Аппараты холодильных машин

По функциональному назначению аппараты холодильных машин можно разделить на теплообменные, тепломассообменные и вспомогательные. В теплообменных аппаратах теплота от одной рабочей среды к другой передается без изменения агрегатного состояния рабочих веществ; в тепломассообменных аппаратах процессы передачи теплоты сопровождаются одновременно и массопередачей рабочих веществ в одной или обеих средах. Последнее характеризуется изменением фазового состояния одного или нескольких рабочих веществ и часто происходит в присутствии различных примесей (смазочного масла, неконденсирующихся и неабсорбируемых газов и т.п.). Большинство тепломассообменных аппаратов холодильных машин (конденсаторы, испарители, испарители-конденсаторы и др.) рассчитывают с помощью уравнений теплообмена с учетом влияния на него условий протекания процессов фазового превращения рабочих веществ. Поэтому в дальнейшем такие аппараты будут также рассматриваться как теплообменные. Передача теплоты в них от одной рабочей среды к другой осуществляется либо через разделительную поверхность, либо при непосредственном контакте.

Теплообменные аппараты, в частности конденсатор и испаритель, — обязательные элементы паровых холодильных машин, необходимость их применения обусловлена самим принципом работы машины. Включение в технологическую схему вспомогательных аппаратов не является принципиально обязательным, но их использование улучшает эксплуатационные качества холодильных машин, повышает надежность и экономичность их работы.

Конденсаторы, испарители и другие теплообменные аппараты в значительной степени определяют массогабаритные и энергетические показатели холодильных машин. Например, доля испарительно-конденсаторных агрегатов в общей массе парокомпрессорных холодильных машин составляет 50-70 %.

Велика роль теплообменных аппаратов в энергии, потребляемой холодильной машиной. Это обусловлено необратимыми процессами, протекающими в них, а именно передачей теплоты при конечной разности температур между рабочим веществом и внешней средой и наоборот. Возрастание указанной разности температур, называемое также температурным напором, вызывает повышение температуры конденсации в конденсаторе и понижение температуры кипения в испарителе, что, в свою очередь, приводит к увеличению удельного расхода энергии, т.е. расхода энергии на единицу отводимой от охлаждаемого объекта теплоты с помощью парокомпрессорной холодильной машины.

В теплоиспользующих холодильных машинах увеличение температурных напоров в аппаратах влечет за собой увеличение расхода теплоты на обогрев генераторов.

Кроме указанного термодинамического несовершенства процессов теплопередачи протекание через аппарат рабочих сред связано с затратой энергии на преодоление гидро- или аэродинамического сопротивления. На осуществление циркуляции через аппараты рабочих веществ расходуется часть энергии привода в парокомпрессорных или теплоты генератора, — в теплоиспользующих холодильных машинах. На обеспечение движения жидких и газообразных теплоносителей с нужной скоростью потребляется энергия привода насосов, мешалок или вентиляторов. Очевидно, эти энергетические затраты должны учитываться при определении удельного расхода энергии.

Таким образом, теплообменные аппараты существенно влияют, на первоначальную стоимость холодильной машины и на расход анергии в процессе ее эксплуатации. Отсюда вытекают те специальные требования, которым должен удовлетворять аппарат в соответствии с его назначением и особенностями протекающих в нем процессов. Вместе с тем, можно выделить определенные общие требования, которые являются исходными при разработке новых и совершенствовании существующих конструкций теплообменных аппаратов. К ним относятся; высокая интенсивность теплопередачи, малое гидродинамическое сопротивление, простота конструкции, технологичность изготовления и дешевизна материалов, компактность и малая масса, удобство монтажа и ремонта, надежность, соответствие требованиям охраны труда, соответствие технологическому и эстетическому требованиям.