Расчет испарителей для охлаждения жидких теплоносителей

При расчете проектируемого испарителя определяют его теплопередающую поверхность и объем циркулирующего рассола или воды.

Теплопередающую поверхность испарителя находят по формуле

, (35)

где F - теплопередающая поверхность испарителя, м²;

Q_{0брутто} - холодопроизводительность машины, Вт;

k - коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м²·°С);

∆t_m - для кожухотрубных испарителей это средняя логарифмическая разность между температурами теплоносителя и кипения холодильного агента, а для панельных испарителей - арифметическая разность между температурами выходящего рассола и кипения холодильного агента, ºС;

q_F=k∆t_m - плотность теплового потока, Вт/м².

Для приближенных расчетов испарителей пользуются значениями коэффициентов теплопередачи, полученными опытным путем (в Вт/(м²·°С):

для аммиачных испарителей:

кожухотрубных 450-550

панельных 550-650

для фреоновых кожухотрубных испарителей с накатными ребрами 250-350

Среднюю логарифмическую разность температур теплоносителя и кипения холодильного агента в испарителе подсчитывают по формуле

,

где t_p1 и t_p2 - температуры теплоносителя соответственно на входе в испаритель и выходе из него, ºС;

t₀ - температура кипения холодильного агента, °С.

Для панельных испарителей, благодаря большому объему бака и интенсивной циркуляции теплоносителя его средняя температура может быть принята равной температуре на выходе из бака t_p2. Поэтому для этих испарителей ∆t_m=t_p2-t₀.

Для приближенных расчетов всех рассмотренных испарителей принимают ∆t_m=5°.

Объем циркулирующего теплоносителя определяют по формуле

,

где V_p - объем циркулирующего теплоносителя, м³/с;

c_p - удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг·°С);

ρ_p - плотность рассола, кг/м³;

t_p1 и t_p2 - температура теплоносителя соответственно при входе в охлаждаемое помещение и выходе из него, °С;

Q_0нетто - холодопроизводительность машины нетто.

Величины c_p и ρ_p находят по справочным данным для соответствующего теплоносителя в зависимости от его температуры и концентрации (см. приложение 4).

Температура теплоносителя при прохождении его через испаритель понижается на 2-3°С.

Испарители для охлаждения воздуха

Испарители для охлаждения воздуха представляют собой змеевики, внутри которых кипит жидкий холодильный агент, поступающий из конденсатора через регулирующий вентиль. Кипение происходит непосредственно за счет тепла охлаждаемых объектов. Образующиеся при кипении холодильного агента пары отсасываются из испарителя в компрессор.

Испарители для охлаждения воздуха бывают со свободным его движением и с принудительным. Последние называют воздухоохладителями.

Испарители, применяемые для охлаждения воздуха в стационарных камерах, принято называть батареями непосредственного охлаждения (см. главу XIII).

Существенным признаком при классификации испарителей для охлаждения воздуха является степень заполнения их жидким холодильным агентом. С этой точки зрения различают испарители: сухие и затопленные.

В сухих испарителях жидкий холодильный агент при прохождении по змеевикам полностью испаряется и даже несколько перегревается, а в затопленных постоянно поддерживается высокий уровень жидкого холодильного агента, и поэтому отсасываемые из них пары являются насыщенными. В сухих испарителях холодильный агент подается сверху, а отводится снизу, а в затопленных - наоборот.

Затопленные испарители обеспечивают более высокую теплопередачу, чем сухие. Тем не менее, чаще применяют сухие испарители, так как они лучше обеспечивают возврат отделяющегося при кипении смазочного масла в компрессор и требуют меньше холодильного агента для заполнения системы.

По конструкции испарители для охлаждения воздуха разделяются на ребристотрубные, листотрубные и гладкотрубные. Наиболее распространенными из них являются ребристотрубные испарители. Их применяют в торговом холодильном оборудовании и стационарных холодильных камерах. Изготовляют их из медных труб диаметром 12, 16, 18 или 20 мм с толщиной стенок 1 мм. Отдельные трубы объединяют в змеевик с помощью калачей, впаиваемых на твердом припое. К входному концу змеевика припаивается труба с накидной гайкой, с помощью которой присоединяется терморегулирующий вентиль, а к выходному концу - короткая труба со штуцером и накидной гайкой для подсоединения его к всасывающему трубопроводу компрессора. Ребра изготовляют штамповкой из алюминиевых или латунных листов толщиной соответственно 0,5 и 0,4 мм. Контакт ребер с трубами достигают раздачей труб с помощью специальных протяжек. Весь аппарат с наружной стороны подвергают гальваническому лужению.

На рис.55 показан ребристотрубный испаритель. Марка его ИРСН-12,5. Она указывает, что испаритель ребристый, сухой, настенный, поверхностью охлаждения 12,5 м². Выпускают такие испарители и с другими поверхностями от 4,7 до 15 м². Изготавливают их из труб 18×1 мм. Предназначаются испарители типа ИРСН в основном для небольших стационарных холодильных камер.

Р ис.55. Испаритель типа ИРСН-12,5.

Листотрубные испарители изготавливают из листовой нержавеющей стали или листового алюминия. Технология их производства сравнительно простая: на листах выштамповывают канавки, затем два листа с одинаковыми расположением и размерами канавок накладывают один на другой таким образом, чтобы канавки одного находились против соответствующих канавок другого. Сложенные листы подвергают электросварке или прокатке в горячем состоянии. После соединения листов выштампованные в них канавки образуют трубчатые каналы (рис.56).

Применяют и другой способ изготовления листотрубных конструкций, при котором канавки на листах делают не штамповкой, а путем гидравлической раздачи после сварки плоских листов. До прокатки и сварки листов на поверхность одного из них наносят рисунок будущих каналов специальной пастой, препятствующей сварке. При прокатке те части поверхности листов, где нанесена такая паста, остаются несваренными. После прокатки между листов вводят под давлением жидкость, которая в несваренных местах раздувает листы, образуя каналы.

Изготовленные тем или иным способом листы изгибают по форме испарителя и к ним приваривают или припаивают необходимые коллекторы, трубы и другие детали.

Листотрубные испарители применяют главным образом в бытовых холодильниках, льдогенераторах кубикового льда и некоторых видах торгового холодильного оборудования.

Гладкотрубные испарители представляют собой змеевики из гладких медных труб, припаянные или прикрепленные скобами к металлическим стенкам, образующим охлаждаемый объем. Как правило, это небольшие испарители, применяемые в некоторых видах торгового холодильного оборудования.

Р ис.56. Листотрубная конструкция теплопередающих аппаратов:

а - общий вид; б - схематический чертеж поперечного разреза.