプで汲み上げ、ノズルから伝熱管の外表面に噴霧して水膜を形成します。水を吸収した熱の一部は蒸発して水蒸気となり、凝縮器に入る空気によって奪われます。

蒸発しなかった水滴は下のプールに落ちます。ボックス本体の上にはウォーターバッフルが配置されています。水滴が空気中に逃げるのを防ぐために使用されます。蒸発凝縮器の構造原理を図に示します。

2.蒸発凝縮器の特性:

（１）水の蒸発を利用して凝縮熱を除去するため、消費される冷却水は失われた水の再充填のみであり、冷却水の消費量は少ない。

(2) 蒸発凝縮器の入口空気湿球温度は熱交換に大きな影響を与えます。凝縮温度と風量が同じ場合、入口湿球温度が低いほど冷却水の蒸発が多くなり、凝縮効果が高くなります。

(3)蒸発凝縮器は使用水量が少なく、空冷式に比べ必要空気量が1/2以下で済むため、特に水不足の乾燥地帯に最適です。