Глава 5. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

В зависимости от их назначения, теплообменные аппараты делят на основные: испарители и конденсаторы и вспомогательные: регене­ративные теплообменники, промежуточные сосуды, ресиверы и др.

В основных аппаратах происходят основные процессы термодина­мического цикла: передача теплоты от охлаждаемой среды к кипящему хладагенту – в испарителях и передача теплоты от конденсирующихся паров хладагента к охлаждающей среде – в конденсаторах.

Теплообменные аппараты должны отвечать следующим основным требованиям:

• обеспечивать интенсивный теплообмен, определяемый величиной теплового потока, проходящего через единицу поверхности – 1 м². Эта величина q_F, Вт/м² называется плотностью теплового потока, и от ее значения зависят компактность и металлоемкость аппарата;

• быть удобным и безопасным в эксплуатации, со­хранять надежность.

• быть простым и дешевым в изготовлении.

Классификация основных теплообменных аппаратов

По принципу действия различают аппараты рекуперативного типа, в которых теплообменная поверхность омывается одновременно двумя средами с разных сторон, и аппараты регенеративного типа, в которых одна и та же поверхность омывается «горячей» и «холодной» средами попеременно. Кроме того, существуют аппараты контактного типа, в которых передача теплоты от «горячей» среды к «холодной» осуществ­ляется путем их непосредственного соприкосновения.

Испарители и конденсаторы классифицируют, главным образом, в зависимости от вида среды, которая отдает теплоту в испарителе или к которой передается теплота в конденсаторе. Вид среды определяет и конструкцию аппарата.

По виду охлаждаемой среды испарители делят на два основных типа:

• для охлаждения жидких хладоносителей (воды, рассола и др.);

• для охлаждения воздуха.

Кроме указанных двух основных типов испарителей, в специальных технологических аппаратах (скороморозильных и др.) испарители служат для охлаждения или замораживания твердых тел (продуктов, изделий).

Испарители

В зависимости от конструкции, испарители для охлаждения жидкостей делят на следующие типы:

• кожухотрубные с кипением хладагента снаружи труб (затопленные);

• кожухотрубные с кипением хладагента в трубах;

• панельные;

• оросительные.

Основными являются первые три типа. Общий вид аммиачного кожухотрубного испарителя затопленного типа показан на рис. 5.1.

Рис. 5.1 - Аммиачный кожухотрубный испаритель

затопленного типа

Корпус аппарата 2 представляет собой сваренную из стального листа обечайку, по торцам к которой приварены трубные доски (решет­ки) 8 с отверстиями, в которые вставлены трубы 9. Концы труб в досках для уплотнения развальцовывают либо приваривают. Снаружи к ре­шеткам на шпильках крепятся крышки 3 и 12. Одна из крышек имеет штуцеры 5 и 6 для входа и выхода рассола. Жидкий хладагент подается в корпус, в нижнюю его часть (под уровень хладагента), через регули­рующий (дроссельный) вентиль и патрубок. На рис. 5.1 показан по­плавковый РВ 15.

В центре обечайки вверху приварен сухопарник 11, через который пары хладагента отсасываются компрессором. Уровень жидкого хлада­гента в таком аппарате затопленного типа поддерживают на линии вто­рого сверху ряда труб. Это позволяет при наличии сухопарника обеспе­чить работу испарителя без выхода капель жидкости вместе с паром, что необходимо для «сухого» хода компрессора.

Снизу к корпусу приварен маслоотстойник 13 с краном 14 для вы­пуска из аппарата масла, которое может там собираться при работе ма­шины. В крышке 3 имеется перегородка, обеспечивающая движение рассола, подаваемого насосом через штуцер 5, сначала в одном направ­лении (справа налево), примерно через половину всех труб, и его выход через штуцер 6, при движении через вторую половину труб, в обратном направлении (слева направо).

Левая крышка перегородок не имеет, в ней происходит поворот по­тока рассола и переход из нижней половины труб в верхнюю.

Такой аппарат называют «двухходовым». Конструкция аппарата (его крышек) может предусматривать и большее число ходов, от кото­рого зависит скорость движения рассола в трубах.

Для контроля уровня жидкого аммиака на корпусе испарителя ус­танавливают специальные указатели или автоматические датчики уров­ня поплавкового типа.

Конструкция фреоновых испарителей с кипением хладагента в межтрубном пространстве аналогична. Однако кипящая масло-фреоновая смесь образует пену, нет четкого уровня, разделяющего жид­кий и парообразный хладагенты. Вместе с масло-фреоновой пеной из испарителя уносится и незначительная часть жидкого хладагента.

Это приводит к уменьшению холодопроизводительности машины. Если в качестве хладоносителя в машине используется вода (сис­темы кондиционирования воздуха), то при охлаждении внутри труб возникает опасность ее замерзания при недостаточно квалифицирован­ном обслуживании холодильной машины. Поэтому в последнее время получили распространение кожухотрубные испарители с кипением хла­дагента внутри труб.

Хладоноситель (вода) движется между трубами и вертикальными спе­циальными перегородками, обеспечивающими более высокую скорость и соответственно большую отдачу теплоты от воды к поверхности труб.

Такая конструкция позволяет повысить надежность работы испа­рителя и осуществлять охлаждение воды до 1–2⁰С.

Однако теплоотдача кипящему хладагенту внутри труб существен­но хуже, так как в трубы хладагент поступает после регулирующего вентиля в виде парожидкостной смеси, в которой пар занимает гораздо больший объем по сравнению с жидкостью. Для повышения теплооб­мена с хладагентом, внутрь труб вставляют звездообразные сердечники.

Преимуществом испарителей с внутритрубным кипением является их меньшая емкость по холодильному агенту. То есть они требуют меньшей заправки хладагента по сравнению с машиной, имеющей ис­паритель затопленного типа. Это весьма существенно при использова­нии в качестве хладагентов дорогих фреонов.

Для улучшения теплообмена с кипящим фреоном в испарителях затопленного типа наружную поверхность труб развивают путем их оребрения, обычно путем «накатки», то есть образования ребер неболь­шой высоты – 3–5 мм из тела трубы.

Испарители для охлаждения воздуха по характеру его движения делят на два типа:

• со свободным движением воздуха (рис. 5.2, а, б, в);

• с принудительной циркуляцией воздуха (рис. 5.2, г);

По конструкции испарители со свободным движением воздуха разделяют на ребристотрубные, листотрубные, гладкотрубные, а также аккумуляционные плиты-испарители.

Рис. 5.2 - Испарители для охлаждения воздуха

Ребристотрубные испарители состоят из соединенных оребренных труб; листотрубные – из листов с каналами для прохождения хладагента, соединенных сваркой; гладкотрубные – из труб, соединенных в виде змеевиков. Эти испарители используются для охлаждения воздуха в холодильных камерах и в торговом холодильном оборудовании, а аккумуляционные плиты-испарители в автомобилях-холодильниках и в прилавках линий самообслуживания.

Испарители с принудительной циркуляцией воздуха, или воздухоохладители, представляют собой компактные аппараты ребристо-змеевикового типа с обдувом теплопередающей поверхности воздухом с помощью вентилятора. Они имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем испарители со свободным движением воздуха.

По расположению батареи и воздухоохладители бывают потолочного и пристенного типа. Воздухоохладители большой производительности делают в виде аппаратов постаментного типа, которые располагают на полу камеры у стен.