冷凝器的種類(lèi)隨著工業(yè)發(fā)展而增加，早期的冷凝設(shè)備由于制造工藝和科學(xué)水平的限 制，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷凝面積小，體積較大，因此冷凝效率比較低，如夾套式和蛇管式等。 隨著制造工藝的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了一種單位體積設(shè)備所能提供的冷凝面積大、傳 熱效果好的冷凝器，稱(chēng)為管殼式或列管式冷凝器。由于它具有突出的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)在化 工生產(chǎn)中占據(jù)了主體地位。20世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了板式冷凝器，開(kāi)始在食品工業(yè)中應(yīng) 用于30年代末，瑞典制造出臺(tái)板殼式冷凝器，應(yīng)用于紙漿廠(chǎng)； 60年代初，由于制造工藝進(jìn)步，這些類(lèi)型的冷凝器得到了完善與發(fā)展，在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用也愈加廣泛。在這 個(gè)時(shí)期中，又相繼出現(xiàn)了一些其他新型冷凝器，使冷凝器的種類(lèi)更加多樣化。由于各種換熱器的作用、工作原理、結(jié)構(gòu)，以及其中工作的流體種類(lèi)、數(shù)量等差別很大，為了研究和使用的方便，通常根據(jù)其某個(gè)特征進(jìn)行分類(lèi)。
(1)按作用原理分類(lèi)
按作用原理，也即依據(jù)傳熱方式分類(lèi)，可以分成混合式冷凝器、蓄熱式冷凝器和間壁 式冷凝器。
①混合式冷凝器．又稱(chēng)直接接觸式。它是通過(guò)兩種冷凝流體的直接接觸與混合的作用來(lái)進(jìn)行熱 量交換的，必須使兩種流體的接觸面積盡可能大，以促進(jìn) 它們之問(wèn)的熱量交換。在實(shí)際操作中，為了獲得大的接觸 面積，可在設(shè)備中放置格柵或填料，有時(shí)也將液體噴成細(xì) 滴。此種冷凝器效率較高，冷水塔、冷卻塔、洗滌塔、電廠(chǎng)的除氧器、混合式減溫器等都屬于此類(lèi)。這里以工業(yè)上常用的冷水塔和混合式冷卻器為例，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)和原理。
冷水塔 冷水塔有很多種類(lèi)，根據(jù)循環(huán)水在塔內(nèi)是 否與空氣直接接觸，可分成千式、濕式。干式冷水塔是把 循環(huán)水送到安裝于冷卻塔中的散熱器內(nèi)被空氣冷卻，這種 塔多用于水源奇缺而不允許水分散失或循環(huán)水有特殊污染的情況。濕式冷水塔則讓水與空 氣直接接觸，把水中的熱傳給空氣，在這種塔中，水因蒸發(fā)而造成損耗，蒸發(fā)又使循環(huán)的 冷卻水含鹽度增加，為了穩(wěn)定水質(zhì)，必須排放掉一部分含鹽度較高的水，補(bǔ)充一定的新 水，因此濕式冷水塔要有補(bǔ)給水源。
在開(kāi)放式冷水塔中，利用風(fēng)力和空氣的自然對(duì) 流作用使空氣進(jìn)入冷水塔，其冷卻效果要受到風(fēng)力及風(fēng)向的影響，水的散失比其他型式的 冷水塔大。在風(fēng)筒式自然通風(fēng)冷水塔中，利用較大高度的風(fēng)筒，空氣形成的自然對(duì)流使空 氣流過(guò)塔內(nèi)與水接觸進(jìn)行傳熱，其特點(diǎn)是冷卻效果比較穩(wěn)定。在機(jī)械通風(fēng)冷水塔中，空氣 以鼓風(fēng)機(jī)送入，如圖1-2 (c)所示；或以抽風(fēng)機(jī)吸人，如圖1-2(d)所示，所以它具有冷卻 效果好和穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，它的淋水密度（指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)冷水塔的單位截面積的水 量）可遠(yuǎn)高于自然通風(fēng)冷水塔。按照熱質(zhì)交換區(qū)段水和空氣兩者流動(dòng)方向的不同，方向相 反的為逆流塔，方向垂直交叉的為橫流塔，如圖1-2 (e)所示。
各種形式的冷水塔結(jié)構(gòu)有所差異，但一般包括淋水裝置、配水系統(tǒng)、通風(fēng)筒三個(gè)主要 部件。淋水裝置也成為填料，作用是將進(jìn)冷水塔的熱水盡可能形成細(xì)小的水滴或水流膜， 以增加水和空氣的接觸面積，延長(zhǎng)接觸時(shí)間，促進(jìn)熱交換。其形式一般有點(diǎn)滴式、薄膜式 和點(diǎn)滴薄膜式三種；配水系統(tǒng)的作用是將熱水均勻地分配到整個(gè)淋水面積上，從而使淋水 裝置發(fā)揮較大的冷卻能力。常用的配水系統(tǒng)有槽式、管式和池式三種；通風(fēng)筒是冷水塔的 釙殼，氣流的通道，其作用是創(chuàng)造良好的空氣動(dòng)力條件，并將排出冷卻塔的濕熱空氣送往 高空，減少或避免濕熱空氣回流。自然通風(fēng)的通風(fēng)筒通常很高（可達(dá)150m以上），機(jī)械 通風(fēng)則較低（10m左右）。
混合式不銹鋼冷凝器
工業(yè)上常用的混合式冷凝器，其作用是使蒸汽與冷卻水直接接觸 過(guò)程中放出潛熱而被冷凝，這種冷凝方式只適用于冷凝液沒(méi)有回收價(jià)值或者對(duì)冷凝液純凈 度要求不高的場(chǎng)合，例如單效或多效蒸發(fā)裝置二次蒸汽的冷凝。
混合式冷凝器的類(lèi)型較多，現(xiàn)在廣泛使用的類(lèi)型有如以下的幾種。液柱式冷凝器，在其內(nèi)部安裝多塊圓缺形多孔淋水板，水從板的小孔以柱狀淋灑而下，以增大冷卻水和蒸汽的接觸面積。液膜式冷凝器，在其內(nèi)部有盤(pán)環(huán)間隔排列的淋水板，冷卻水從板上流下時(shí)形成液膜，蒸汽與液膜接觸時(shí)產(chǎn)生冷凝。填充式冷凝器，采用拉西環(huán)等作為填料，填充于塔體之內(nèi)，冷卻水沿填料表面下流，故填料表面即為 水和蒸汽的接觸場(chǎng)所，使蒸汽冷凝。共同特點(diǎn)是汽水為逆流方向，蒸汽都是由下而上流動(dòng)，兩相接觸時(shí)間長(zhǎng)，熱的交換充分，水的出口溫度高，可節(jié)約用水，且不凝氣溫度低，體積小，可節(jié)省抽汽設(shè)備動(dòng)力。噴射式冷凝器，其工作原理基于文丘里管，故冷卻水在人口必須具備一定壓力，以使噴管?chē)姵?之水呈霧狀，并將蒸汽吸人器內(nèi)進(jìn)行混合冷凝，同時(shí)夾帶不凝性氣體從下部流出。所以它具 有不需抽出不凝性氣體的優(yōu)點(diǎn)，但單位蒸汽冷凝量所用的冷卻水量較大。
蓄熱式冷凝器
又稱(chēng)再生式冷凝器，它借助固體構(gòu)件（填充物）組成的蓄熱體傳遞能量。在這類(lèi)冷凝器中，熱、冷流體依時(shí)間先后交替流過(guò)蓄熱體組成的流道，熱流體先 對(duì)蓄熱體加熱，把熱能儲(chǔ)存在蓄熱體中，隨即讓冷流體流過(guò)，從蓄熱體中帶走熱量，使蓄 熱體溫度降低。即蓄熱式冷凝器里所進(jìn)行的熱傳遞過(guò)程不是穩(wěn)態(tài)過(guò)程，而是被周而復(fù)始地 加熱和冷卻的過(guò)程，在此過(guò)程中溫度每時(shí)每刻都在變化。此類(lèi)冷凝器主要運(yùn)用于存在高溫 廢氣而又需獲得高溫預(yù)熱空氣的場(chǎng)合，例如高爐的熱風(fēng)爐及備式加熱爐，各類(lèi)空氣預(yù)熱器 等。
間壁式冷凝器
工業(yè)上應(yīng)用得較廣泛的就是間壁式冷凝器。。此類(lèi)冷凝器的主要特征是：冷、熱流體在各自流道中流 動(dòng)，被一固體壁面隔開(kāi)，彼此不相互接觸，熱量通過(guò)固體壁面?zhèn)?遞，因此特別適用于生產(chǎn)中介質(zhì)不容摻混的場(chǎng)合。間壁式冷凝器的 結(jié)構(gòu)型式非常多，常用的有管殼式冷凝器、套管式冷凝器、管式換熱器、板式冷凝器、板翅式冷凝器等。此類(lèi)冷凝器在“常用典型換 熱器的原理、結(jié)構(gòu)型式與應(yīng)用”一節(jié)中有詳細(xì)介紹，茲不贅述。
(2)按用途分類(lèi)
按用途可以把冷凝器分為：加熱器、預(yù)熱器、過(guò)熱器、蒸發(fā) 器、再沸器、冷卻器、深冷器等。
加熱器：用于把流體加熱到所需溫度，被加熱流體在此過(guò)程中 不發(fā)生相變。
預(yù)熱器：用于把流體預(yù)先加熱，為后面的工藝流程做準(zhǔn)備。
過(guò)熱器：用于把飽和蒸汽加熱至過(guò)熱狀態(tài)。
蒸發(fā)器：用于加熱液體使之蒸發(fā)汽化。
再沸器：用于把冷卻了的液體再度加熱沸騰。
冷凝器：用于把熱氣體冷卻使之相變成為液體。
冷卻器：用于把熱流體冷卻至需要的溫度。
深冷器：用于把熱流體冷卻至O℃以下的深低溫。
(3)按冷凝器傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)分類(lèi)
這種分類(lèi)用于區(qū)分各種型式、不同特征的間壁式冷凝器。其分類(lèi)有：
①通過(guò)管壁傳熱的冷凝囂即“管式”冷凝器，如蛇管式冷凝器、套管式冷凝器、 管殼式冷凝器等；
②通過(guò)板面?zhèn)鳠岬睦淠骷?ldquo;板面式”冷凝器，如螺旋板式冷凝器、板式冷凝器、傘板式冷凝器、板翅式冷凝器、板殼式冷凝器等；
③其他形式的冷凝器這些冷凝器都是為了滿(mǎn)足特殊要求而出現(xiàn)的，型式往往比較特殊，如回轉(zhuǎn)式冷凝器和熱管等。
(4)按材料分類(lèi)
按制造材料的不同可以把冷凝器分為金屬材料冷凝器、非金屬材料冷凝器和稀有金屬材料冷凝器。
金屬材料冷凝器在生產(chǎn)中的使用較為廣泛，大多數(shù)冷凝器材料是碳鋼冷凝器、不銹鋼冷凝器、鋁、 銅、鎳及其合金。但是在石油、化學(xué)、核動(dòng)力等工業(yè)中許多工藝要在高溫高壓、劇毒或深冷等條件下進(jìn)行，這時(shí)金屬材料冷凝器已經(jīng)不能滿(mǎn)足需要，而應(yīng)采用特殊材料的冷凝器。 使用得較多的材料是：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷和稀有金屬。
(5)按流體的相態(tài)分類(lèi)
按冷凝器中流體的相態(tài)分類(lèi)，可將冷凝器分為氣一液冷凝器、液一液冷凝器、氣一氣冷凝器三類(lèi)。
①氣一液冷凝器大部分的氣一液冷凝器大多都是管翅式緊湊冷凝器，液體走管內(nèi)。 散熱器是目前氣液冷凝器的主要形式，用空氣冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)夾套內(nèi)的水。類(lèi)似的單元設(shè)備在其 他例如汽車(chē)的水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)、火車(chē)機(jī)車(chē)、柴油機(jī)動(dòng)力設(shè)備和柴油機(jī)發(fā)電廠(chǎng)也會(huì)用到。其他的例子如飛行器的空氣冷卻器、空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器的中間冷卻器和后冷卻器。 通常，液體泵出后在管內(nèi)流動(dòng)，管子有很高的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，空氣以錯(cuò)流的方式流過(guò)管 子，空氣側(cè)的傳熱膜系數(shù)比液體側(cè)的要低。一般在管外增加翅片來(lái)強(qiáng)化傳熱。
②液一液冷凝器 大部分的液一液冷凝器都是管殼式的，板式的相對(duì)較少。兩種液體都 被泵送流經(jīng)冷凝器，所以冷凝的基本模式是強(qiáng)制對(duì)流。液體的密度相對(duì)較高，因此有很高的傳熱率，一般不用翅片或其他裝置來(lái)強(qiáng)化傳熱。在某些應(yīng)用中，也會(huì)用低翅片管、微翅 片管或其他傳熱強(qiáng)化措施來(lái)強(qiáng)化傳熱。
③氣一氣冷凝器 這種冷凝器用在尾氣一空氣預(yù)熱同流冷凝器、旋轉(zhuǎn)式再生器、中間冷卻器和或后冷卻器中，冷卻一些落地式的柴油動(dòng)力裝置、柴油機(jī)火車(chē)機(jī)車(chē)以及低溫氣體液化系統(tǒng)中的高負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)入口的空氣。很多情況下，一種氣體被壓縮，密度增大，而另一 種氣體則是低壓低密度狀態(tài)。相比液一液冷凝器，這種冷凝器的尺寸大很多，因?yàn)闅鈧?cè)的對(duì)流冷凝系數(shù)比液側(cè)的低。所以，多數(shù)采用二次傳熱畫(huà)來(lái)強(qiáng)化冷凝。
