Кондензатори: принцип на действие и видове
Един от основните компоненти на хладилната машина е кондензаторът, който служи за пренос на топлинна енергия от хладилния агент към околната среда. Най-често топлината се предава на вода или въздух.
Топлината, която се отделя в кондензатора, е с около 30% по-висока от охлаждащия капацитет на чилъра. Например, ако охладителната мощност на машината е 20 kW, тогава кондензаторът генерира 25-27 kW топлина.
Кондензатори с въздушно охлаждане
- 1.меден тръбен кондензатор
- 2. перки
Най-разпространени са кондензаторите с въздушно охлаждане.
Кондензаторът с въздушно охлаждане се състои от вентилаторен блок с електродвигател и топлообменник. Хладилният агент тече през тръбите, а вентилаторът издухва въздух над тръбите. Обикновено скоростта на потока е 1 - 3,5 m/s.
Най-често топлообменникът се състои от оребрени медни тръби с диаметър 6 - 20 mm с разстояние между ребрата 1-3 mm. Медта се използва, защото се обработва лесно, не се окислява и има висока топлопроводимост. Ребрата обикновено са изработени от алуминий.
Изборът на диаметър на тръбата зависи от много фактори: загуба на налягане, лекота на обработка на материала и др.
Видът на ребрата може да бъде различен и значително влияе върху термичните и хидравличните параметри на топлообменника като цяло. Например сложен профил на перка с множество издатини и прорези създава турбуленция(вихри) от измиване на въздуха около топлообменника. В резултат на това се повишава ефективността на пренос на топлина от хладилния агент към въздуха и се увеличава охлаждащият капацитет на чилъра.
Използват се два вида свързване на тръби с ребра:
- Отвори в ребрата, където директно се вкарват тръбите на топлообменника. Този метод е по-прост, но намалява преноса на топлина поради хлабав контакт. В допълнение, в замърсена среда може да възникне корозия по контактния контур, което допълнително намалява ефективността на топлообмена.
- Маншети (хомути) в точките на свързване на топлообменните тръби. Този метод е по-скъп и по-сложен, но осигурява увеличаване на топлообменната повърхност.
Освен това топлопредаването на хладилния агент се увеличава чрез гофриране на вътрешната повърхност на тръбите на топлообменника. Това създава турбуленция в потока на хладилния агент.
Обикновено кондензаторът има от един до четири реда тръби по посока на потока на хладилния агент. Често тръбите са разположени шахматно, за да се подобри ефективността на преноса на топлина.
Интензивността на топлообмена не е еднаква по време на движението на хладилния агент през тръбите. Горещият хладилен агент влиза в топлообменника отгоре и се движи надолу.
- В началния етап (5% от повърхността) охлаждането е най-интензивно, тъй като температурната разлика между хладилния агент и охлаждащия въздух е максимална и скоростта на хладилния агент е висока.
- Основната част на топлообменника е около 85% от повърхността. В тази секция хладилният агент кондензира при постоянна температура.
- Останалите 10% от повърхността на топлообменника се използват за допълнително охлаждане на течния хладилен агент.
Температурата на кондензация на хладилния агент (фреон) е над температуратаоколния въздух с 10 - 20 градуса и обикновено е 42-55C. Загрятият въздух, излизащ от топлообменника, е само с 3-5 градуса по-студен от температурата на кондензация.
Кондензатори с водно охлаждане
Има три вида конструкции на кондензатори с водно охлаждане:
- Черупка и тръба
- Тип тръба в тръба
- Ламеларна.
Кожухотръбните кондензатори обикновено се използват в чилъри с голям капацитет, докато други видове се използват за по-малко мощни агрегати.
Кожухотръбни кондензатори
Кожухотръбният кондензатор е стоманен цилиндър, в двата края на цилиндъра са монтирани стоманени решетки, към които са прикрепени глави с дюзи за свързване към системата за водно охлаждане. В тези решетки са пресовани медни тръби, през които тече вода. Тръбите най-често се изработват от мед и имат диаметър 20 mm и 25 mm. Отвън те са оребрени, за да се увеличи преносът на топлина.
Горещите пари на хладилния агент от компресора влизат в горната част на стоманения корпус. Той измива тръбите със студена вода и запълва пространството между корпуса и тръбите. Изходът за течен хладилен агент се намира отдолу.
Студената вода влиза през тръбите отдолу и излиза отгоре.
Парите на хладилния агент се охлаждат при контакт със студена вода, кондензират и се натрупват на дъното на корпуса. В някои случаи кондензаторът съдържа допълнителна охлаждаща секция. Той се намира в долната част на кондензатора и се състои от сноп от тръби, отделени от останалите тръби с преграда. Водата, която току-що е влязла в кондензатора и има минимална температура, първо преминава през секцията за допълнително охлаждане на кондензатора.
Водата, която охлажда хладилния агент в кожухотръбните кондензатори, обикновено се взема от систематаводоснабдяване за рециклиране. Температурата на кондензация на хладилния агент е с около 5 градуса по-висока от температурата на изходящата вода. За прехвърляне на 1 kW топлина от хладилния агент към течаща вода, консумацията на вода е около 170 литра на час.
Кондензатори тип тръба в тръба
Кондензаторът тръба в тръба е система от две спирални тръби, разположени една в друга. Една от тръбите (външна или вътрешна) движи хладилния агент, а другата - водата.
Вътрешната тръба е изработена от мед, а външната е от мед или стомана. Повърхностите на тръбите могат да бъдат оребрени, което повишава ефективността на топлообмена. Течностите се движат в противоположни посоки, докато водата влиза отдолу и изтича отгоре, а хладилният агент - обратното.
Кондензаторите "тръба в тръба" се използват в автономни климатични инсталации и хладилни агрегати с ниска мощност.
Недостатъкът на кондензаторите от този тип е, че конструкцията е монолитна и е възможно само химическо почистване на тръбата.
Пластинчати кондензатори
Пластинчатите кондензатори се състоят от редици от стоманени плочи, подредени във формата на рибена кост. Вътре в топлообменника хладилният агент и водата се движат един към друг по независими циркулационни вериги.
Предимства на този тип кондензатори:
- много висока ефективност на топлообмен.
- компактност и леко тегло
- малки температурни разлики между хладилния агент и охлаждащата вода.
Поради това те се използват широко в хладилници с малка и средна мощност.
Ако температурата на водата на входа на кондензатора е 16 градуса, тогава температурата на кондензация е 32-36 градуса. При температура на водата +24°C, хладилният агент кондензира при 38-40°C.
Максимално допустимото налягане врежим на работа от страната на хладилния кръг е 2,45 MPa, а от страната на водния кръг - 1 MPa.
|