2.3. Тепловой расчет испарителя судовой холодильной установки

2.3.1. Типы испарителей судовых холодильных установок

Испарители служат для охлаждения жидких холодоносителей (рассола, воды) либо непосредственно воздуха путем отбора энергии (теплоты) от них кипящим хладагентам. По роду охлаждаемой среды испарители подразделяются на две группы: непосредственного охлаждения (воздушные) и промежуточного охлаждения жидких холодоносителей (воды либо рассола).

По характеру движения рассола испарители бывают открытие (рассол сливается самотеком) и закрытие (вся система находится под избыточным давлением).

По характеру расположения (движения) хладагента испарители бывают затопленного и незатопленного рабочего объема (сухого типа). В незатопленных испарителях терморегулирующие вентили настраиваются так, чтобы часть их поверхности использовалась для перегрева хладагента. В затопленных испарителях более эффективно используется поверхность теплообмена, так как коэффициент теплоотдачи ά для жидкости больше, чем для пара. Однако при этом затруднен возврат масла из системы в компрессор, поэтому необходимо устанавливать маслоотделитель после компрессора.

По конструктивному исполнению рассольные (водяные) испарители подразделяются на погружные, вертикально-трубные, панельные оросительные и кожухотрубные.

На судах успешно применяются кожухозмеевиковые испарители погружного типа с одной трубной доской. Хладагент кипит в трубках, рассол поступает в кожух испарителя сверху, а отводится снизу. Для улучшения теплоотдачи от рассола к трубкам, змеевики изготавливают из медных труб с наружным оребрением. Скорость рассола в этих испарителях достигает 1…2 м/с и, вследствие большой емкости кожуха испарителя, исключается замерзание рассола. Преимуществом кожухозмеевиковых испарителей погружного типа является значительное уменьшение количества хладагента в системе (в 2-3 раза), чем в аппаратах затопленного типа.

Панельные испарители имеют горизонтальные коллекторы, к которым приварены панели из двойных штампованных листов, внутри которых образованы вертикальные каналы. Секции погружаются в бак с рассолом. Плотность теплового потока в аммиачных панельных испарителей составляет 2,9-3,5 кВт/м². По сравнению с вертикально-трубными аппаратами расход бесшовных труб снижается в 5…6 раз, масса уменьшается на 25…30%, существенно уменьшается ёмкость таких испарителей по холодильному агенту и, как следствие, значительно снижается их стоимость.

Кожухотрубные испарители затопленного типа применяются на судах для охлаждения жидких холодоносителей. Кожухотрубные испарители аналогичны конденсаторам соответствующего типа: имеют две трубные доски и соответственно две крышки с перегородками, изменяющими направление движения потока рассола. Хладагент кипит в таком испарителе в межтрубном пространстве, подводится снизу, а образующийся пар отводится сверху через сухопарник к компрессору. Уровень жидкого хладагента составляет 0,8 диаметра кожуха. Масло в аммиачных испарителях собирается внизу кожуха. На кожухе испарителя предусматриваются штуцеры для манометра и предохранительного клапана, для спуска воздуха и спуска рассола.

Фреоновые и аммиачные испарители имеют аналогичную конструкцию, но в фреоновых используются медные внешне накатанные трубки.

Недостатки затопленных испарителей — большая внутренняя емкость, которую необходимо заполнять хладагентом; влияние столбы жидкости на температуру кипения. В оросительных испарителях хладагент подается через распылительные форсунки. Дроссельные форсунки эжекторного типа — кроме дросселирования обеспечивают рециркуляцию неиспарившегося фреона.

Испарители для отвода теплоты от воздуха рефрижераторных помещений подразделяются на воздухоохладители и батареи непосредственного («тихого») охлаждения. Для интенсификации теплопередачи применяют оребрение со стороны воздуха: чаще применяется пластинчатое оребрение (ребра изготавливают из листовой латуни, дюралюминия либо стали толщиной 0,2-0,5 мм). Шаг ребер 2-4 мм при температуре поверхности t > 0°C и 7-11 мм при — t < 0°C.

Для морских условий используются медные трубы. В воздухоохладителях делаются волнистые пластины, а в батареях тихого охлаждения — плоские. Для увеличения плотности контакта на ребрах штампуются манжеты.

Батареи тихого охлаждения громоздки; к тому же в фреоновых настенных испарителей плотность теплового потока достигает q_н=9–14 Вт/м², а в воздухоохладителей — q_н = 70 Вт/м² при скорости воздуха 8 м/с. Однако на вентиляторы воздухоохладителей расходуется энергия, которая к тому же идет на нагрев воздуха, увеличивая потребную холодопроизводительность установки.