Пз. 3.

Теплообменные аппараты, регулирующие устройства, фильтры-осушители

1. Теплообменные аппараты

Теплообменными аппаратами называют аппараты, в которых происходит передача тепла от одной среды к другой. Теплообмен­ные аппараты являются обязательными элементами паровых хо­лодильных машин; необходимость их применения обусловлена самим принципом работы машины. В теплообменных аппаратах могут происходить разные тепловые процессы: изменение темпе­ратуры, испарение, кипение, конденсация.

В холодильных устройствах применяются различные по назна­чению теплообменные аппараты: конденсаторы, испарители, аб­сорберы, генераторы, жидкостные и газовые теплообменники.

Теплообменные аппараты в значительной степени определяют массогабаритные и энергетические показатели холодильных машин. Значительна роль теплообменных аппаратов в величине энергии, потребляемой холодильной машиной. Это обусловлено необратимы­ми процессами, протекающими в них, а именно передачей теплоты при конечной разности температур между хладагентом и внешней средой. Возрастание указанной разности температур 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.

Таким образом, теплообменные аппараты существенно влия­ют на первоначальную стоимость холодильного устройства и на расход энергии в процессе его эксплуатации.

Теплообменные аппараты должны иметь высокую интенсив­ность теплопередачи, малое гидродинамическое сопротивление, простоту конструкции, технологичность изготовления и дешевизну материалов, компактность и небольшую массу, удобство монтажа и ремонта, надежность.

Конденсаторы. Конденсатор холодильного агрегата — это теп-лообменный аппарат, который служит для отвода тепла от хлад­агента в окружающую среду. В общем случае перегретый пар хла­дагента охлаждается в конденсаторе до температуры насыщения, конденсируется и охлаждается на несколько градусов ниже тем­пературы конденсации.

По виду охлаждающей среды конденсаторы холодильных ма­шин можно разделить на две большие группы: с водяным и воз­душным охлаждением.

В бытовых холодильниках и кондиционерах применяются ис­ключительно конденсаторы с воздушным охлаждением — есте­ственным (конвективным) или принудительным (с помощью вен­тилятора).

Конденсатор является продолжением нагнетательного трубо­провода и представляет собой однорядный (для бытовых холо­дильников) или многорядный (для кондиционеров) змеевик с оребрением. В большинстве случаев ребра общие для всех труб змее­вика, хотя встречается и индивидуальное оребрение каждой тру­бы.

Среди конденсаторов, располагаемых на задней стенке холо­дильного шкафа, широкое распространение получили два вари­анта: с проволочным оребрением и листотрубный (рис. 1).

Рис. 1. Конденсаторы холодильных агрегатов.

а – с проволочным оребрением; б – листотрубный; в – прокатно-сварной;

г – со спирально-навивными ребрами.

Конденсаторы с проволочным оребрением представляют со­бой плоский змеевик из трубы наружным диаметром 4,8... 6,5 мм, к которому с обеих сторон друг против друга приварены (точеч­ной электросваркой) стальные проволоки диаметром 1,2...2,5 мм, играющие роль ребер. Шаг змеевика 40...60 мм.

Конденсаторы с проволочным оребрением изготовляют в двух вариантах: с горизонтальными трубами и вертикальными прово локами; с вертикальными трубами и горизонтальными проволо­ками. При горизонтальном положении плоскости конденсатора процесс теплообмена с окружающей средой происходит более интенсивно, чем при вертикальном, однако в этом случае имеет место перегрев трубок вблизи компрессора.

Конденсаторы с проволочным оребрением устанавливают на задних стенках холодильного шкафа под углом до 5° от вертика­ли, что частично устраняет омывание верхней части конденсато­ра воздухом, нагретым у нижней части. Расстояние от стенки шкафа меньше внизу и больше вверху.

В листотрубных конденсаторах змеевик укреплен на стальном (реже алюминиевом) листе, играющем роль оребрения. Крепле­ние труб на листе производится пайкой, точечной электросвар­кой или с помощью скоб.

В листе между трубами делают просечки, отгибаемые в виде жалюзи для улучшения циркуляции воздуха. При этом несколько увеличивается теплопередающая поверхность за счет торцов про­сечек и жалюзи.

Разновидностью листотрубных конденсаторов являются прокатно-сварные конструкции из алюминиевого листа с раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсатор, закрепленный сзади шка­фа холодильника и имеющий жалюзи на щите, образует своеоб­разную трубу, которая способствует увеличению естественной циркуляции воздуха вокруг конденсатора. В настоящее время по­добные модели конденсаторов не выпускаются ввиду высокой сто­имости материалов и расходов на изготовление, а также сравни­тельно невысокой надежности.

В абсорбционных холодильных агрегатах применяют ребристо-трубные конденсаторы с пластинчатыми ребрами. Трубы конденсаторов размещают горизонтально, часто с об­щими ребрами или наклонно для стока жидкого хладагента и отдельным оребрением каждого витка.

Испарители. Испарителем называют теплообменный аппарат, в котором кипящий при низкой температуре хладагент охлаждает воздух в холодильной камере. Образовавшийся при кипении хлад­агента пар отсасывается из испарителя компрессором для совер­шения дальнейших процессов цикла холодильного агрегата.

В холодильных агрегатах бытовых холодильников используют испарители с естественным конвективным теплообменом, а так­же с принудительным движением воздуха за счет использования вентиляторов обдува. Первые чаще всего размещаются в верхней части или под потолком плюсовой камеры холодильника, вто­рые — в простенке между камерами двухкамерного холодильника или в контакте со стенкой камеры внутри теплоизоляции. В после­днем варианте охлаждающим элементом становится гладкая стен­ка камеры. При этом упрощается гигиеническая уборка, не зани­мается полезное пространство камеры и исключается возможность случайного повреждения испарителя.

Для изготовления испарителей используются алюминий и не­ржавеющая сталь (значительно реже). Охлаждение холодильной камеры с алюминиевым испарителем происходит намного быст­рее, так как коэффициент теплопроводности алюминия более чем в 15 раз выше, чем нержавеющей стали. Испарители бытовых холодильников, как и конденсаторы, подразделяют на листотрубные и ребристо-трубные. Алюминие­вые листотрубные прокатно-сварные испарители устанавливают­ся в бытовых холодильниках компрессионного типа (рис. 2).

Рис. 2. Прокатно-сварные испарители холодильных агрегатов:

а – овалозамкнутый; б – П-образный с замкнутым овалом поверхности.

Для равномерного поглощения тепла из холодильной камеры каналы в испарителе располагаются по всей его поверхности.

В связи с тем, что при увеличении значений температуры окру­жающей среды хладагент может накапливаться в испарителе, на выходе из последнего должен быть паросборник достаточного объе­ма. Изготовить цельный паросборник в прокатно-сварном алюми­ниевом испарителе невозможно, поэтому на выходе хладагента располагают частую сетку, выполненную из близко расположен­ных продольных и поперечных каналов.

Для защиты от коррозии алюминиевые испарители фосфатируют или анодируют и покрывают прочными водонепроницае­мыми лаками.

В современных холодильниках начинает преобладать тенденция внедрения конструкций скрытых «запененных» самооттаивающихся испарителей холодильной камеры, гарантированных от случай­ных повреждений при эксплуатации.

В морозильниках и некоторых двухкамерных холодильниках используют листотрубные испарители, изготовленные из метал­лического (алюминиевого или стального) листа с закрепленным на нем с внутренней стороны змеевиком из алюминиевой или стальной оцинкованной трубки (рис. 3, а).

Ребристо-трубные испарители устанавливают в абсорбционных холодильниках, не имеющих морозильных отделений, в двухка­мерных холодильниках для охлаждения высокотемпературной ка­меры и при устройстве в них принудительной циркуляции возду­ха в камерах с помощью вентилятора.

Ребристо-трубные испарители абсорбционных холодильников изготовляют обычно в виде змеевика из стальной оребренной трубы с горизонтально расположенными витками. В компрессионных аг­регатах ребристо-трубный испаритель (рис. 3, б) представляет собой змеевик из оребренной трубки (медной или алюминиевой).

Рис. 3. Виды испарителей:

а – листотрубный испаритель; б – ребристо-трубный испаритель.

Теплообменники. Помимо испарителей и конденсаторов в со­став холодильных агрегатов входят аппараты, называемые тепло­обменниками. Они служат для решения следующих задач:

• повышение термодинамической эффективности холодильного цикла;

• переохлаждение хладагента перед дросселированием в целях повышения холодопроизводительности;

• перегрев пара на всасывании в компрессор для испарения не­большого количества жидкого хладагента, уносимого из испари­теля, что устраняет возможность гидравлического удара и тем са­мым повышает надежность компрессора;

• повышение эффективности работы испарителя путем сниже­ния сухости выходящего из него пара.

В компрессионных герметичных агрегатах применяются простые конструкции теплообменников, различающиеся между собой глав­ным образом по конструктивным и технологическим соображе­ниям (рис. 4).

Теплообменник представляет собой противоточный теплообменный аппарат, состоящий из участков всасывающего трубопро­вода и капиллярной трубки, спаянных между собой. Общая длина спаянного участка 900... 1500 мм.

Рис. 4. Различные исполнения теплообменников:

а - капиллярная трубка 1 припаяна вдоль всасывающей 2;

б — капиллярная трубка 1 навита на всасывающую 2;

в — капиллярная трубка 1 проходит внутри всасывающей 2.

Если всасывающий трубопровод имеет большую длину (как это имеет место в холодильниках сред­ней и большой производительности), капиллярная трубка припа­ивается вдоль всасывающей или проходит внутри нее. При не­большой длине всасывающего трубопровода капиллярная трубка навивается спиралью вокруг него.

В абсорбционно-диффузионных агрегатах используются жид­костные и газовые теплообменники, конструктивно представля­ющие собой трубки разного диаметра, вставленные одна в дру­гую.