Испарители

Как и у конденсаторов, большую группу образуют кожухотрубные испарители. Их конструкция во многом подобна конструкции таких же конденсаторов.

Если в конденсаторы пары хладагента поступают, как правило, сверху, а жидкий хладагент выходит снизу, то в испарителях — наоборот.

В зависимости от того, где кипит хладагент, различают испарители с межтрубным и внутритрубным кипением.

В испарителях с межтрубным кипением хладагент кипит в межтрубном пространстве, а хладоноситель — вода или другая жидкость с низкой температурой замерзания — протекает по трубам. Существует два варианта: хладагент заполняет большую часть межтрубного пространства (в испарителях затопленного типа) или стекает по трубам при подаче насосом неиспарившейся жидкости из нижней части в разбрызгиватели (в испарителях оросительного типа). Последние отличаются более эффективной работой, но сложнее по конструкции и дороже.

В аммиачных испарителях для сбора масла, поскольку оно не растворяется в хладагенте, в нижней части обычно имеется маслоотстойник, из которого масло необходимо периодически удалять.

Во фреоновых испарителях кипящая масло-фреоновая смесь обычно образует густую пену, с которой масло постоянно уносится, так что оно не скапливается. В этих испарителях в верхней части кожуха обычно предусматривают свободное от труб пространство.

С масло-фреоновой пеной уносится также некоторое, хотя и небольшое, количество неиспарившегося хладагента, которое не участвует в выработке холода, его можно утилизировать в регенеративном теплообменнике.

В последнее время получили распространение кожухотрубные испарители с внутритрубным кипением хладагента. По конструкции они мало отличаются от испарителей с межтрубным кипением.

Чтобы существенно повысить теплоотдачу от хладоносителя, подаваемого в межтрубное пространство, внутри кожуха устанавливают направляющие перегородки, заставляющие поток хладоносителя двигаться «змейкой».

Теплоотдача от фреона хуже, чем от аммиака, поэтому во фреоновых испарителях необходимо увеличивать теплообменную поверхность со стороны фреона. В испарителях с межтрубным кипением это достигается обычным способом — применением труб с накатанными на внешнюю поверхность невысокими ребрами. В испарителях с внутритрубным кипением в медную трубу запрессовывают на всю длину алюминиевый сердечник со звездообразным (8— 10 лучей) сечением. В такой трубе хладагент движется по узким параллельным каналам, образованным впадинами сердечника.

Благодаря незначительному объему каналов в холодильную машину с испарителем с внутритрубным кипением нужно заправлять гораздо меньше хладагента, чем в такую же машину с испарителем с межтрубным кипением. Это большое преимущество, когда в качестве хладагента используется какое-либо дорогостоящее вещество.

В испарителях с межтрубным кипением из соображений безопасности необходимо устанавливать режим работы, при котором температура охлажденной воды не должна опускаться ниже 6—7 °С. Иначе, при возможном отклонении режима (понижении температуры кипения на несколько градусов), вода в трубах может быстро замерзнуть (воды мало, а запас холода в кипящем хладагенте большой) и, расширяясь, разрушить элементы конструкции аппарата.

В испарителях с внутритрубным кипением картина обратная: воды в корпусе много, а хладагента в трубах мало, поэтому нет опасности замерзания воды при понижении температуры кипения (по крайней мере в течение того времени, пока не будут приняты меры для устранения причин, вызвавших понижение температуры). Это позволяет получать в испарителях с внутритрубным кипением воду с температурой всего 1 —2 °С.

В последние годы стали меньше производить, но все еще продолжают эксплуатировать испарители открытого типа — с открытой системой циркуляции хладоносителя, например воды (рис. 5). Она охлаждается в открытом баке (необязательно металлическом — он может быть железобетонным). В хладоноситель погружены охлаждающие элементы — трубы или панели, внутри которых кипит хладагент. Для интенсификации теплоотдачи вода перемешивается мешалкой, работающей от электродвигателя. Охлажденная вода отбирается из бака насосом и подается потребителю холода.

Испарители открытого типа проще и дешевле в изготовлении, но из-за соприкосновения хладоносителя с воздухом подвержены коррозии, поэтому менее предпочтительны, чем испарители закрытого типа.

Существуют также пластинчатые испарители, по конструкции подобные пластинчатым конденсаторам.

Большую группу составляют испарители для охлаждения воздуха. Движение его в аппаратуре может быть принудительным, тогда аппарат называют воздухоохладителем, либо естественным, тогда это — охлаждающая батарея.

Рис. 5. Панельный испаритель открытого типа:

1 — отделитель жидкости. 2 — исходной патрубок для паров хладагента; 3 — сборный коллектор; 4 — коллектор, распределяющий парожидкостную смесь; 5 — входной патрубок дли парожидкостной смеси хладагента; 6, 7, 8 — патрубки для хладо-носителя соответственно переливной, выходной и сливной; 9 — теплоизоляция; 10 — патрубок для слива масла; 11- предохраннгельный клапан

И в том и в другом случае низкий коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха требует мощного оребрения. По существу охлаждающая батарея и представляет собой тем или иным образом скомпонованные оребренные трубы, которые крепят к стенкам либо потолку охлаждаемого помещения.

В состав воздухоохладителя входят одни или несколько вентиляторов.

Устройство воздухоохладители напоминает устройство воздушного компенсатора. В воздухоохладителе необходимо обеспечить равномерное распределение хладагента по всем трубам (когда имеется несколько параллельно работающих змеевиков). Для этого применяют специальные устройства, имеющие один вход для парожидкостной смеси, подводимой от дросселирующего устройства, и столько выходов, сколько нужно питать змеевиков. Одинаковые каналы внутри распределяющего устройства обеспечивают равномерную подачу хладагента в змеевики.

Змеевики воздухоохладителей и охлаждающие батареи, работающие при отрицательных температурах воздуха, покрываются инеем из-за вымерзания имеющейся в воздухе влаги. В результате ухудшается теплообмен, поэтому иней требуется периодически оттаивать, не допуская образования «снеговой шубы».

Способы оттаивания инея — подачей в аппарат горячих паров хладагента прямо из компрессора, с помощью электронагревателей, орошением поверхности аппарата снаружи теплой жидкостью.

Необходимую площадь теплообменной поверхности F, м², конденсатора или испарителя определяют делением тепловой нагрузки Q, Вт, на коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²×К) и усредненный температурный напор q, К, между хладагентом и средой:

Тепловая нагрузка испарителя Q_и равна холодопроизводительности машины Q₀, а нагрузка конденсатора Q_к примерно на 30 % больше (точнее ее можно определить из теплового расчета холодильной машины).

Коэффициент теплопередачи k рассчитывают по формулам, которые можно найти в специальной литературе. Значение его варьируется примерно от 5 Вт/(м²×К) при естественной конвекции воздуха до 4000 Вт/(м²×К) при принудительном движении жидкой среды с большой скоростью (1,5—2 м/с).

Способ усреднения температурного напора q также изложен в специальной литературе. В разных аппаратах он составляет от 5 до 15 °С.

Список литературы

1.Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: Справочник / Под ред. А. В. Быкова. М: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

2.Теплообменные аппараты холодильных установок / Г. Н. Данилова, С. Н. Богданов, О. П. Иванов и др. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1986.

Тема 10

Дата добавления: 2014-01-04