КОНДЕНСАТОР - теплообмінний апарат, в якому пари холодильного агента, охолоджуючись до температури його конденсації, переходять в рідкий стан. Для цього у холодоагенту повинна бути відібрана теплота, по - перше, отримана ним від охолоджуваного об'єкта, і. по-друге додатково отримана перед надходженням в конденсатор.
У компресійному холодильному агрегаті пари холодоагенту сильно нагріваються перед надходженням в конденсатор при стисканні в циліндрі компресора; в абсорбційному агрегаті пари холодоагенту нагріваються в генераторі від підведеного тепла для виділення їх з розчину. Конденсатор є трубопровід зазвичай вигнутий у вигляді змійовика, всередину якого надходять пари холодоагенту. Змійовик охолоджується зовні навколишнім повітрям або водою (у великих холодильних агрегатах). Зовнішня поверхня змійовика зазвичай недостатня для відводу тепла повітрям, тому при повітряному охолодженні конденсатора поверхню змійовика збільшують за рахунок великої кількості ребер, кріпленням змійовика до металевого листа і іншими способами. Змійовик зазвичай розташовують горизонтально з пода чий холодоагенту в верхній виток.
Розглянемо дію конденсатора на прикладі роботи компресорного холодильника.
ЕТАП 1. Коли компресор не працює, нижні витки змійовика конденсатора наповнені рідким холодоагентом, а решта витки - його насиченими парами. Температура холодоагенту в конденсаторі буде дорівнює температурі охолоджуючої середовища (води або навколишнього повітря), а його тиск буде відповідати тиску насичених парів холодоагенту при даній температурі.
ЕТАП 2. При роботі компресора стислі в його циліндрі перегріті пари холодоагенту надходять в конденсатор з температурою приблизно на 30. 40º С вище температури охолоджуючої середовища. У зв'язку з тим, що вихід з конденсатора обмежений малою пропускною здатністю регулюючого вентиля, а компресор нагнітає пари холодоагенту, тиск їх в конденсаторі поступово підвищується. Відбувається перенасичення парів і поступова їх конденсація. Тепло, що виділяється при конденсації, підвищить температуру рідкого холодоагенту і його насичених парів. Температура конденсації буде підвищуватися до тих пір, поки різниця температур конденсирующего холодоагенту і охолоджуючої середовища не стане достатньою для передачі охолоджуючої середовищі всього тепла, яке виділяється в конденсаторі в одиницю часу.
ЕТАП 3. При нормальній роботі холодильника температура конденсації встановлюється приблизно на 10. 15º С вище температури охолоджуючої середовища, а тиск конденсації відповідає тиску насичених парів холодоагенту при цій температурі. Рідкий холодоагент, заповнюючи кінцеві витки змійовика, утворює перед регулюючим вентилем рідинний затвор, що перешкоджає попаданню в випарник частинок пароподібного холодоагенту.
ЕТАП 4. У разі підвищення температури охолоджуючої середовища (повітря, що охолоджує або води) умови конденсації холодоагенту погіршаться, так як підвищаться температура і тиск конденсації. Підвищення температури і тиску конденсації призведе до зниження холодопродуктивності агрегату, так як з підвищенням противодавления знизиться продуктивність компресора, а з погіршенням умов конденсації холодоагенту у випарник буде надходити парожидкостная суміш, через що зменшиться кількість тепла, що відводиться від охолоджуваного об'єкта холодоагенту при його кипінні ( випаровуванні) в випарнику. Однак з підвищенням противодавления не тільки знизиться продуктивність компресора, але і збільшиться споживана потужність двигуна. Все це, а також неминуче при підвищенні температури навколишнього повітря збільшення приток зовнішнього тепла в охолоджуваний об'єкт призведе до збільшення витрат електроенергії. Високий тиск конденсації погіршує також умови герметизації холодильного агрегату, сприяючи витоку холодоагенту, і може привести до аварій, якщо воно перевищить тиск, прийняте при розрахунку вузлів агрегату на міцність.
У холодильних агрегатах побутових холодильників застосовують ребрістотрубние і листотрубних конденсатори з повітряним охолодженням. Охолодження таких конденсаторів навколишнім повітрям забезпечує конденсацію холодоагенту і не викликає будь - яких незручностей, пов'язаних із застосуванням проточної води при водяному охолодженні.
Конструкції конденсаторів холодильних агрегатів побутових холодильників відрізняються великою різноманітністю. Пояснюється це головним чином економічними міркуваннями - вартістю матеріалів, витратами праці, металлоемкостью конструкції, можливістю механізації і автоматизації виробництва і ін.
РЕБРІСТОТРУБНИЕ КОНДЕНСАТОРИ З ПОВІТРЯНИМ ОХОЛОДЖЕННЯМ.
У ребрістотрубних конденсаторів зовнішня поверхня змійовика збільшена за рахунок великої кількості ребер. Змійовик зазвичай виготовляють зі сталевої труби. Ребра штампують зі сталевих або алюмінієвих пластин прямокутної або круглої форми. У конденсаторах компресійних агрегатах застосовують також для оребрения змійовика сталевий дріт. Для кращого відведення тепла необхідний хороший контакт між трубкою і надягнутими на неї ребрами. Для цього у пластинчастих ребер в місцях їх прилягання до трубки роблять відбортовки (комірці) і ребра припаюють. Змійовик і пластинчасті ребра після штампування часто піддають гальванічного лудіння і після складання пропускають через піч, щоб вони спаялися. Для захисту від корозії конденсатори фарбують.
Залежно від способу охолодження, ребрістотрубние конденсатори з пластинчастими ребрами бувають з вимушеним і з вільним рухом повітря. Вимушене рух повітря забезпечується вентилятором (ріс.3.22.а). Конденсатори, не мають вентиляторів, охолоджуються природною конвекцією повітря. Вентилятор встановлюють ззаду конденсатора (у напрямку потоку повітря через конденсатор). Конденсатори з вентиляторами більш компактні і в зв'язку з кращими умовами охолодження мають меншу поверхню охолодження, ніж конденсатори з вільним охолодженням. Однак в побутових холодильниках їх вважають за краще не застосовувати, тому що вентилятор витрачає додаткову електроенергію і підвищує рівень шуму в приміщенні.
Конденсатори з вимушеного руху ПОВІТРЯ в даний час використовують в компресійних холодильних агрегатах для двокамерних побутових холодильників великих ємностей, в низькотемпературних холодильниках, а також в невеликих кімнатних установках кондиціонування повітря. У таких холодильних агрегатах мотор-компресор розташовують так, щоб потік повітря після конденсатора прямував на нього і охолоджував його.
РЕБРІСТОТРУБНИЕ КОНДЕНСАТОРИ З пластинчастих ребрах
в даний час застосовують головним чином в абсорбційних холодильних агрегатах. Труби конденсаторів розміщують горизонтально.
часто з загальними ребрами або похило для стоку рідкого холодоагенту і з окремими ребрами кожного витка (рис 3.13.б, в). Остання конструкція більш краща.
У багатьох компресійних агрегатах використовують РЕБРІСТОТРУБНИЕ КОНДЕНСАТОРИ з дротовим оребренням. У таких конденсаторів ребра виготовлені зі сталевого дроту діаметром 1. 1,5 мм і приварені з обох сторін змійовика один проти одного. Конденсатори з дротовим оребренням набули широкого поширення завдяки можливості найбільш повної автоматизації їх виробництва.
У листотрубних конденсаторах (рис 3.13г) теплопередающей поверхню збільшена за рахунок тонкого сталевого (рідше алюмінієвого) листа, до якого прикріплений змійовик. Хороший контакт трубки з листом можна забезпечити різними способами кріплення:
- приварити в окремих місцях точкової електрозварюванням;
- обтиснути трубку по всій її довжині;
- прикріпити за допомогою пластин і ін.
Ефективно працюють листотрубних конденсатори з просечками у вигляді жалюзі в листі. При наявності жалюзі поліпшується циркуляція повітря і кілька збільшується теплопередающей поверхню аркуша.
Рідше застосовуються алюмінієві конденсатори прокатно-зварювального типу (ріс.3.13.д).
В такому конденсаторі змійовик і лист виготовлені заодно. Хороша теплопровідність алюмінію, а також відсутність будь - яких з'єднань між трубкою і листом сприяють ефективній роботі таких конденсаторов.В листотрубних конденсаторах на відміну від ребрістотрубних передача тепла відбувається більше випромінюванням, ніж конвекцією.
Теплопередачі в конденсаторі.
Пари холодоагенту конденсуються всередині труб конденсатора при зіткненні з їх стінками, температура яких нижча за температуру насичення пара, відповідає тиску в апараті. Інтенсивність теплопередачі залежить від характеру утворення конденсату, швидкості і напрямку руху холодоагенту, від стану поверхні труб, вмісту кисню в парах, конструктивного виконання теплообмінного апарату і швидкості руху зовнішньої охолоджуючої середовища.
Розрізняють два види конденсації:
У плівковій конденсації рідину осідає на холодній стінці, труби у вигляді суцільної плівки, в крапельної - у вигляді окремих крапель. Останнє спостерігається, коли конденсат не змочується поверхня охолодження або коли вона забруднена маслом або різними відкладеннями. Більшість теплообмінників працює зі змішаною конденсацією, коли в одній частині апарату виникає крапельна конденсація, а в інший плівкова. Утворений рідкий холодоагент необхідно швидко видаляти з теплопередающей поверхні. Від стану внутрішньої поверхні залежить товщина плівки конденсату. Вона збільшується при шорсткою поверхні і це супроводжується зниженням коефіцієнта тепловіддачі.
Різко залежить цей коефіцієнт від наявності відкладень на внутрішній і зовнішній стороні труб (масло, накип, іржа, пил, фарба). Присутність повітря в парах холодоагенту помітно знижує коефіцієнт тепловіддачі.
Від конструкції апарату залежить характер і швидкість руху конденсату в ньому і зовнішньої охолоджуючої середовища через апарат. Зі збільшенням швидкості зростають коефіцієнт тепловіддачі і витрати потужності на переміщення холодного повітря або води. Із зростанням швидкості руху рідкого холодоагенту в трубі ламінарний (спокійний) режим руху рідини переходить в турбулентний (з завихреннями), при якому процеси теплопередачі інтенсифікуються.
Забруднення і покриття (крім цинкового) на поверхні теплообміну погіршують теплопередачу, тому в експлуатації коефіцієнти теплопередачі конденсаторів на 15. 35% нижче значень, підрахованих для чистих апаратів. Звідси випливає, що при роботі необхідно регулярно очищати продувкою, промиванням теплообмінні апарати. погіршення теплопередачі в конденсаторі викликає збільшення тиску конденсації, що призводить до зниження холодопродуктивності установки і збільшення витрат потужності на привід компресора. Інтенсивність тепловіддачі характеризується коефіцієнтом тепловіддачі (а), який залежить від фізичних властивостей середовища і холодоагенту, характеру і швидкості їх руху. Визначити значення (а1 і (А2) в цілому по конденсатору важко, тому що багато чого залежить від розподілу і скостити холодоагенту і повітря на окремих ділянках поверхні конденсатора, чистоти поверхонь і темпів відведення конденсату. Швидкості руху охолоджуючого конденсатор повітря зазвичай 3. 8 м / с, води 1. 3 м / с, пароподібного холодоагенту 6. 20 м / с, рідкого 0,5. 1,5 м / с.
Коефіцієнт тепловіддачі від труб конденсатора до більш холодному тілу повітрю при вільному його русі 2 = 1,2 / 14 Вт / (м в кв. * К), при примусовому русі 2 = 20/90 Вт / (м в кв. * К).
Якщо коефіцієнт тепловіддачі з одного боку стінки значно нижче, ніж з іншого, то загальний коефіцієнт тепловіддачі наближається до значення меншого з цих коефіцієнтів. У такому випадку для підвищення інтенсивності теплопередачі доводиться збільшувати поверхню з боку меншого коефіцієнта тепловіддачі. Зазвичай це досягається ребрами труб. Так, в хладонового охлаждаемом повітрям конденсаторі з боку повітря обов'язково роблять ребра на трубках, оскільки коефіцієнт тепловіддачі до повітря приблизно в 50 разів менше, ніж від рідкого холодоагенту до труби. Якщо хладонового конденсатор охолоджувати водою, то може виникнути необхідність оребрения з боку хладону-12, тому що коефіцієнт тепловіддачі з боку води в 2. 3 рази вище. Ребра повинні щільно стикатися з поверхнею труби. Навіть невеликий зазор між трубою і ребром різко збільшує термічний опір переходу тепла і знижує ефективність оребрения.