Глава 8. Теплообменные аппараты

К основным теплообменным аппаратам холодильных машин относят конденсаторы, испарители для охлажде­ния жидких сред и камерные приборы охлаждения (камерные батареи и воздухоохладители). К теплооб­менным аппаратам предъявляют следующие требова­ния: высокая интенсивность теплопередачи, небольшой расход металла на единицу теплового потока, простота и компактность конструкции, безопасность и удобство эксплуатации, легкость очистки аппарата от загрязне­ний, удобство перевозки и монтажа, низкая стоимость.

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор — это теплообменный аппарат, в кото­ром пар холодильного агента охлаждается и конденси­руется при отводе теплоты охлаждающей средой (воз­духом или водой).

По роду охлаждающей среды различают конденсато­ры с воздушным охлаждением (ребристо-змеевиковые и листотрубные с принудительной и естественной цир­куляцией воздуха), водяным охлаждением (горизон­тальные и вертикальные кожухотрубные, кожухозмеевиковые) и водовоздушным охлаждением (ороситель­ные и испарительные).

Конденсаторы с водяным охлаждением имеют интен­сивную теплопередачу и компактную конструкцию. Од­нако в условиях эксплуатации часто воздушное охлаж­дение конденсатора является более целесообразным (простота монтажа, эксплуатации и экономия воды).

В конденсаторах теплота от холодильного агента передается охлаждающей среде через разделяющую стенку. Количество переда­ваемой теплоты (в единицу времени), т.е. тепловой поток в конден­саторе, определяют по формуле

где Q — тепловой поток, Вт;

k — коэффициент теплопередачи, равный количеству теплоты, переходящей от холодильного агента

к охлаждающей сре­де через стенку поверхностью 1 м² в единицу времени (се­кунду) при

разности между температурами сред 1 К, Вт/(м²•К);

F — площадь поверхности теплопередачи, м²;

Ө_т — средний температурный напор между холодильным аген­том и охлаждающей средой. Коэффициент теплопередачи в конденсаторах зависит от интен­сивности теплоотдачи со стороны холодильного агента и охлажда­ющей среды, воды или воздуха, а также от теплового сопротивления стенки аппарата. Коэффициент теплопередачи можно определить по уравнению

где α₁ и α₂ — коэффициенты теплоотдачи со стороны холодильного агента и охлаждающей среды; они

равны количеству теплоты, переходящей соответственно от холодильного агента к стенке

поверхностью 1 м² или от поверхности стенки к охлаждающей среде в единицу времени

(се­кунду) при разности между температурами среды и поверхности стенки 1 К, Вт/(м²•К);

δ_п —толщина отдельных слоев стенки, м;

λ_п— коэффициент теплопроводности отдельных слоев стен­ки, он равен количеству теплоты,

проходящему сквозь стенку однородного материала толщиной 1 м, площа­дью

поверхности 1 м² в единицу времени (секунду) при разности температур на поверхностях

стенки 1 К. Вт/(м•К).

Обратную коэффициенту теплопередачи величину 1/k м²•К/Вт называют общим тепловым сопротивлением и определяют по формуле

где 1/α₁ и 1/α₂— тепловое сопротивление теплоотдачи, м²•К/Вт;

— сумма тепловых сопротивлений теплопроводности всех слоев стенки, м²•К/Вт.

Стенку конденсатора изготовляют из теплопроводных материа­лов (стали, меди, алюминия). Но тепловое сопротивление стенки зна­чительно увеличивается при загрязнении, которое появляется в про­цессе эксплуатации холодильной установки. Поверхность аппарата со стороны холодильного агента, не растворяющего масло, загрязня­ется маслом, которое попадает с парами из компрессора (в конден­саторах для R12 загрязнения поверхности маслом не наблюдается). На поверхности конденсатора со стороны охлаждающей воды откла­дывается водяной камень. Со стороны воздуха поверхность загряз­няется пылью. Кроме загрязнений некоторые покрытия (например, краска на поверхности аппарата) также значительно увеличивают тепловое сопротивление. Значения коэффициентов теплопроводности некоторых металлов, а также осадков, загрязнений и покрытий при­ведены в табл. .

Таблица

Загрязнения и покрытия поверхности аппарата ухудшают тепло­передачу, поэтому практические значения коэффициентов теплопере­дачи конденсаторов (см. табл. ) значительно отличаются от зна­чений, подсчитанных для чистых стенок.

При эксплуатации холодильной установки поверхность конденса­тора необходимо регулярно очищать.

Теплоотдача со стороны охлаждающей среды представляет со­бой процесс теплообмена между водой или воздухом и поверхностью стенки при их непосредственном соприкосновении. Теплоотдача осу­ществляется путем конвекции и теплопроводности.

На интенсивность теплоотдачи, характеризуемую коэффициентом теплоотдачи а, влияет много факторов, но в основном физические свойства среды, характер и скорость ее движения (скорость движе­ния воды в конденсаторе составляет 1—2 м/с, воздуха —3—6 м/с).

Примерные значения коэффициентов теплоотдачи со стороны охлаждающей среды в конденсаторах составляют для воды α= 3500÷4600 Вт/(м²•К), для воздуха при свободном движении α= 1.6÷12 Вт/(м²•К) и вынужденном движении α=20÷60 Вт/(м²•К).

Интенсивность теплоотдачи со стороны холодильного агента при конденсации зависит от характера образования конденсата и ско­рости удаления его с теплопередающей поверхности. По характеру образования жидкости на стенке различают пленочную, капельную и смешанную конденсации. В аппаратах холодильной установки на­блюдается пленочная конденсация холодильного агента. Пленка жид­кости на поверхности аппарата увеличивает тепловое сопротивление теплоотдаче, поэтому ее необходимо быстрее удалять с поверхности.

При конденсации коэффициент теплоотдачи значительно умень­шается, если в паре содержится воздух. В этом случае у холодной поверхности стенки создается воздушно-паровой слой с меньшим содержанием пара, чем в основном потоке, так как из этих слоев пар выпадает в виде конденсата на холодную поверхность аппарата. Воздушно-паровой слой препятствует движению пара к поверхности конденсации и переходу теплоты, что вызывает повышение темпера­туры конденсации и давления в конденсаторе.

Примерные значения коэффициентов теплоотдачи при конденса­ции следующие: для воды α=4500÷750 Вт/(м²•К), для чистого аммиака α= 10500÷7500 Вт/(м²•К), для смеси аммиака с воздухом, содержащей воздуха 5% по объему, α = 4500÷5800 Вт/(м²•К) при плотности теплового потока q_F—5800÷17500 Вт/м², для R12 α= 1200÷2300 Вт/(м²•К), для R22 α= 1500÷3000 Вт/(м²•К).

Когда коэффициент теплоотдачи с одной стороны стенки мал по сравнению с коэффициентом теплоотдачи по другую сторону стенки, коэффициент теплопередачи по величине будет приближаться к мень­шему значению коэффициента теплоотдачи. В этом случае интенсив­ность теплопередачи можно повысить путем увеличения поверхности (оребрением) на стороне, имеющей меньший коэффициент тепло­отдачи. Например, в конденсаторе с воздушным охлаждением с од­ной стороны находится конденсирующийся R12 [α₁= 1200÷2300 Вт/(м²•К)], а с другой —воздух [α₂ = 20÷60 Вт/(м²•К)]. В этом случае со стороны воздуха устанавливают ребра. Если R12 в кон­денсаторе охлаждают не воздухом, а водой, то α₂ будет больше, чем α₁, так как коэффициент теплоотдачи со стороны воды α₂= 3500÷4600 Вт/(м²•К). Тогда ребра применяют со стороны R12.

Ребра могут составлять одно целое со стенкой, или их можно из­готовлять раздельно, а затем плотно соединять с поверхностью тру­бы. При насадке ребер должен быть плотный контакт между стен­кой и ребром, иначе в месте перехода теплоты от стенки к ребру бу­дет большое тепловое сопротивление.

Эффективность теплопередачи конденсатора характеризуется не только коэффициентом теплопередачи k, но и плотностью теплового потока

Средний температурный напорӨ_т графически можно предста­вить (рис ) как высоту прямоугольника, площадь которого равна площади, заключенной между линия­ми изменения температур холодильно­го агента и охлаждающей среды вдоль поверхности F при равных ос­нованиях. Температуру холодильного агента принимают постоянной, равной температуре конденсации, так как вы­падение конденсата наблюдается на всей поверхности аппарата. Темпера­тура охлаждающей среды изменяется криволинейно в процессе теплообме­на, поэтому следует определять сред­ний логарифмический температурный напор

Рис. . Средний температурный напор:

t_к - температура конденсации

холодильного агента; t_в1 и t_в2 —

тем­­­­­­пе­ратура воды в начале и в конце теплообмена; Ө₁ и Ө₂ —темпера­турный напор в начале и в конце теплообмена; Ө_т —средний температурным напор.

где Ө₁ и Ө₂ — температурный напор в начале и конце теплообмена, К.

Если температурные напоры в начале и конце теплообмена незначительно различаются и Ө₁/Ө₂ <2,

можно применять средний арифметический температурный напор

Конденсаторы с воздушным охлаждением

Такие конденсаторы чаще всего применяют в малых холодильных агрегатах, в которых водяное охлаждение нецелесообразно, так как усложняет и удорожает экс­плуатацию, а также вызывает необходимость монтаж­ных работ по подводу и отводу воды.

Рис. . Конденсатор КВЗ-10 с воздушным охлаждением для R12.

Конденсаторы с воздушным охлаждением представ­ляют собой ряд плоских вертикальных змеевиков из медных или стальных труб, в которых протекает холо­дильный агент. Наружную поверхность змеевиков, об­мываемую воздухом, делают ребристой. Для оребрения применяют пластинчатые стальные или алюминиевые ребра. Для создания контакта между ребрами и трубами практикуют раздачу труб: в каждой трубе протяги­вают шарик или цилиндр, диаметр которого на 0,5 мм больше внутреннего диаметра труб. Применяют также гидравлический способ раздачи труб,

Ребристо-змеевиковый конденсатор КВЗ-10 с воз­душным охлаждением для RI2 показан на рис. . Площадь наружной поверхности конденсатора 10 м². Он состоит из пяти плоских змеевиков, изготовленных из красномедных труб диаметром 12x1 мм. На горизон­тальные трубы надеты 90 общих стальных пластинча­тых ребер с шагом между ребрами 4,5 мм. Оребренные трубы соединены в змеевик калачами 1. Для защиты от коррозии и надежного контакта применяют омеднение ребер и гальваническое лужение аппарата в собранном виде. Конденсатор закреплен в кожухе 2; который име­ет диффузор 3 для равномерного направления воздуха при обдувании секций.

Пары R12 подаются через верхний коллектор 4 и расходятся по змеевикам, а жидкий R12 отводится сни­зу через коллектор 5. Непосредственно за змеевиковым конденсатором устанавливают ресивер для сбора o6paзовавшейcя в конденсаторе жидкости. Охлаждающий воздух прогоняется через конденсатор вентилятором.

Вентилятор в агрегатах с сальниковыми компрессо­рами насаживают на вал электродвигателя. Воздух дви­жется в направлении от конденсатора к электродвига­телю со скоростью в живом сечении конденсатора 4— 5 м/с. Коэффициент теплопередачи таких конденсаторов 30—35 Вт/(м²•К). К конденсатору в агрегатах с герме­тичными компрессорами воздух подается отдельно уста­новленным вентилятором со своим электродвигателем. Вследствие низкого к.п.д. электродвигателя вентилято­ра оптимальная скорость движения воздуха в живом сечении составляет 2—4 м/с. При этом коэффициент теплопередачи конденсатора равен 25—30 Вт/(м²•К).

Рис. . Конденсаторы с естественной циркуляцией воздуха: а — алюминиевый листотрубный; б — с ребрами из стальной проволоки: в —трубы в листах.

В домашних холодильниках применяют конденса­торы воздушного охлаждения с естественной циркуля­цией воздуха (рис. ). Одной из основных конструкций является листотрубный конденсатор (рис. ,а). Он выполнен из двух алюминиевых листов, которые после нанесения на них специальной краской рисунка каналов подвергают в горячем состоянии прокатке, и листы сва­риваются, кроме закрашенных мест. После этого водой или воздухом под давлением 4—10 МПа листы разду­вают для получения каналов (рис. ,в). Такие конден­саторы относительно дешевы в изготовлении и обеспе­чивают достаточно интенсивную теплопередачу.

Наряду с ними применяют конденсаторы змеевиковые с ребрами из стальной проволоки (см. рис.,б). Они просты в изготовлении и достаточно эффективны.

Коэффициент теплопередачи конденсаторов с воз­душным охлаждением при естественной циркуляции воздуха 6—10 Вт/(м²•К).

Конденсаторы с водяным охлаждением

Рис. . Рис . Горизонтальные, кожухотрубные конденсаторы: а- для аммиака; б - для R12: 1-кожух; 2-трубные решетки; 3 - крышки; 4 - оребренные теплообменные трубки; 5-ресивер; 6-спускной клапан; 7 - предохранительный клапан; в - профиль накаткн труб.

Эти конденсаторы наиболее компактны и менее ме­таллоемки. Масса горизонтальных кожухотрубных и кожухозмеевиковых конденсаторов с водяным охлажде­нием составляет 40—45 кг на 1 м² площади поверхности теплообмена. Их применяют в холодильных установках любой производительности.

Горизонтальный кожухотрубный конденсатор для аммиака. Представляет собой стальной цилиндрический кожух 8, в котором расположены цельнотянутые труб­ки 9 диаметром 25x3 (рис. ,а). В трубках протекает вода. К кожуху с торцовых сторон приварены трубные решетки 10, в отверстия которых вставлены и разваль­цованы концы внутренних водяных труб. Решетки за­крыты крышками 11 с перегородками. С кожухом крыш­ки скреплены болтами.

В конденсаторе охлаждающая вода, подаваемая че­рез нижний штуцер в крышке, проходит по внутренним трубкам и выходит через верхний штуцер в крышке конденсатора. Вода, проходя по трубам, совершает по­следовательно несколько ходов, так как в крышках конденсатора имеются перегородки. Это способствует увеличению скорости движения воды в конденсаторе и коэффициента теплоотдачи, а также уменьшает расход охлаждающей воды.

Пары аммиака, поступающие сверху в межтрубное пространство, соприкасаются с холодной поверхностью горизонтальных водяных труб, конденсируются, и жид­кость стекает в нижнюю часть кожуха. Из конденсато­ра жидкий аммиак отводится к линейному ресиверу или непосредственно к регулирующему вентилю. Уровень жидкого аммиака в конденсаторе контролируется по указателю уровня 12,

К нижней части конденсатора приварен маслоотстойник, из которого выпускают масло через вентиль 7. Сверху на кожухе установлены манометр 3, предохра­нительный клапан 2, штуцер 1 для паровой уравнитель­ной линии с ресивером и штуцер 4 для отвода паро­воздушной смеси к воздухоотделителю. Последний раз­мещают как можно дальше от штуцера, через который поступают пары аммиака (пар подают в одном конце. кожуха, паровоздушную смесь отводят в другом). На одной из крышек в верхней части имеется кран 5 для выпуска воздуха из водяного пространства, а в нижней— кран 6 для слива воды.

В горизонтальных кожухотрубных конденсаторах для аммиака коэффициент теплопередачи 800—1000 Вт/(м²•К). Большая скорость движения воды (1,5— 2 м/с) и хороший отвод конденсата с теплопередающей поверхности труб обусловливают интенсивность тепло­передачи.

Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы для хладона.Они отличаются от аммиачных тем, что в них внутренние трубы применяют как стальные, так и мед­ные, и тем, что они со стороны хладона оребрены. Реб­ра бывают в виде стальных листов, надетых на трубы, или накатные (рис. ,б).

На рис. , б показан кожухотрубпый конденсатор КТР-12 для R12. Внутренние трубы конденсатора име­ют накатные ребра (см. рис. , в). Площадь теплопе­редающей поверхности со стороны R12 равна 12 м². Коэффициент теплопередачи, отнесенный к ребристой поверхности, 460—580 Вт/(м²•К). Коэффициент оребрсния 3,5. Для таких конденсаторов маслоотстойник не нужен, так как R12 хорошо растворяет масло, и оно циркулирует вместе с холодильным агентом. Нижняя часть конденсатора, где собирается образовавшаяся жидкость, является ресивером. При повышении избы­точного давления до 1,85 МПа≈18,5 кгс/см² предохра­нительный клапан 7 (см. рис. ,б) перепускает пар в испаритель или непосредственно в атмосферу. Спускной клапан 6 при резком значительном повышении давле­ния и температуры выпускает хладон наружу и этим исключает возможность взрыва.

В настоящее время горизонтальные кожухотрубные конденсаторы изготовляют поверхностью 2—300 м².

Трубы кожухотрубных конденсаторов очищают от водяного камня металлическими щетками «ершами». Менее трудоемок способ очистки труб от водяного кам­ня промывкой их 15—25%-ным раствором соляной кис­лоты с добавкой ингибитора ПБ-5, нейтрализующего кислотное воздействие на металл и предохраняющего трубки конденсатора от разъедания.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Эти. конденсаторы отличаются от горизонтальных располо­жением кожуха и распределением воды. Вода не запол­няет все сечение трубы, а протекает тонким слоем по внутренней поверхности.

Вертикальный кожухотрубный конденсатор для ам­миака изображен на рис. . В вертикальном цилинд­рическом кожухе 1 расположены трубы 2 диаметром 57X3 мм, развальцованные в трубных решетках. В верхней части конденсатора над кожухом находится водораспределительное устройство 7, состоящее из ба­ка и внутренней обечайки 8. Обечайка имеет вырезы для равномерного распределения воды, а каждая труб­ка— направляющую насадку 9 (колпачок), которая обеспечивает винтообразное движение воды по внутрен­ней поверхности трубы. Вода стекает в бетонный резер­вуар, который одновременно является и фундаментом конденсатора.

Пары аммиака поступают в межтрубное пространст­во через штуцер, расположенный в верхней части кожу­ха, и конденсируются на вертикальной поверхности внутренних труб.

Рис. . Вертикальный кожухотрубный конденсатор.

Жидкость стекает вниз, откуда отво­дится в ресивер 11 через штуцер, расположенный на высоте 80 мм от нижней трубной решетки, чтобы умень­шить попадание масла в испаритель. Воздух удаляется через патрубок 10, находящийся в кожухе над уровнем жидкости, а также через патрубок, расположенные вверху кожуха.

На конденсаторе и ресивере установлены трехходовые запорные вентили с двумя предохранительным; клапанами 5, уравнительная паровая трубка 4, соединяющая кожух конденсатора с ресивером, маслоспуск ной вентиль, манометры 6 и указательное стекло 3 для наблюдения за уровнем жидкого аммиака и масла.

Коэффициент теплопередачи вертикального кожухо трубного конденсатора 700—900 Вт/(м²•К). Его достоинства — компактность конструкции и относительная легкость очистки труб от водяного камня, что позволяет использовать воду наружных водоемов без предварительной очистки. Такие конденсаторы применяют в ам­миачных установках большой холодопроизводительностн, устанавливают их вне машинного отделения.

Кожухозмеевиковые конденсаторы.Их выпускают двух видов (рис. ); с одной трубной решеткой и с отъемной крышкой или кожухом, заваренным с обеих сторон.

Кожухозмеевиковый конденсатор с отъемной крыш­кой марки КТР-3 для R12 (рис. , а) имеет площадь теплопередающей поверхности 3 м². Его кожух 1 изго­товлен из цельнотянутой стальной трубы. С одной сто­роны к ней приварено сферическое днище, а с другой — фланец для крепления решетки 2 и крышки 3. В кожухе размещено восемь У-образных медных труб со стальны­ми пластинчатыми ребрами (применяют также трубы с накатными ребрами). Концы труб развальцованы в стальной трубной решетке, закрытой снаружи литой чугунной крышкой 3 с внутренними перегородками. По трубкам проходит вода, совершая четыре хода. Трубы размешают в верхней части кожуха, а нижнюю исполь­зуют в качестве ресивера для жидкого холодильного агента. Снизу к кожуху приварен сборник жидкости 4. На выходе из сборника установлен запорный жидкост­ный вентиль 5. В стенку кожуха вместо предохрани­тельного клапана ввернута легкоплавкая пробка 6. При температуре 70° С она расплавляется, и кожух соединя­ется с атмосферой, в результате чего исключается опасное повышение давления.

Рис. . Кожухозмеевиковые конденсаторы для хладонов:

а — с отъемной крышкой; б — с заваренным кожухом.

Кожухозмеевиковый конденсатор с заваренным ко­жухом (рис. , б) применяют в водоохладительных машинах торговых автоматов. Конденсатор имеет де­сять стальных труб 1 с навитыми латунными ребрами 2. Трубы соединены калачами. Наружную поверхность труб с ребрами лудят гальваническим способом. Концы змеевика вварены в дно 4. Снаружи к ним приварены штуцера для подсоединения гибких водопроводных шлангов. Пары хладона подводят в кожух 3 конденса­тора сбоку по трубе 6, а жидкость из нижней части кожуха отводят по трубке 5. На жидкостной трубе по­ставлены вентиль и фильтр.

Кожухозмеевиковые и горизонтальные кожухотруб-ные конденсаторы хорошо работают при использовании мягкой и чистой воды, когда отложения в трубах незна­чительны.

Конденсаторы с водо-воздушным охлаждением

В таких конденсаторах теплота от холодильного агента отводится водой и воздухом одновременно. Расход воды в них значительно меньше, чем в конденсаторах с водяным охлаждением.

Рис. . Оросительный конденсатор:

1 - водораспределительный желоб; 2 -сливная сетка; 3-приемная сетка; 4 - трубопровод рециркуляционной воды;

5 - вентиль для выпуска масла в маслосборник; 6 - уравнительная линия; 7 - вентиль для выпуска воздуха;

8- водораспределительный бачок; 9 - трубопровод свежей воды.

Оросительные конденсаторы. Их выполняют в виде плоских змеевиков (секций), орошаемых снаружи во­дой. Теплоту от холодильного агента отнимает вода часть которой испаряется. Для испарения воды к оро­сительным конденсаторам необходим хороший доступ воздуха.

Оросительный конденсатор для аммиака с нижним подводом паров и промежуточным отводом жидкого ам­миака показан на рис. . Каждая секция такого кон­денсатора имеет по высоте 14 труб диаметром 57X3 мм и четыре промежуточных отвода.

Пары аммиака поступают в змеевики снизу через общий коллектор. Конденсат, отводится из четвертой, восьмой, десятой, двенадцатой и четырнадцатой труб в стояк, откуда сливается в ресивер. Из верхней трубы конденсатора и верхней части ресивера отводится воз­дух через вентиль 7 к воздухоотделителю.

Вода поступает на конденсатор из распределитель­ного бака 8 через желоб 1 треугольного сечения с зуб­чатыми кромками и равномерно оро­шает поверхность змеевиков, стекая в поддон.

Над оросительным конденсатором можно смонтировать устройство для охлаждения воды в виде градирни из деревянных реек. Это позволяет пов­торно использовать воду для охлаж­дения конденсатора и сократить расход свежей воды.

Коэффициент теплопередачи 700— 900 Вт/(м²•К). Такие конденсаторы применяют в крупных аммиачных хо­лодильных установках и размещают вне здания на специальных площадках или крыше машинного отделения. Их окружают жалю-зийными стенками, которые не мешают циркуляции воздуха, но препятствуют уносу капель воды ветром. Преимущества оросительных конденсаторов — сравни­тельно малый расход свежей воды (около 30% общего количества циркулирующей воды) и относительная легкость очистки наружной поверхности труб от водя­ного камня. Но они громоздки и в них невозможно осу ществить переохлаждение жидкости. Их выпускают по­верхностью 30—90 м².

Оросительные конденсаторы целесообразно приме­нять в случае недостатка охлаждающей воды или если вода жесткая либо сильно загрязненная.

Испарительные конденсаторы. В таких конденсато­рах (рис. ) змеевики с холодильным агентом распо­ложены в плотном кожухе. Змеевики' 5 орошаются во­дой, а в противоток движению воды прогоняется воздух вентилятором 2. При обдувании воздухом вода интен­сивно испаряется, в результате чего температура ее не повышается. Поэтому вода, стекающая в нижнюю часть кожуха (поддон), вновь направляется насосом 1 к раз­брызгивающему устройству4 для орошения змеевиков конденсатора, при этом не требуется промежуточного охлаждения воды. Часть воды испаряется в конденсато­ре, а часть уносится воздухом. Для уменьшения уноса воды в конденсаторе установлен каплеуловитель 3. Рас­ход свежей воды примерно 3% от количества циркули­рующей воды. Поплавковый вентиль 6 поддерживает постоянный уровень воды в поддоне, пропуская в него свежую воду.

Рис. . Испарительный конденсатор.

Такие конденсаторы применяют в средних и крупных установках при недостатке охлаждающей воды. Их можно устанавливать как вне машинного отделения, так И в закрытых помещениях.

Расчет и подбор конденсаторов

При проектировании холодильных установок чаще всего приходится подбирать конденсатор по площади теплопередающей поверхности F_K (в м²), которую рас­считывают, пользуясь формулой (43),

где Q_к — тепловой поток, проходящий через конденсатор, Вт (под­считывают по формулам главы 6).

Коэффициент теплопередачи k можно принять по табл. , а средний температурный напор Ө_т между конденсирующимся холодильным агентом вычисляют по формуле (45).

Температуру конденсации принимают в зависимости от температуры охлаждающей воды. Чем меньше раз­ность между температурами воды и холодильного агента, тем ниже температура и давление конденсаций. При этом уменьшается расход энергии на работу машины и увеличивается холодопроизводительность. Однако при этом увеличиваются размеры конденсатора и расходу­ется больше металла. Оптимальную разность между температурами в теплообменных аппаратах определя­ют технико-экономическим расчетом.

В конденсаторах холодильных установок экономиче­ски целесообразно поддерживать температуру конден­сации на 3—5° С выше температуры воды, выходящей из конденсатора, а нагревание воды в конденсаторе — на 2—6° С в зависимости от типа конденсатора.

По величине площади теплопередающей поверхно­сти подбирают конденсатор в справочниках и каталогах.

Расход воды в конденсаторе при условии, что вся теплота отводится водой, определяют по формуле

где V_B —расход воды в конденсаторе, м³/с;

с_в — теплоемкость воды [с_в=4187 Дж/(кг•К) =1 ккал/(кг•°С)];

ρ_в — плотность воды (ρ_в=1000 кг/м³);

t_в1 — t_в2 — разность между температурами воды на выходе из конденсатора и входе в него, °С (t_в2 — t_в1=2÷6°С).

Расход воды, необходимой для оросительных конден­саторов, когда теплота отводится частично воздухом, но заводским данным, 0,6—0,8 м³/ч на 1 м² поверхности. При этом расход свежей воды составляет около 30%, а при наличии градирни—10—12% общего количества циркулирующей.

Пример. Определить теплопередающую поверхность и расход воды в кожухотрубном конденсаторе аммиачной холодильной машины холодопроизводительностью Q_o=116 кВт при температуре кипения аммиака t_о=—15° С и температуре пара, всасываемого в компрес­сор, t_вс= — 5° С, если температура воды, поступающей на конденса­тор, t_в1=20°С.

Принимают нагревание воды в конденсаторе на 5°С, а темпера­туру конденсации на 4° С выше температуры выходящей воды. Тогда

Параметры, необходимые для расчета, определяют по табли­цам и диаграммам для соответствующего холодильного агента.

Энтальпия пара, поступающего в компрессор, i₁=1687 кДж/кг.

Энтальпия перегретого пара в конце сжатия i₂=1915 кДж/кг.

Энтальпия сконденсированной жидкости i₃ = i₄=546 кДж/кг.

Массовый расход циркулирующего в машине аммиака подсчи­тывают по формуле (4)

Тепловой поток, проходящий через конденсатор, подсчитывают по формуле (24)

Коэффициент теплопередачи горизонтального кожухотрубного конденсатора для аммиака k=950 Вт/(м²•К) принимают по табл. .

Таблица

Средний логарифмический температурный напор подсчитывают по формуле (45)

Плотность теплового потока определяют по уравнению (44)

Площадь теплопередающей поверхности конденсатора опреде­ляют по формуле (47)

По каталогу принимаем конденсатор 25КТГ F=25 м².

Расход воды в конденсаторе рассчитывают по формуле (48)

ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД

И КАМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Испарители — теплообменные аппараты, в которых кипит холодильный агент, воспринимая теплоту от ох­лаждаемой среды. По виду охлаждаемой среды разли­чают испарители; для охлаждения жидких хладоносителей—воды, рассола или других незамерзающих жидко­стей, для охлаждения воздуха — камерные батареи непосредственного охлаждения (с естественной циркуляцией воздуха) и воздухоохладители непосредственного охлаждения (с принудительной циркуляцией воздуха). По характеру заполнения холодильным агентом ис­парители разделяют на затопленные, в которых поддер­живается определенный уровень жидкого холодильного агента, и незатопленные или сухие, в которых нет уров­ня жидкости (змеевиковые аппараты, заполняемые не­посредственно от регулирующего вентиля).

Холодильный агент в испарителе воспринимает теплоту от ох­лаждаемой среды через разделяющую стенку. Тепловой поток в ис­парителе определяют по формуле (43).

Интенсивность теплопередачи в испарителях зависит от интен­сивности теплоотдачи со стороны охлаждаемой среды (воздуха, рассола) и со стороны кипящего холодильного агента, а также от теплового сопротивления стенки аппарата.

Со стороны охлаждаемого воздуха или рассола теплоотдача за­висит главным образом от скорости их движения. Скорость движения рассола в испарителях 1—2 м/с. Примерные значения коэффициентов теплоотдачи в испарителях: для рассола 600—1700 Вт/(м²•К), для воздуха при свободном движении 6—12 Вт/(м²•К), для воздуха при принудительном движении 14—40 Вт/(м²•К).

Теплоотдача со стороны холодильного агента зависит от харак­тера образования пара и скорости удаления его с поверхности наг­рева.

По характеру образования пара различают пузырчатое и пле­ночное кипение. При пузырчатом кипении на теплопередающей по­верхности образуются отдельные пузырьки пара. Центрами паро­образования являются впадины поверхности, а также пузырьки га­зов, легко выделяющиеся на поверхности нагрева. При пленочном кипении между жидкостью и поверхностью нагрева образуется плен­ка пара, из которой пар большими пузырями поднимается вверх. Пленка пара увеличивает тепловое сопротивление, ухудшая тепло­отдачу. Коэффициент теплоотдачи значительно выше при пузырча­том кипении, так как большая часть поверхности покрыта жидко­стью.

В испарителях холодильной установки происходит пузырчатое кипение.

Стенку испарителя изготовляют из теплопроводных материалов, но тепловое сопротивление стенки испарителя (как и конденсатора) значительно увеличивается в результате всевозможных отложений на поверхности. Со стороны холодильного агента поверхность может быть загрязнена маслом, со стороны рассола — продуктами коррозии и отложениями самого рассола, со стороны воздуха на охлаждающей поверхности выпадает влага в виде воды, инея, льда. Для защиты от коррозии наружную поверхность аппарата покрывают краской, суриком, антикоррозийным лаком и пр. Многие виды покрытий и за­грязнений, имея низкий коэффициент теплопроводности (см. табл. ), увеличивают тепловое сопротивление стенки и снижают интенсив­ность теплопередачи аппарата.

При проектировании испарителей холодильной установки сред­ний температурный напор между охлаждаемым рассолом и холодильным агентом определяют по формуле (46) как средний ариф­метический или принимают равным 4—5^оlC в аммиачных испарите­лях и 6—8° С в испарителях с медными накатными трубками для хладонов. При охлаждении воздуха температурный напор принимают 10—15°С, а в отдельных случаях меньше (при хранении фруктов). Практические значения коэффициентов теплопередачи различных конструкций испарителей с учетом возможных загрязнений стенки ап­парата даны в табл. .

Испарители для охлаждения

жидких хладоносителей

Испарители для охлаждения жидкого хладоносителя применяют в установках холодопроиз­во­дительностью свыше 14 кВт.

В зависимости от характера заполнения хладоносителем различают испарители закрытого и открытого типов.

В испарителях закрытого типа хладоноситель (рас­сол) с воздухом не соприкасается. В испаритель рассол подается насосом, а из испарителя охлажденный рассол поступает в охлаждающие приборы, расположенные в холодильных камерах. К этому типу относят кожухотрубные, кожухозмеевиковые и змеевиковые испарители.

В испарителях открытого типа поверхность рассола соприкасается с воздухом. Рассол из испарителя откры­того типа забирается насосом и под напором подается в охлаждающие батареи камер (или воздухоохладите­ли), откуда сливается обратно в испаритель. К такому типу испарителей относят панельный.

Хладоносителями называют обычно жидкие тела, которые ис­пользуют для переноса теплоты от охлаждаемой среды к холодиль­ному агенту в испарителе. Принципиальная схема охлаждения с по­мощью жидкого хладоносителя показана па рис. . Охлажденный в испарителе жидкий хладоноситель насосом нагнетается в батарею, установленную в охлаждаемом помещении, где он воспринимает теп­лоту, а затем возвращается в испаритель и отдает эту теплоту кипя­щему холодильному агенту.

Рис. . Зависимость темпера­туры затвердевания раствора от концентрации соли в рас­творе.

Рис. . Принципиальная схема охлаждения жидким хладоносителей.

Хладоносители должны отвечать следующим требованиям: иметь низкую температуру замерзания, обладать высокой теплоемкостью, быть безвредными, безопасными и химически нейтральными по отно­шению к металлам, из которых изготовляют аппараты и трубопро­воды, иметь низкую стоимость.

Самый дешевый и доступный хладоноситель — вода. Она имеет большую теплоемкость, но недостатком ее является высокая темпе­ратура замерзания, поэтому ее применяют только при температуре охлаждаемой среды выше 0°С (например, в установках кондицио­нирования воздуха).

Для температур ниже 0°С в качестве хладоносителей исполь­зуют водные растворы солей (рассолы). Наиболее распространены растворы хлористого натрия (поваренная соль) NaCl и хлористого кальция СаСl₂.

Свойства рассолов зависят от концентрации соли в растворе (рис. ). Левые ветви кривых показывают, что с увеличением кон­центрации соли температура замерзания рассола понижается до определенного значения, называемого криогидратyой точкой (точка а). Криогидратной точке соответству­ют определенная концентрация для каждой соли и самая низкая темпе­ратура замерзания раствора. Дальнейшее увеличение концентрации, наоборот, влечет за собой повыше­ние температуры замерзания, что характеризуют правые ветви кри­вых.

Если концентрация рассоле не соответствует криогидратной точ­ке, то при температуре замерзания раствор полностью не замерзает.

При замерзании рассола с концентрацией меньше криогидратиой выделяется лед, поэтому левую ветвь кривой называют кривой вы­деления льда. Если охлаждать рассол СаСl₂ концентрацией 18% соли в растворе, то концентрация его будет постоянной до температуры -14°С (точка b), а при дальнейшем охлаждении будет выделяться лед. Концентрация оставшегося жидкого раствора будет увеличи­ваться, а температура затвердевания понижаться до температуры, соответствующей криогидратиой, при которой весь рассол замерзнет. Замерзшая масса представит собой смесь кристаллов льда и твер­дого раствора эвтектической концентрации.

При охлаждении рассола СаСl₂, концентрация которого больше, чем в криогидратиой точке (например, 33%), концентрация раствора остается постоянной до температуры, соответствующей точке с, при которой начнется выделение кристаллов соли. При дальнейшем ох­лаждении концентрация оставшегося жидкого раствора будет умень­шаться до криогидратиой, температура замерзания соответственно снизится. Этот процесс характеризуется точками, лежащими на пра­вой кривой, которую называют кривой выделения соли. При темпе­ратуре, соответствующей криогидратиой точке, весь раствор замерз­нет. В состав замерзшей массы будут входить кристаллы соли и твер­дого раствора эвтектической концентрации. При охлаждении рассола концентрацией, соответствующей криогидратной точке, ни лед, ни соль не выпадут из раствора, а при достижении температуры, соот­ветствующей криогидратной точке (точка а), рассол замерзнет в ви­де однородной массы — эвтектики.

Криогидратную точку для раствора NaCl в воде характеризуют температура замерзания— 21,2° С и содержание соли в растворе 23,1%, а для раствора СаСl₂ — температура — 55° С и содержание соли 29,9%.

Концентрация рассола должна соответствовать режиму работы холодильной установки, но не превышать концентрации криогидрат­ной точки. При увеличении концентрации рассола повышается плот­ность и уменьшается теплоемкость, и, следовательно, увеличивается расход энергии на перекачку рассола. Однако при недостаточной кон­центрации возможно замерзание рассола в испарителе (в случае колебания температур кипения холодильного агента). Поэтому тем­пературу затвердевания рассола рекомендуется поддерживать на 5—8^oС ниже температуры кипения холодильного агента. В связи с этим рассол NaCl можно применять только при температурах кипе­ния агента выше —15° С, а рассол CaCl₂— при более низких темпе­ратурах (до —45÷—48°С). Концентрацию определяют по плотности рассола ареометром при 15° С.

Свойства рассолов указаны в приложениях 7, 8.

Недостаток всех рассолов — воздействие их на металл. В при­сутствии кислорода воздуха рассолы вызывают сильную коррозию.

Попадание кислорода в рассол можно сократить путем умень­шения поверхности соприкосновения рассола с воздухом (например, применяя закрытую рассольную систему). Коррозию также можно ослабить добавлением к рассолу пассиваторов, т. е. веществ, замед­ляющих коррозию металлов, — хромат натрия NaCrO₄ с едким нат­ром NaOH.

Чтобы получить температуры ниже —50° С, в качестве хладо-носителей используют органические вещества; водный раствор этиленгликоля с температурой замерзания около—72° С, фреон-30 (СНзСl) с температурой в эвтектической точке —96,7° С и фреон-11 (для температуры —90÷----—100°С). Эти вещества также гораздо меньше воздействуют на металлы.

Зависимость температуры замерзания водного раствора этиленгликоля от концентрации:

Концентрация этиленгликоля, % 30 40 50 60 70

Температура замерзания, °С —16 —25,5 —37,2 —51 —67,2

Рис. . Кожухотрубный аммиачный испаритель.

К ожухотрубные рассольные испарители.Их устрой­ство аналогично устройству кожухотрубных горизон­тальных конденсаторов. В межтрубном пространстве ки­пит холодильный агент, а по трубам циркулирует рас­сол, совершая несколько ходов.

Многоходовой кожухотрубный аммиачный испари­тель закрытого типа затопленный показан на рис. . В кожухе 4 расположены теплообменные трубы 5 диа­метром 25x3 мм. Концы труб развальцованы в стальных трубных решетках 6, приваренных к кожуху 4. С торцо­вых сторон кожух закрыт чугунными крышками 1 и 7. От регулирующего вентиля жидкий аммиак подводится в нижнюю часть межтрубного пространства через шту­цер 9. При нормальной работе испарителя межтрубное пространство заполняется жидкостью на высоту 0,8 диа­метра кожуха. Уровень жидкости в кожухе контролиру­ется поплавковым регулятором 2. Пары отсасываются сверху через сухопарник 3 (отделитель жидкости), при­варенный к кожуху. Маслосборник 8 предназначен для выпуска масла и загрязнений.

Под напором насоса рассол поступает в трубки испа­рителя через нижний штуцер крышки 7, а выходит через верхний. В крышках испарителя устроены перегородки. Рассол, проходя по трубам, совершает несколько (4 или 8) ходов, что способствует увеличению скорости движе­ния рассола по/трубам до 1—1,5 м/с. В испарителе рас­сол охлаждается на 2—

—3°С. Коэффициент теплопередачи 400—520 Вт/(м²•К). В верхней части крышек 1 и 7 пре­дусмотрены краны для выпуска воздуха из рассольного пространства, а в нижней — краны для слива рассола.

Преимущества многоходовых кожухотрубных испа­рителей— простота и компактность конструкции, эффек­тивность теплопередачи, возможность устройства закры­той системы циркуляции рассола.

Недостаток—опасность разрыва труб в случае замер­зания в них рассола. Это может произойти при недоста­точном содержании соли в рассоле, а также при случай­ной остановке насоса для рассола. Аммиачные горизон­тальные кожухотрубные испарители выпускаются с площадью поверхности до 300 м².

Рис. . Испарители для хладонов: а —кожухотрубный; б — кожухозмеевиковый; в — труба биметаллическая (наружная медноникелевая диаметром 22x1 мм, внутренняя алюминиевая диаметром 20x1 мм) с внутренним оребрением.

Кожухотрубные многоходовые испарители широко применяют и в холодильных машинах, работающих на хладонах и фреонах. От аммиачных они отличаются мед­ными толстостенными трубами, оребренными со стороны хладона. Ребра накатные такого же профиля, как и у конденсаторов, коэффициент оребрения 3,5. Коэффици­ент теплопередачи кожухотрубных испарителей для R12, отнесенный к оребренной поверхности, 230—350 Вт/(м²•К). Температурный напор при проектировании таких аппаратов принимают 5—8°С (больше, чем в аммиач­ных рассольных испарителях) вследствие более высокой стоимости медных накатных труб.

В испарителях, работающих в режиме кондициониро­вания воздуха на R22, можно применять гладкие трубы, так как коэффициент теплоотдачи R22 на 20—30% боль­ше, чем для R12.

В больших кожухотрубных испарителях для хладонов и фреонов (рис. , а) жидкий холодильный агент пода­ется через коллектор 1. соединенный с кожухом в не­скольких местах, и заполняет кожух на высоту 0,5—0,6 его диаметра. Уровень холодильного агента в таких ис­парителях ниже, чем в аммиачных, так как из-за нали­чия в хладоне растворенного масла при кипении он вспенивается. Из верхней части кожуха пар выходит через штуцер 5. Для подсушивании пара за испарителем устанавливают теплообменник. На кожухе размещены предохранительный кланан 4, манометр 6 и смотровое стекло 7. Хладоноситель подастся через штуцер 2 в крышке испарителя. Совершив по трубкам восемь ходов, он выходит через штуцер 3.

Кожухозмеевиковые испарители. Эти испарители (рис. , б) применяют для охлаждения воды до 2—3°С. Они имеют одну трубную решетку и U-образные трубки, в которых кипит холодильный агент (R12 или R22), а вода проходит по межтрубному пространству. В таких испарителях исключена опасность разрыва трубок при замерзании воды. Для повышения интенсивности тепло­отдачи со стороны хладона, а значит, и коэффициента теплопередачи в этих аппаратах применяют трубы с внутренним оребрением (рис. , в). В последнее время в кожухозмеевиковых испарителях применяют биметал­лические трубы, в которых дорогостоящая медь частично замелена алюминием.

К достоинствам кожухозмеевиковых испарителей с виутритрубным кипением относят уменьшенное количе­ство холодильного агента в системе (в 2—3 раза) по сравнению с кожухотрубными аппаратами затопленного типа, что имеет особенно большое значение ввиду высо­кой стоимости хладонов и фреонов.

Испарители с виутритрубным кипением (тип ИТВТ) можно применять и для охлаждения рассола. Они быва­ют кожухозмеевиковые с одной трубной решеткой и U-образными трубами, а также кожухотрубные с двумя трубными решетками.

Кожух и крышки всех испарителей изолируют.

Змеевиковые испарители для охлаждения жидкости (воды, пива, соков). Их применяют в мелких холодиль­ных машинах торговых автоматов, работающих на R12. Теплообмен в них осуществляется от трубы к трубе при непосредственном контакте или через промежуточную

Рис. . Испаритель-водоохладитель:

а — торгового автомата;

б — водоохладительной колонки.

среду (сплав алюминия с медью), Испаритель-водоохладитель торгового автомата показан на рис. , а. Та­кой водоохладитель одновременно является и сатурато­ром. Змеевики 2 для воды изготовлены из латунных труб диаметром 10х1 мм, змеевики 3 для R12 — из мед­ных труб диаметром 10X1 мм. Оба змеевика залиты сплавом 4 алюминия с медью. Сплав 4, являясь проме­жуточной средой, предназначен для равномерной пере­дачи теплоты.

Змеевики 1 сатуратора и часть труб водяного змее­вика размещены на поверхности металлической заливки. Снаружи аппарат изолирован.

Водоохладитель с непосредственным контактом меж­ду трубами (рис. , б) состоит из двух змеевиков: зме­евик 2 из латунных труб диаметром 10x1 мм для воды, змеевик 1 из медных труб того же диаметра для хладона. Змеевики навиты в виде спиральной пружины таким об­разом, что змеевик для хладона плотно вворачивается в змеевик для воды. Контакт между змеевиками достига­ется горячим цинкованием обоих змеевиков в сборе. Сна­ружи змеевики покрыты изоляцией 3.

Панельный аммиачный испаритель. Испаритель от­крытого типа, затопленный (рис. , а) состоит из бака 8 прямоугольного сечения с испарительными секциями панельного типа. Каждая секция состоит из панелей 9, выполненных из двух листов стали с выштампованными канавками и соединенных контактной точечной сваркой (рис. ,б). Канавки образуют вертикальные каналы, соединенные снизу и сверху горизонтальными коллекто­рами 7 и 14. По длине секции размещено несколько па­нелей, сваренных по боковым кромкам дуговой сваркой. Все секции включены параллельно, для этого они объе­динены общим жидкостным 11 и паровым 5 коллектор рами.

Рис. . Панельный испаритель:

а — испаритель;

б — штампованная стальная панель.

Жидкий аммиак через вентиль 10 поступает в распре­делительный коллектор 11, откуда по трубам 12 направ­ляется в нижний горизонтальный коллектор 14 каждой секции и заполняет вертикальные каналы панели почти до верхнего коллектора. В нижнем коллекторе и верти­кальных каналах аммиак кипит, отнимая теплоту от рассола, циркулирующего в баке. Образовавшиеся при кипении пары выходят в верхний коллектор 7, а через сборный коллектор 5 — в отделитель жидкости 4, где в связи с изменением направления и скорости движения капли жидкости, увлеченные паром, опускаются и по трубам 6 и 2 возвращаются в нижний коллектор. Сухой пар через патрубок 3 отсасывается компрессором, На мировом коллекторе установлены предохранительный клапан 15 и манометр 16. Масло и загрязнения выпуска­ют через сборник 1.

Охлажденный рассол забирается насосом из нижней части бака, а отепленный стекает в бак сверху. В баке рассол циркулирует под действием винтовой мешалки 13 Скорость движения рассола в баке 0,5—0,8 м/с. Стенки и днище бака испарителя снаружи изолируют, а сверху бак закрывают деревянными крышками.

Коэффициент теплопередачи такого испарителя 460— 580 Вт/(м²•К). Высокая интенсивность теплопередачи обусловливается хорошим использованием теплопереда-ющей поверхности вследствие затопления испарителя жидким аммиаком и интенсивной циркуляцией парожидкостной смеси по испарителю, а также интенсивным теп­лообменом со стороны рассола (панели являются на­правляющими при движении рассола).

Недостаток испарителя — значительная коррозия металла вследствие свободного доступа воздуха к рас­солу.

Площадь поверхности панельных испарителей 20— 320 м².

Расчет и подбор испарителей

для охлаждения рассола

При расчете испарителя определяют площадь теплопередающей поверхности для заданной холодопроизводительности машины и расход циркулирующего рассола.

Площадь теплопередающей поверхности испарителя F_и (в м²) определяют по формуле

где Q_o — теплота, подведенная в единицу времени к испарителю, т. е. холодопроизводительность

машины, Вт;

k_и — коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м²•К) (можно принять по табл. 11);

Ө — средний арифметический температурный напор между рассолом и кипящим холодильным агентом, ^oС,

где t_р1 и t_p2 —температуры рассола, входящего в испаритель и выхо­дящего из него, ^oС.

Температурный напор Ө обычно составляет 4—6°С в аммиачных аппаратах, 6—8°С в кожухотрубных аппара­тах затопленного типа для хладона и 8—10° С в кожухозмеевиковых аппаратах с кипением хладона в трубах.

В испарителе рассол охлаждается на 2—3° С. В ис­парителях открытого типа (панельных) температура рассола в баке примерно равна температуре выходящего рассола t_p2, так как вместимость бака большая и отепленный рассол не влияет существенно на температуру рассола в баке. Отсюда для панельных испарителей

По величине площади теплопередающей поверхности F подбирают испаритель в справочниках или каталогах.

Объемный расход циркулирующего рассола опреде­ляют по формуле

где V_р — объемный расход циркулирующего рассола, м³/с;

М _р — массовый расход циркулирующего рассола, кг/с;

ρ_р — плотность рассола, кг/м³;

c_р — удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг•К).

Теплоемкость с_р и плотность рассола ρ_р определяют (приложения 7, 8, 9) по температуре замерзания рассола и рабочей температуре рассола, т. е. температуре, при которой он циркулирует. Температура замерзания долж­на быть ниже температуры кипения агента в испарителе на 5—8° С.

Пример. Определить площадь теплопередающей поверхности и расход циркулирующего рассола в кожухотрубном ребристом испа­рителе холодильной машины, работающей на R12, холодопроизво­дительность Q₀=40 кВт при температуре рассола, входящего в испаритель t_р1=-9^oC.

При охлаждении рассола в испарителе на 2°С получают t_P2=—11^oС. Температура кипении агента на 6°С ниже средней температуры рассола, т.е. t₀=[—9°+ (— 11°)]/2—6° = — 16° С.

Температура замерзания рассола на 8°С ниже температуры ки­пения агента, т.е. t_зам=t₀—8==— 24° С. Таким условиям удовлетво­ряет рассол хлористого кальция. Его теплоемкость определяют по приложению 5. Если концентрация соответствует температуре замер­зания t_зам=—24° С и рабочая температура рассола t_р=(t_р1+t_р2)/2= — 10°С, то с_р=2930 Дж/(кг•К).

Плотность рассола ρ_р определяют по приложению 7:ρ_р= 1,23 кг/л =1230 кг/м³.

Коэффициент теплопередачи принимают по табл. : k=350Вт/(м²•К).

Площадь теплопередающей поверхности испарителя равна

По каталогу принимают конденсатор ИТР-25 (F=25 м²).

Таблица

Массовый расход циркулирующего рассола

Объемный расход циркулирующего рассола

Камерные батареи

Для охлаждения камер применяют батареи непосред­ственного охлаждения (испарители) и рассольные ба­тареи.

Батареи непосредственного охлаждения. Их разме­щают в охлаждаемом помещении у стен (пристенные ба­тареи) и у потолка (потолочные батареи). Выполняют батареи из гладких или оребренных труб. По конструк­ции их делят на змеевиковые, коллекторные и листо-трубные.

Змеевиковая ребристая батарея-испа­ритель для R12 малых холодильных устано­вок. Батарея-испаритель (рис. , а) изготовлена из красномедных труб диаметром 18x2 мм, расположенных в два ряда. На трубы насажены латунные или стальные штампованные пластинчатые ребра. Такие батареи-ис­парители изготовляют также из алюминиевых труб с алюминиевыми ребрами.

Контакт между ребрами и трубой осуществляется протяжкой оправки, диаметр которой больше внутреннего диаметра трубы. Трубы испарителя последовательно соединены припаянными калачами. Батарея имеет выходной и входной патрубки.

Недостаток змеевиковых батарей — плохое удаление паров холодильного агента, в результате чего снижается коэффициент теплопередачи.

Рис. . Испарители малых установок для хладона: а — трубчатый ребристый пристенный; б — алюминиевый листотрубный,

Змеевиковые ребристые батареи-испарители являются незатопленными или сухими (ИРСН — испаритель ребри­стый сухой настенный). Жидкий R12 подается как сверху (при одной секции испарителя), так и снизу (при нали­чии нескольких секций, соединенных последовательно).

При верхнем вводе жидкого R12 в батарею и отсосе пара снизу исключается скопление масла в испарителе и осу­ществляется возврат его в компрессор. Но при этом испа­ритель меньше заполнен жидкостью. В верхних трубках жидкости больше, чем в средних, а в нижних находится только пар. При нижнем вводе жидкого хладона испари­тель лучше заполняется жидкостью, в результате чего коэффициент теплопередачи увеличивается примерно на 20%.

Коэффициент теплопередачи таких ребристых бата­рей с естественной циркуляцией воздуха 3—6 Вт/(м²•К), при температурном напоре между воздухом и холодиль­ным агентом 12—15° С.

Алюминиевые листотрубные батареи-испарители. Такие испарители (рис. , б) изготов­ляют так же, как и листотрубные конденсаторы. Листо­трубные испарители применяют в домашних холо­дильниках и в торговом холодильном оборудовании. Коэффициент теплопередачи листотрубных испарителей с естественной циркуляцией воздуха с обеих сторон со­ставляет 11—14 Вт/(м²•К).

Батарея непосредственного охлажде­ния аммиачной холодильной установки. Батарея (рис. , а) выполнена в виде плоского змеевика из цельнотянутых гладких труб. Это простейший вид пристенной батареи. Они бывают одно- и двухрядные.

Предпочтение отдается однорядным батареям. В каме­рах для замораживания продуктов используют также батареи-стеллажи из гладких труб. Они имеют вид полок из трубчатых змеевиков, укрепленных на металлических стойках. В них жидкий холодильный агент подводится снизу, а пары отводятся сверху. Коэффициенты теплопе­редачи для аммиачных батарей из гладких труб 7— 10 Bt/(m²•K).

Количество теплоты, отводимое батареей, значитель­но увеличивается при оребренин ее наружной поверхно­сти. В результате оребрения расход труб снижается в 3 раза, а расход металла — в 2 раза. Батарея получается компактнее. Коэффициенты теплопередачи ребристых пристенных батарей, отнесенные к наружной оребрен-ной поверхности, 3—4,5 Вт/(м²•К), потолочных —4—5,5 Вт/(м²•К).

Оребренная коллекторная пристен­ная аммиачная однорядная батарея кон­струкции ВНИХИ. Горизонтальные оребрениые тру­бы 1 в этой батарее (рис. ,б) объединены двумя верти­кальными коллекторами 2. На трубы диаметром 57x3,5 мм навиты спиральные ребра из стальной ленты

Рис. . Аммиачные пристенные батареи а — змеевиковая гладкотрубная; б — коллекторная.

шириной 46 мм и толщиной 1 мм. Шаг ребер 35,7 мм. Жидкий аммиак подается снизу, пар отводится сверху. В батарее уровень жидкости поддерживают с помощью переливной трубки, установленной на одном из коллек­торов, по которой избыточное количество жидкости сли­вается в дренажную линию или в батареи, расположен­ные ниже. Батарея закреплена на стойках 3 из углового железа.

Оребренные пристенные и потолочные батареи из стандартных секций. Секции (рис. ) изготовляют из труб диаметром 38x3,5 мм. Наружное оребрение осуществляется путем спиральной навивки на трубы стальной ленты с шагом ребер 20 и 30 мм. Толщина ленты 0,8—1,0 мм, ширина 45 мм.

Оребренные секции охлаждающих батарей изготов­ляют шести типов: СК—одноколлекторные (рис. , а), СЗГ—змеевиковые головные (рис. , б), СЗХ—змеевиковые хвостовые (рис. , в), СС — средние (рис. , г), СЗ — змеевиковые, С2К — двухколлекторпые. Каждая секция имеет определенную теплопередающую поверхность и размеры.

Рис. . Секции охлаждающих батарей по ГОСТ 17645—78:

а — одноколлекторная СК; б — змеевиковая головная СЗГ; в — змеевиковая 1 — стальная труба;

2 — лента; 3 — коллектор; 4 — уголок; 5 —хомут; 6 —хвостовая СЗХ; г — средняя СС; калач.

Батареи сваривают из отдельных секций, причем в каждую батарею входят головная СЗГ и хвостовая СЗХ секции (или две одноколлекторных СК), а между ними можно вварить средние секции СС. Количество средних секций в батарее зависит от требуемой площади теплопередающей поверхности и размеров (длины и ширины) камеры. Однако средние секции могут отсутствовать в батарее. Батарея должна иметь отступы от торцовых стен не менее 1 м. Жидкий холодильный агент может подаваться в батарею как снизу, так и сверху.

Потолочная оребренная батарея с самоциркуляцией аммиака конструкции ВНИХИ. Батарея (рис, , а) имеет два горизонтальных коллектора. Коллектор 1 объединяет верхний ряд оребренных труб, а коллектор 4 — нижний. Верхние трубы в другом конце батареи соединены попарно калачами 2.

Трубы нижнего ряда установлены с подъемом в сторону калачей и соединены с ним отводом 3. Кроме того, бата­рея смонтирована так, что верхние трубы имеют уклон от калачей к коллектору.

Жидкий холодильный агент подается в нижний кол­лектор 4 и с помощью соединительных стояков 5 (уров-недержателей) заполняет целиком только трубы нижне­го ряда. Образовавшиеся пары движутся к поднятому концу батареи и, поднимаясь в верхние трубы по соеди­нительному отводу 3, увлекают за собой часть жидкости. Чем больше теплоприток к батарее, тем больше жидко­сти попадает (с паром) в верхние трубы. В верхних трубах холодильный агент продолжает кипеть, отнимая теплоту от воздуха камеры, а не успевшая превратить­ся в пар жидкость опускается по соединительным стоя­кам 5 из верхнего коллектора в нижний и снова участ­вует в циркуляции. Вместимость этих батарей примерно в 3 раза меньше, чем затопленных змеевиков.

Рис. . Малоемкие батареи:

а — потолочная оребренная батарея с самоциркуляцией аммиака;

б — батарея «Каскад».

В малоемких батареях исключается образование столба жидкости, влияющего на повышение температу­ры кипения. Их используют в низкотемпературных ка­мерах.

Пристенная малоемкая аммиачная б атарея "К а скад". В батарее (рис. , б) жидкий аммиак через диафрагму 2 поступает тонкой струей в верхнюю горизонтальную трубу 3, в через пороги 4 каскада - в нижерасположенные трубы. Жидкий аммиак занимает 15 - 20% вместимости батареи. Со стороны вертикального коллектора горизонтальные трубы наполовину перекрыты перегородками 8 (струеотбойниками), задерживающими струю жидкости, но не препятствую­щими выходу пара. Пары аммиака через отводы 5 поступают в коллектор 6, откуда отсасываются компрессором по трубе 1. Не испарившаяся в батарее жидкость слива­ется в лежащие ниже батареи или ресивер по дренаж­ной трубе 7.

Рассольные батареи. Эти батареи применяют в каче­стве охлаждающих приборов при рассольном способе охлаждения камер. По устройству они похожи на бата­реи-испарители, но сами не являются испарителями. В них циркулирует охлажденный в испарителе рассол. Рассольные батареи (рис. ) изготовляют из гладких или оребренных труб, По размещению в камере рассольные батареи разделяют на пристенные и потолочные.

Рис. . Рассольные батареи:

а — пристенная гладкотрубная с фланцами: 1 — трубы; 2 —калач; 3— крон­штейн; 4 — хомутик; 5—поддон;

6 — стойка из углового железа; б — при­стенная из оребренных труб; в — потолочная двухрядная из оребрснных труб.

Пристенную двухрядную гладкотрубную батарею (рис. , а) изготовляют из сварных газовых труб диа­метром 57x3 или 60x4,5 мм, которые собирают в плос­кие змеевики с помощью чугунных калачей 2. Из испа­рителя холодный рассол поступает в батарею снизу, а отепленный отводится сверху и возвращается в испари­тель.

Батарею собирают на стойках 6 из углового железа. Верхний конец стойки крепят к кронштейну З_у а нижний закрепляют в полу. Под батареей устанавливают поддон 5 для сбора конденсата при снятии снеговой шубы с, ба­тарей.

Устройства ребристых рассольных батарей и батарей непосредственного охлаждения аналогичны.

Пристенная змеевиковая ребристая батарея показа­на на рис. , б. Оребренные трубы соединены в змеевик приварными калачами. Концы горизонтальных труб на длине 60 мм оставлены неоребренными для крепления батареи к стойкам из углового железа с помощью хому­тков. Стойка закреплена в полу и стене. Число труб в батарее четное.

Потолочная рассольная батарея показана на рис., б. Дли рассольных батарей можно использовать также стан хартные секции (см, рис. ).

Для камер с температурами выше нуля применяют рассольные батареи из стеклянных труб, которые соединяю между собой и с калачами фланцами или резьбо­выми пластмассовыми муфтами с резиновыми проклад­ками.

Расчет и подбор камерных батарей

Площадь теплопередающей поверхности камерных батарей F_б ( в м²) непосредственного и рассольного охлаждения определяют по формуле

где Q_T — теплоприток в камеру, Вт;

k_б— коэффициент теплопередачи батареи, Вт/(м²•К):

Ө — температурный напор между воздухом камеры и кипя­щим холодильным агентом (или

рассолом); принимается равным 7—10° С, а для батарей малых установок, рабо­тающих на

хладонах, 8—15° С.

Коэффициенты теплопередачи [в Вт/(м²•К)] для ба­тарей из гладких труб приведены ниже.

Коэффициенты теплопередачи [в Вт/(м²•К)] для ба­тарей из оребренных труб диаметром 38x2,5 мм следу­ющие:

Большие значения коэффициентов имеют батареи с шагом ребер 30 мм, меньшие —с шагом ребер 20 мм.

Коэффициент теплопередачи оребренных батарей для хладонов 3—6 Вт/(м²•К).

По площади теплопередающей поверхности выбирают батарей в каталоге либо проводят их конструктивный расчет применительно к помещению, в котором они дол­жны быть расположены.

Для этого находят общую длину труб L (в м)

где f — площадь поверхности 1 м труб батареи, м²

Площадь поверхности 1 м трубы: диаметром 57x3,5 мм гладкой 0,179 м², оребренной с шагом ребер 35,7 мм 1,12 м², трубы диаметром 38x3,5 мм с шагом ребер 35,7 мм 0,8 м².

Задаваясь длиной батареи l_б в зависимости от разме­ров камеры, определяют число труб в батарее п

Воздухоохладители

Влажный воздух состоит из смеси газов (азота, кислорода, неона, гелия, аргона и др.) и водяных паров. Содержание водяных паров в воздухе различно. Влажность воздуха характеризуют влагосодер-жапием d или абсолютной влажностью е.

Влагосодержанием называют массовое количество во­дяных паров, отнесенное к 1 кг сухого воздуха (d кг влаги на 1 кг сухого воздуха).

Абсолютная влажность воздуха - массовое коли­чество водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха (е кг влаги на 1 м³ влажного воздуха).

Давление атмосферного воздуха В равно сумме парциальных давлений сухого воздуха р_в и водяных паров р_п. Чем больше влагосодержание воздуха, тем выше парциальное давление водяных па­ров. Предельное количество паров воды в воздухе зависит от его температуры и давления. При повышении температуры атмосфер­ного воздуха предел насыщения парами увеличивается (см, прило­жение 10).

Относительная влажность воздуха φ, т. е. степень

его насыщения водяными парами численно равна отношению парци­ального давления водяных паров в воздухе р_п при определенной температуре к давлению водяных паров в насыщенном воздухе р"_а при той же температуре. Для температур ниже 15° С относительную влажность воздуха φ можно приблизительно приравнять к отноше­нию влагосодержания воздуха d к влагосодержанию насыщенного воздуха d" при той же температуре

У насыщенного воздуха φ=1.

Температуру, при которой воздух с данным влагосодержанием становится насыщенным, называют точкой росы. При охлажде­нии воздуха ниже точки росы влага выпадает в виде росы или инея. При добавлении влаги в насыщенный воздух она будет находиться в капельном состоянии. Примером может служить туман, состоящий из насыщенного воздуха и мельчайших капелек воды, которые нахо­дятся во взвешенном состоянии.

Параметры влажного воздуха определяют по d_t t-диаграмме и таблицам для влажного воздуха.

Схема d, i-диаграммы показана на рис. , полная диаграмма дана в приложении 11 Для удобства изображения ее строят в ко­соугольной системе координат с углом между осями 135^o . По нак­лонной оси абсцисс откладывают влагосодержание d воздуха, а по вертикальной оси ординат — энтальпию i. Линии постоянных эн­тальпий i=const проведены наклонно, т. е. параллельно оси абсцисс. Начало отсчета энтальпий соответствует температуре 0°С и влагосодержанию d=0.

В действительных диаграммах наклонную ось абсцисс d не нано­сят. Вместо нее проводят вспомогательную горизонтальную ось, на которой указывают влагосодержаиие. На диаграмму наносят также же линии постоянных температур, относительных влажностей, плот­ностей воздуха и парциальных давлений водяного пара.

Линия φ=l (φ=100%) делит d, i-диаграмму на область влаж­ного ненасыщенного воздуха и область тумана, где лишняя влага находится в капельном состоянии. Линия φ=l также характеризует максимально возможное насыщение воздуха влагой при данной тем­пературе.

Состояние воздуха в точке А определяют любыми двумя пара­метрами из нанесенных на диаграмме. При охлаждении воздуха без добавления или отвода влаги (d=const) до состояния насыщения (линия φ—1) получают точку росы (t_росы). Температуру мокрого термометра (t_м.т), соответствующую температуре предела охлажде­ния воды в воздухе с начальным состоянием, характеризующимся точкой А, для температур воздуха ниже 30°С с достаточной точно­стью можно находить на пересечении линий i= const и φ=1.

Процессы изменения состояния воздуха нередко сопровожда­ются изменением энтальпии Ai и влагосодержания Ad. Отношение этих величин ∆i/∆d=E называют тепловлажyостyым отношением. Эта

величина определяет угол наклона процесса в d, i-диаграмме. Значе­ния Е нанесены па диаграмму (приложение 11) в виде пучка пря­мых, выходящих из точки t=0 и d = 0. Эти линии проведены только вне поля диаграммы, что обеспечивает ясность изображения дру­гих линий на диаграмме. Тспловлажностное отношение Е является угловым масштабом диаграммы.

Часто протекают процессы взаимодействия воздуха с водой, со­провождающиеся переносом теплоты и влаги от одной среды к дру­гой. При переносе теплоты среды охлаждаются или нагреваются, а при переносе влаги происходит испарение или конденсация ее на поверхности раздела, что приводит к осушению или увлажнению воздуха.

Рис. . Построение диаграммы влажного воздуха влагосодержание — энтальпии (d, i).

На поверхности соприкосновения воздух и вода находятся в состоянии равновесия, т. е. воздух имеет одинаковую с водой тем­пературу и 100%-ную относительную влажность. Такое состояние воздуха характеризуется точками на кривой насыщения (φ=1). Температура и влагосодержание воздуха, удаленного от поверхности воды, иные. Парциальное давление водяного пара в насыщенном воз­духе непосредственно у поверхности воды р"_п отличается от давле­ния водяного пара р_п в слоях воздуха, удаленного от поверхности воды (исключение составляет случай, когда температура воды рав­на точке росы воздуха). В результате разности между парциаль­ными давлениями водяного пара в воздухе происходит влагообмен между водой и воздухом, а также теплообмен, так как вместе с па­ром в воздух переносится и теплота, затраченная на его образова­ние. Кроме того, имеет место конвективный теплообмен вследствие разности между температурами воздуха и воды. Если температура Поверхности воды выше точки росы воздуха (t_ω>t_росы, р"_п>p_п),

Рис. Процессы в d, i-диаграмме: а — взаимодействие воздуха с водой; б — смешения воздуха двух состояний.

то пода испаряется. Влага и теплота испарения переносятся от воды к воздуху, в результате чего воздух увлажняется. Если температура воды ниже точки росы (t_w<t_росы, p''_п<p_п), то происходит конденция водяного пара из воздуха на поверхность воды, т.е. перенос теплоты и влаги к воде, вследствие чего воздух осушается.

Конденсация влаги из воздуха, а значит, и осушение воздуха происходят при соприкосновении не только с холодной водой, но и с любой поверхностью (например, поверхность трубчатого воздухоохладителя), температура которой ниже точки росы воздуха.

В теплообменных аппаратах при соприкосновении воздуха с водой могут протекать различные процессы (рис. , а).

В процессе А—1 воздух охлаждается и осушается. Этот процесс протекает при условии, что температура поверхности соприкоснове­нии (воды или трубчатой поверхности воздухоохладителя) ниже точки росы воздуха А, вступающего в процесс (t_w<t_росы). Предельно Процесс А—1 изображается касательной к кривой насыщения (φ=1). Процесс A—1 характерен для большинства воздухоохладителей.

В процессе А— 2 воздух охлаждается без конденсации влаги из воздуха, т.е. при d=const. В этом процессе t_w=t_росы: Процесс А-2 встречается в воздухоохладителях.

В процессе А— 3 воздух увлажняется и охлаждается, так как часть теплоты, отдаваемой воздухом воде, расходуется на испарение воды, В этом процессе температура поверхности воды выше точки росы, но ниже температуры мокрого термометра (t_м.т>t_w>t_росы).

В процессе А—4 воздух увлажняется без подвода и отвода теп­лоты. Теплота, отдаваемая воздухом воде, расходуется на испаре­ние воды и переходит вместе с испаренной влагой обратно в воздух (энтальпия воздуха остается постоянной, i=const). Температура во­ды соответствует температуре мокрого термометра (t_w=t_мт). Этот процесс имеет место в так называемых камерах адиабатического увлажнения, в которых воздух увлажняется одной и той же водой, рециркулирующей с помощью насоса, без подвода и отвода к ней теплоты.

В процессе А—5 температура воды выше температуры мокрого термометра, но ниже температуры начального состояния воздуха (t>t_w;>t_мт). В этом процессе воздух охлаждается и увлажняется с увеличением его энтальпии, так как количество теплоты, переходя­щее к воздуху с испаряющейся влагой, оказывается больше коли­чества теплоты, которое воздух отдает воде при сравнительно не­большой разности между температурами. При этом вода охлажда­ется. Пределом охлаждения воды является температура мокрого термометра. Такой процесс осуществляется в градирнях при охлаж­дении воды, выходящей из конденсатора холодильной машины, а также в увлажнительных камерах. В последнем случае для поддер­жания постоянной температуры воду подогревают или добавляют свежую более теплую воду.

Процесс А—6 протекает при равенстве температур воздуха и воды (t=t_w). Для него характерно отсутствие конвективного теп­лообмена между воздухом и водой. При этом воздух увлажняется, а вода испаряется за счет тепла постороннего источника.

В процессе А—7 температура воды выше температуры воздуха (t_w>t). В результате испарения и конвективного теплообмена меж­ду водой и воздухом воздух увлажняется и нагревается, а вода ох­лаждается. Предельно этот процесс изображается касательной к ли­нии насыщения φ= 100 %. Процесс А—7 осуществляется в градирнях для охлаждения воды.

Таким образом, при t_w<t_росы воздух осушается, при t_w>t_росы увлажняется, при t_w<.t охлаждается, при t_w>t нагревается.

Процесс смешения двух потоков воздуха состояний А и В (рис. , б) на d, i-диаграмме протекает по прямой, соединяющей точки А и В. Эти точки характеризуют начальные состояния воздуха. Сос­тояние смеси обозначается точкой С, лежащей на этой прямой. От­резки; определяющие положение точки С на линии смешения, об­ратно пропорциональны количествам М_А и М_В смешиваемого воздуха ВС/АС=М_А/М_В

В воздухоохладителях теплота от воздуха передается холодильному агенту или хладоноси­телю (воде либо рассолу). Применение воздухоохладителей обусловливает создание принудительного движения воздуха в ох­лаждаемом объекте. Из холодильной камеры воздух прогоняется вентилятором через воздухоохладитель, где охлаждается, и вновь возвращается в камеру.

Различают воздухоохладители поверхностные или трубчатые (сухие) и контактные (мокрые).

В поверхностных (сухих) воздухоохладителях тепло­обмен между воздухом и охладителем происходит через стенку трубы. Такие воздухоохладители выполняют в ви­де пучка гладких или ребристых труб, заключенных в кожух. По трубам протекает кипящий холодильный агент (в этом случае воздухоохладители являются испа­рителями холодильной машины) или хладоноситель (рассольные или водяные сухие воздухоохладители), Снаружи трубы омываются воздухом.

В контактных (мокрых) воздухоохладителях (ороси­тельных или форсуночных) теплообмен происходит при непосредственном контакте воздуха с холодным рассо­лом или водой.

Воздухоохладители размещают в охлаждаемом поме­щении или вне его, но тогда кожух изолируют.

Поверхностные воздухоохладители для хладонов 2В09 и 2ВО20. Поверхность теплообмена этих воздухо­охладителей (рис. , а и б) соответственно 9 и 20 м². Каждый воздухоохладитель представляет собой ребрис­тую батарею 1 непосредственного охлаждения, изготов­ленную из медных труб с пластинчатыми алюминиевыми ребрами. Батарея состоит из трех секций, собранных на вертикальных стойках, к которым сверху прикреплена алюминиевая крышка, а снизу —поддон для сбора конденсата.

Жидкий R12 поступает в секции батареи параллельно через распределитель 2. Пар отводится через паровой коллектор 3.

Воздух подается сквозь пучок оребренных труб бата­реи одним или двумя осевыми вентиляторами. Вентиляторы 4 с электродвигателями 5 смонтированы в диффуре.

Воздухоохладители такого типа для камер с темпера­турами ниже 0°С выполняются с электронагревателями [я оттаивания инея с поверхности оребренных труб.

Воздухоохладитель 2В091 с электронагревателем по­казан на рис, , в. Электронагреватели встроены в батареи и расположены на поддоне. На одной из стенок корпуса предусмотрен щит с монтажной схемой электрона­гревателей.

Поверхностный аммиачный подвесной воздухоохла­дитель ВОП-100. Воздухоохладитель (рис. , а) состоит из трех частей: в средней размещены два вентилятора 2

Рис. . Воздухоохладители поверхностные для хладонов:а — 2В09; 6 — 2БО20; в - 2В091: 1 — электродвигатель вентилятора; 2 — диф­фузор; 3 —батарея из оребренных труб; 4 — вентилятор; 5 —рама; 6- термо­регулирующий вентиль; 7 —электронагреватели.

с вертикальными осями, а в двух крайних 1 — оребренные батареи, изготовленные из стальных труб диаметром 25x2,5 мм с пластинчатыми стальными ребрами. Пло­щадь теплопередающей поверхности батарей 100 м².

Из охлаждаемой камеры воздух забирается вентиля­торами и прогоняется по охлаждающим батареям, а на выходе из воздухоохладителя установлены щиты с направляющими

Рис.. Воздухоохладители поверхностные аммиачные:

а-подвесной ВОП-100; б - подвесной ВОГ-230; в -напольный вертикальный.

3 для равномерного распределения возду­ха по объему камеры.

Воздухоохладитель смонтирован на двух швеллер­ных балках, с помощью которых он крепится к потолку камеры. Воздухоохладитель ВОП-150 с площадью по­верхности 150 м² отличается от воздухоохладителя ВОП-100 шагом ребер.

Для оттаивания инея с поверхности батарей предус­мотрены электронагреватели, вмонтированные между рядами оребренных труб.

В отличие от воздухоохладителей ВОП-100 и ВОП-150, где вентиляторы имеют вертикальное располо­жение осей, воздухоохладители ВОП-50 и ВОП-75 с площадью поверхности 50 и 75 м² имеют вентиляторы с горизонтальными осями. Оребренная батарея располо­жена по одну сторону от вентиляторов. Воздухоохлади­тель ВОП-50 отличается от воздухоохладителя ВОП-75 шагом ребер на трубах батарей.

Поверхностный аммиачный подвесной воздухоохла­дитель ВОГ-230. Площадь поверхности воздухоохлади­теля (рис. , б) 230 м². Предназначен для камер интен­сивного охлаждения и замораживания мяса. Состоит из четырех испарительных батарей, расположенных в ог­раждении 1, которое способствует направленному дви­жению воздуха.

Вкаждой испарительной батарее находятся четыре оребренные секции из труб диаметром 25x2,5 мм с пла­стинчатыми стальными ребрами. Концы каждой секции сверху и снизу объединены коллекторами. В воздухоох­ладитель аммиак может подаваться как сверху, так и снизу. Испарительные батареи, установленные на входе воздуха, имеют больший шаг ребер, чем другие батареи.

Интенсивная циркуляция воздуха осуществляется осевым вентилятором ЦАГИ № 8 с восемью лопастями. Лопастное колесо закреплено непосредственно на валу электродвигателя 3. Кожух вентилятора 4 соединен с охлаждающей частью воздухоохладителя диффузором 5.

Из охлаждаемой камеры воздух всасывается вентиля­тором (со стороны электродвигателя), продувается через испарительные батареи и охлажденный выбрасывается в камеру.

Рис. . Контактные воздухоохладители

а — оросительный; 1 — вентилятор;

2 — электродвигатель; 3 — сетки; 4— рабочий слой колец; 5 — отбойный слой колец;

б —смотровое стекло; 7 — шиберы;

8 — распределительный желоб;

б —форсуночный: 1 — насос; 2 — фильтр;

3 — всасывающий короб; 4 — форсунки;

5 — отделитель капель жидкости;

6 — калорифер; 7 — нагнетательный короб;

8 — вентилятор.

С поверхности батарей иней оттаивается электричес­ким обогревом и горячими парами аммиака с одновременным.

Поверхностный аммиачный напольный вертикальный воздухоохладитель. Площадь поверхности воздухоохла­дителя (рис. , в) 150 м². Корпус воздухоохладителя с охлаждающим змеевиком расположен в холодильной ка­мере, а центробежный вентилятор с электродвигате­лем— на кронштейнах в со­седнем помещении (в там­буре, коридоре). Из камеры воздух засасывается в кор­пус воздухоохладителя че­рез открытое пространство между корпусом 2 и поддо­ном 1, там он охлаждается при соприкосновении с ба­тареей холодных змеевиков и по металлическому кана­лу, проходящему сквозь стену, подходит к вентиля­тору 3. В камеры охлажден­ный воздух подается по на­гнетательному каналу, проходящему также через стену и расположенному по нагнетательному каналу, про­ходящему также через сте­ну и расположенному по всей длине камеры. Такие воздухоохладители приме­няют при одноканальной системе воздушного охлаждения камер.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к площади оребренной поверхности труб воздухоохладителя, 12—17 Вт/(м²•К) при скорости движения воздуха 3—5 м/с и плотности теплового потока 100—120 Вт/м².

Контактный оросительный воздухоохладитель. Воз­духоохладитель (рис. , а) имеет металлический бак, изолированный снаружи. В нем укреплены две решетки: на нижней насыпан рабочий слой керамиковых колец толщиной 300—400 мм, на верхней—отбойный слой вы­сотой около 150 мм. Кольца имеют цилиндрическую фор­му диаметром и высотой 25 мм и толщиной стенки 2— 3 мм (1 м³ содержит около 50 000 колец общей поверхно­стью 220 м²). Над рабочим слоем колец размещены оро­сительные желоба.

Воздух, отепленный в камерах, подается вентилято­ром в воздухоохладитель снизу и продувается через ра­бочий слой колец, орошаемый холодным рассолом (или водой). В этом слое колец воздух охлаждается и осуша­ется (если температура рассола ниже точки росы пода­ваемого воздуха). Охлажденный воздух, поднимаясь, сначала проходит через отбойный слой колец, где вслед­ствие изменения направления движения отделяются кап­ли рассола, увлеченные потоком воздуха, затем посту­пает по нагнетательному каналу в охлаждаемую камеру. Рассол, отепленный на 1—2° С, стекает на дно бака. Че­рез фильтр он сливается в испаритель для охлаждения.

Контактный форсуночный воздухоохладитель. Возду­хоохладитель (рис. ,б) применяют в установках кон­диционирования воздуха. Воздух в нем охлаждается и осушается водой, которая разбрызгивается форсунка­ми 4. Перед камерой с форсунками установлен фильтр 2. За ней расположены сепараторы для задержания капель воды. Для получения заданной температуры воздух пос­ле осушения охлаждением можно подогревать в кало­рифере 6.

При охлаждении теплота от воздуха передается холодной по­верхности металлических труб в сухих воздухоохладителях или хо­лодной поверхности воды (рассола) в мокрых воздухоохладителях. Если температура холодной поверхности ниже точки росы воздуха, поступающего в воздухоохладитель, то при охлаждении воздуха вы­падает влага, т.е. воздух охлаждается и осушается. В сухих воз­духоохладителях она выпадает в виде пленки воды, если темпера­тура поверхности выше нуля, или в виде инея при температуре по­верхности ниже нуля. В мокрых воздухоохладителях конденсат сме­шивается с водой или с рассолом.

Изменение состояния воздуха в воздухоохладителе в d, i-диаг­рамме (рис. ) изображено прямой 1—2 (1— состояние воздуха при входе, 2 — состояние воздуха при выходе). На продолжении этой прямой лежит и точка а, характеризующая состояние насыщенного воздуха у холодной поверхности. Эта точка находится на линии φ=1. Температура насыщенного воздуха соответствует температуре холодной поверхности, которая в сухих воздухоохладителях пример­но на 0,5° С выше температуры холодильного агента или рассола, а В мокрых соответствует температуре охлаждающей воды. В мок­рых рассольных воздухоохладителях состояние воздуха у поверх­ности характеризуется точкой, расположенной на линии φ_о<1, так как влагосодержание насыщенного воздуха над рассолом меньше, чем над водой, и зависит от концентрации рассола.

Воздух, выходящий из воздухоохла­дителя, можно рассматривать как смесь воздуха, входящего в воздухоохлади­тель и насыщенного у поверхности. При заданных параметрах поступающего (состояние 1) и насыщенного (состояние а) воздуха положение точки 2 (состоя­ние выходящего воздуха) определяют по уравнению

где i₁ н i₂— энтальпии входящего и выходящего воздуха, Дж/кг;

Q_т — воздухоохладителю, Вт;

М — массовый расход охлаж­даемого воздуха, проходя­щего через воздухоохлади­тель, кг/с.

При заданной температуре выходящего воздуха t₂ положение точки 2 определяют графически по d, i диаграмме пересечением прямой 1 — а и линии t₂=const.

Процесс охлаждения воздуха без изменения влагосодержания в d, i - диаграмме изображается линией 1-b.

Расчет и подбор воздухоохладителей

При расчете поверхностного (сухого) воздухоохладителя определяют площадь теплопередающей поверхности и объемный расход циркулирующего воздуха (если он предварительно не задан).

Площадь теплопередающей поверхности воздухоохладителя F_в (в м²) рассчитывают по формуле

где Q_т — теплоприток к воздухоохладителю, Вт;

k_в — коэффициент теплопередачи воздухоохладителя, Вт/(м²•К);

Ө — средний температурный напор между циркулирующим воздухом и холодильным агентом, рассолом или водой,^oC.

При движении воздуха поперек труб со скоростью 3—5 м/с коэффициент теплопередачи сухого гладкотрубного воздухоохладителя k_в=30÷35 Вт/(м²•К), а при движении воздуха вдоль труб k_в=17÷20 Вт/(м²•К). Для ребристых воздухоохладителей при скорости движе­ния воздуха 4—5 м/с и плотности теплового потока 100— 120 Вт/м² k_в=12÷17 Вт/(м²•К).

Для подбора вентилятора определяют объемный рас­ход циркулирующего воздуха по уравнению

где V_B — объемный расход циркулирующего воздуха, м³/с;

ρ_в — плотность воздуха, кг/м³ (определяют по d, i-диаграм­ме или по психометрической таблице

соответственно температуре воздуха, выходящего из воздухоохладите­ля).

Энтальпии входящего i₁ и выходящего i₂ воздуха определяют по d, i-диаграмме (см. приложение 11).

Пример. Определить площадь теплопередающей поверхности и объемный расход циркулирующего воздуха поверхностного ребрис­того хладонового воздухоохладителя:

теплоприток к воздухоохладителю Q_T=23 кВт;

состояние воздуха, входящего в воздухоохладитель: t₁=5°C, φ₁=80%;

температура воздуха, выходящего из воздухоохладителя, t₂=1^oС;

температура кипения R12 t_o=—5° С.

Температура поверхности трубы на 0,5° С выше температуры ки­пения R12, t_a=— 4,5°.

По d, i-диаграмме определяют энтальпии входящего воздуха i₁= 16,0 кДж/кг и выходящего воздуха i₂=10,1 кДж/кг.

Плотность воздуха ρ_в=1,28 кг/м³ (см. приложение 10).

Коэффициент теплопередачи k_В=12 Вт/(м²•К). Средний темпера­турный напор можно подсчитать как средний арифметический, так как изменение температуры в процессе теплообмена незначительно.

Площадь теплопередающей поверхности воздухоохладителя под­считывают по формуле (50)

Объем циркулирующего воздуха подсчитывают по формуле (51)