Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию, выделяемую при конденсации хладагента, в окружающую среду, чаще всего в воду или воздух. Тепловая энергия, которую конденсатор должен «сбросить» в окружающую среду, включает:
- тепло, выделяемое при конденсации хладагента;
- тепло, вырабатываемое компрессором при сжатии хладагента.
Учитывая эффективность современных холодильных машин, можно считать, что тепло, выделяемое конденсатором, примерно равно холодопроизводительности холодильной машины, увеличенной на 25–30 %.
Различают два типа конденсаторов:
- с воздушным охлаждением;
- с водяным охлаждением.
Конденсаторы с воздушным охлаждением
Конденсаторы с воздушным охлаждением используются как в небольших, так и в крупных промышленных холодильных установках.
Наиболее распространенным типом конденсаторов с воздушным охлаждением являются конденсаторы с оребренными трубами. С целью улучшения теплообмена и уменьшения требуемой площади поверхности воздушные конденсаторы оснащаются вентиляторами.
Конденсаторы с воздушным охлаждением изготавливаются из медных труб с алюминиевыми пластинками (оребрением) в алюминиевом или стальном корпусе. Медный трубопровод ведет к коллекторам, к которым подводятся нагнетаемые газы, от которых отводится жидкость. Медные трубы припаиваются, стальные — привариваются. Расстояние между ребрами обычно составляет 1,5–3 мм. Медь легко поддается обработке, не подвержена окислению и имеет высокие показатели теплопроводности. Выбор диаметра трубок зависит от большого количества факторов: легкости обработки, потерь давления в линии хладагента, потерь давления со стороны охлаждающей воздушной среды и т.д.
Оребрение трубок теплообменника чаще всего изготавливают из алюминия.
Причем тип оребрения, его профиль и конфигурация могут существенно влиять на тепловые и гидравлические характеристики теплообменника.
Так, например, использование сложного профиля оребрения с просечками, выступами и т.п. позволяет создать большую турбулентность воздуха вблизи поверхности ребра. Тем самым повышается эффективность теплопередачи между хладагентом, проходящим по трубкам, и внешним воздухом. В этом случае несколько увеличивается гидравлическое сопротивление, что потребует установки вентилятора большей мощности.
Скорость воздушного потока, проходящего через теплообменник, обычно составляет от 1,0 до 3,5 м/с.
Внутренняя поверхность трубок также может быть рифленой, что позволяет обеспечить большую турбулентность, а следовательно, теплоотдачу хладагента.
Конденсаторы обычно имеют один или несколько рядов трубок (чаще всего до четырех), расположенных в направлении прохождения потока охлаждающего воздуха. Трубки могут располагаться на одном уровне либо ступенями (в шахматном порядке) для повышения эффективности теплообмена.
Важным аспектом является схема движения рабочих сред в теплообменнике. Горячий хладагент (газ) поступает в конденсатор сверху и постепенно опускается вниз. В верхней части теплообменника происходит наиболее интенсивное охлаждение хладагента, для чего используется примерно 5 % полезной площади теплообменника.
На этом начальном участке теплообменника теплопередача весьма значительна благодаря большому перепаду температур между хладагентом и холодным воздухом. Высокий коэффициент теплопередачи обусловлен высокой скоростью движения хладагента.
На следующем основном участке охлаждения, составляющем около 85 % всей полезной поверхности теплообменника, процесс конденсации парообразного хладагента проходит при почти неизменной температуре. Остающиеся 10 % полезной поверхности теплообмена используются для «дополнительного охлаждения» хладагента.
Температура конденсации превышает температуру окружающего воздуха примерно на 10–20 °C. Абсолютные показатели температуры конденсации обычно составляют 42–55°C.
В месте размещения конденсаторов с воздушным охлаждением должна быть
обеспечена беспрепятственная подача атмосферного воздуха.
Характеристики конденсаторов зависят от типа хладагента и температуры окружающей среды.
Небольшие конденсаторы производительностью до 3 кВт могут устанавливаться на одной раме с компрессором. Преимуществом такого компрессорно-конденсаторного агрегата является охлаждение компрессора вентилятором конденсатора.
Конденсаторы с водяным охлаждением
В конденсаторах с водяным охлаждением тепло нагнетаемых газов поглощается потоком воды. В силу того, что температура воды ниже температуры воздуха, преимуществом таких конденсаторов является более низкая температура конденсируемой жидкости, чем в конденсаторах с воздушным охлаждением.
Конденсаторы с водяным охлаждением по своему конструктивному исполнению подразделяются на:
- двухтрубные;
- кожухотрубные;
- конденсаторы типа «труба в трубе»;
- пластинчатые.
Двухтрубный конденсатор
В двухтрубных конденсаторах используется принцип противотока, вода протекает по внутренним трубам. Сверху подается горячий газ, снизу выводится жидкий хладагент.
Для подачи хладагента используются паяные соединения, для подачи воды — резьбовые. Для очистки все трубы оснащаются заглушками.
Кожухотрубные конденсаторы
Выполняются в виде стального цилиндрического кожуха, с обоих концов которого приварены стальные трубные решетки. В них заделаны медные трубки. К трубным решеткам крепятся крышки с входными и выходными патрубками для подключения к системе водяного охлаждения.
В верхней части кожуха располагается патрубок подвода горячего парообразного хладагента, поступающего от компрессора. В нижней части установлен патрубок отвода жидкого хладагента.
Горячий парообразный хладагент омывает трубки и заполняет свободное пространство между трубками и кожухом. Холодная вода подается по трубкам через соответствующие патрубки. Горячий парообразный хладагент соприкасается с трубками, по которым циркулирует холодная вода, остывает, конденсируется и скапливается на дне конденсатора. Вода, поглощая тепло от хладагента, выходит из конденсатора с более высокой температурой.
Трубки конденсатора обычно медные, диаметром 20 и 25 мм. С внешней стороны они имеют оребрение, которое повышает теплообмен между хладагентом и находящейся внутри трубок водой.
Обычно в конденсаторах используется вода, поступающая из градирни. Температура конденсации хладагента примерно на 5°C выше температуры воды на выходе из конденсатора.
Конденсаторы типа «труба в трубе»
При наличии недорогой охлаждающей воды чаще всего используется конденсатор типа «труба в трубе», в котором хладагент протекает по внешней трубе, а охлаждающая вода — по внутренней.
В конденсаторах такого типа допускается использование паяных соединений как для хладагента, так и для воды.
Эти конденсаторы представляют собой выполненную в виде спирали трубку, внутри которой соосно расположена другая трубка меньшего диаметра. Хладагент перемещается по внутренней трубке, а охлаждающая жидкость — по внешней либо наоборот.
Вся конструкция может быть выполнена из меди, либо внутренняя трубка может быть медной, а внешняя — стальной. Как внешняя, так и внутренняя поверхность трубки могут иметь оребрение, существенно повышающее эффективность теплопередачи.
Пластинчатые конденсаторы
Этот тип теплообменника отличается тем, что циркуляция жидкостей происходит между пластинами из нержавеющей стали, расположенными «елочкой» .
Внутри теплообменника создаются два независимых контура циркуляции (хладагента и охлаждающей воды), движущихся навстречу друг другу.
Пластинчатые теплообменники имеют очень высокие теплотехнические характеристики, что обусловило их большое распространение в установках средней и малой мощности. Высокая эффективность этих теплообменников сочетается с компактными размерами и малой массой. Вода поступает снизу и выходит сверху, хладагент перемещается в противоположном направлении.
Этот тип конденсаторов используется в автономных установках кондиционирования воздуха и установках для охлаждения воды малой мощности. В связи с тем, что конденсатор этого типа представляет собой неразъемную конструкцию, очистка трубки, по которой циркулирует вода, может проводиться только химическим путем.
В холодильных системах, работающих на режиме теплового насоса, перечисленные теплообменники используются как в качестве конденсаторов, так и в качестве испарителей.
Испарительный конденсатор
В испарительных конденсаторах, как и в градирне, используется холодильный эффект, связанный с испарением воды. Испарительный конденсатор орошается водой и продувается воздухом, который подается вентилятором. В таком конденсаторе поток воздуха перемещает частично испарившуюся воду в окружающий воздух. Температура испарения воды зависит от температуры подаваемого воздуха по влажному термометру и превышает ее на 2–8 °C. Такая разница температур называется пределом охлаждения.
Для предотвращения накопления извести и других солей часть циркулирующей воды выпускают. Потери воды, обусловленные испарением и выпуском, компенсируются добавлением свежей. При выборе способа очистки воды в таких системах следует учитывать требования государственных органов, регулирующих вопросы потребления и очистки воды, по содержанию химических веществ (например: карбонатов, хроматов, фосфатов) в охлаждающей воде.
Приглашаем Вас на обучение по курсам:
ХП1 - Слесарь - ремонтник (ремонт и обслуживание холодильного оборудования)
ХП3 - Курс по ремонту и обслуживанию холодильного оборудования
ПХ2 - Сервис и техническое обслуживание холодильного оборудования работающего на природных хладагентах и замена ими озоноразрушающие фреоны и фторсодержащее парниковые газы