Конденсаторы холодильных машин. Методы интенсификации теплообмена в конденсаторах

Анализ современных тенденций развития малых холодильных машин показывает, что герметичные компрессоры с частотой вращения 50 с, имеют довольно высокие удельные энергетические показатели, малую массу и габаритные размеры. Применяемые воздушные конденсаторы достаточно металлоемки и велики по размерам.

Поэтому главная цель улучшение характеристик агрегатов холодильных машин - повышения эффективности теплообмена воздушных конденсаторов.

Совершенствованию конструкций конденсаторов с воздушным охлаждением теплообменной поверхности, а также интенсификации теплообменных процессов, сопровождающих их работу, до настоящего времени уделялось недостаточно внимания, в результате чего масса и объем воздушного конденсатора составляет основную часть массы и объема всей холодильной машины. Большое значение приобретает усовершенствование конструкций уже существующих воздушных конденсаторов. Оно предусматривает разработки в направлении интенсификации теплообменных процессов, происходящих в теплообменниках.

Интенсификация процессов теплообмена - одна из основных тенденций развития современной холодильной техники и технологии. Потребность интенсификации процессов теплообмена продиктована необходимостью экономии энергетических и материальных ресурсов.

 Для теплообменного аппарата интенсивность определяется отношением количества передаваемой теплоты в единицу времени к температурному напору и площади теплообменной поверхности. Дифференциальное уравнение процесса теплообмена имеет вид: BQ = k-F-dt.

Теплопередача является сложным физическим процессом, который  зависит  от ряда факторов, определяющих коэффициент теплопередачи.

Существуют следующие способы интенсификации наружного теплообмена в воздушных конденсаторах с естественной конвекцией: 
*увеличение площади поверхности теплообмена путем применения эффективного  оребрения; 
*повышение интенсивности тяги, создаваемой конденсатором; 
*замена естественной конвекции на вынужденную; 
*создание качественно новых способов охлаждения конденсатора.

При использовании эффективного оребрения увеличиваются масса и габаритные размеры конденсатора, его стоимость, но усложняется технология изготовления. Так как воздух для охлаждения конденсатора поступает из помещения, в инструкциях по эксплуатации бытовых холодильников указывают величину минимального зазора между задней стенкой шкафа и стеной помещения, обеспечивающую охлаждение конденсатора. Циркуляция воздуха зависит от величины тяги, создаваемой конденсатором. Воздух, омывающий компрессор, нагревается и за счет естественной конвекции поднимается вверх по "трубе", образованной поверхностью конденсатора и задней стенкой шкафа. Чем интенсивнее тяга в этой "трубе", тем больше расход воздуха и тем лучше происходит охлаждение. Наиболее сильную тягу создает щитовой с боковыми стенками конденсатор без просечек в задней стенке, поскольку канал для прохода воздуха замкнут со всех четырех сторон. В зависимости от температуры воздушного потока скорость его в диапазоне температур 32...60°С изменяется от 0,4 до 1,3 м/с.

При хорошей тяге горячий воздух, поступающий от компрессора, подогревает стенки "трубы", повышает температуру конденсации и увеличивает теплоприток в шкаф через заднюю стенку. В результате коэффициент полезного действия холодильной установки падает. Чтобы устранить этот нежелательный эффект применяют: в щите делают жалюзи, через которые все время подсасывается более холодный окружающий воздух, или убирают боковые стенки, или устанавливают конденсатор другого типа. 

Заключение

Исходя из вышеизложенного материала, можно еще раз остановить свое внимание на ключевых понятиях, видах, принципах работы разных видов конденсаторов холодильных машин.

Процесс теплопередачи в конденсаторе протекает при сравнительно высоком давлении, которое соответствует давлению насыщенных паров холодильного агента. Теплопередача от холодильного агента к среде осуществляется через стенки труб конденсатора при наличии разности (перепада) температур между холодильным агентом и средой. Чаще всего в конденсаторах устанавливаются перепады температур от 8 до 12°С - при охлаждении воздухом и от 5 до 8°С - при охлаждении водой. 

Интенсивность теплопередачи в конденсаторе зависит отскорости и направления движения холодильного агента и среды, перепада температур, физических свойств холодильного агента чистоты теплопередающих труб и других факторов.

Существуют конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением. Водяные, в свою очередь, по конструкции подразделяются на: трубчато-змеевиковые, кожухозмеевиковые, кожухотрубные, оросительные и испарительные.

На фреоновых и аммиачных холодильных машинах средней и крупной холодопроизводительности применяют трубчато-змеевиковые конденсаторы водяного охлаждения. Конденсаторы такого типа в малых фреоновых агрегатах применяются в торговых автоматах для охлаждения жидкостей и в агрегатах для стационарных холодильных камер малой емкости. 

Кожухотрубные конденсаторы применяют в аммиачных и фреоновых холодильных машинах средней и крупной холодопроизводительности. По конструкции отличаются от кожухозмеевиковых наличием двух трубных решеток и двух крышек кожуха, а между собой такие конденсаторы различаются величиной поверхности охлаждения, комплектом арматуры и габаритами.

Оросительные конденсаторы применяются в аммиачных холодильных установках большой холодопроизводительности. Они просты по конструкции и представляют собой плоские вертикально расположенные змеевики из стальных труб диаметром 57×3,5 мм. Конденсаторы комплектуют из отдельных секций (S=15,4 м2). Над секциями установлены водяной бак и распределительные желоба с пилообразными верхними кромками.

Испарительные конденсаторыпредставляют собой трубчатые змеевики, которые размещают внутри металлического шкафа. Вверху установлен вентилятор, в средней части — коллектор с форсунками, внизу — циркуляционный центробежный насос.Испарительные конденсаторы наиболее экономичны по расходу воды. Расход свежей воды составляет 10% расхода воды в конденсаторах обычного типа. Такие конденсаторы выгодно применять при недостаточном количестве воды.

Литература

1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания: учебник для студентов высших учебныхзаведений / Сергей Алексеевич Большаков. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 34с.
2. Мещериков Ф.Е. Основы холодильной техники и холодильной технологии: учебник для студентов высших учебных заведений / Федор Елисеевич Мещериков. – М.:  Издательство «Пищевая промышленность», 1975 – 108с.
3. Румянцев Ю.Д., Калюнов В.С. Холодильная техника: учебник для вузов. – СПб. Издательство «Профессия», 2005 – 215с.
4. Цуранов О.А., Крысин А.Г. Холодильная техника и технология: учебник для студентов высших учебных заведений / Под ред. проф, В. А. Гуляева — СПб. Лидер, 2004. — 200с.
5. Чуклин С.Г., Чумак И.Г., Чепурненко В.П. Холодильные установки: учебник для студентов высших учебных заведений / Под редакцией заслуженного деятеля науки СССР, доктора техн. наук, проф. И.Г.Чумака – М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1981 – 183с.
6. Шахов С.В., А.С.Белозерцев, В.Н.Шаршов, В.Ю.Овсянников, В.В. Пойманов, В.М. Кравченко. Лабораторный практикум по курсу «Холодильная техника»: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Воронеж – 2005.
7. Шмуйлов Н.Г., Цирлин Б.Л., Ужанский В.С., Турецкий В.Л. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: справочник. М.: «Легкая и пищевая промышленность» 1984 – 7с.