Какова роль ресивера в холодильном контуре?

На фото ресивер чиллера

В холодильных системах ресивер выполняет несколько важных функций:

• Хранение избыточного хладагента: Ресивер служит емкостью для хранения избытка жидкого хладагента. Это особенно важно, когда система работает при различных нагрузках или в различных режимах. Во время пиковых нагрузок, когда требуется больше хладагента для охлаждения, ресивер отдает накопленный хладагент в систему. В периоды низкой нагрузки, он собирает избыток хладагента, предотвращая его избыточное скопление в других частях системы.
• Поддержание постоянного давления: Ресивер помогает поддерживать оптимальное давление в системе, что важно для эффективности работы холодильного цикла. Он также гарантирует, что в системе всегда поддерживается необходимый объем хладагента для ее бесперебойной работы.
• Защита от жидкостного удара: Ресивер предотвращает поступление жидкого хладагента в компрессор, что может привести к его повреждению. Это достигается за счет удержания избытка жидкости внутри себя. В ресивере также собирается избыточный хладагент, предотвращая его чрезмерное накопление в конденсаторе.
• Обеспечение равномерного распределения хладагента: В системах с переменной нагрузкой ресивер обеспечивает равномерное распределение хладагента. Ресивер компенсирует изменения объема хладагента, вызванные колебаниями температуры окружающей среды, тем самым обеспечивая стабильную работу системы.
• Безопасность: Ресиверы обычно оснащены предохранительными клапанами для предотвращения чрезмерного давления внутри емкости, что повышает безопасность системы в целом.

Холодильный ресивер — это прочный герметичный контейнер, спроектированный для выдерживания высокого давления фреона (хладагента) в холодильной системе, включая дополнительный запас прочности. Этот ресивер изготавливается из стальной трубы (со сварным или бесшовным соединением) и оснащен торцевыми крышками. В конструкции ресивера предусмотрены патрубки или резьбовые соединения для впуска и выпуска фреона. Для предотвращения попадания пара в систему, вход для хладагента располагается у дна ресивера, где собирается жидкость.

Ресиверы бывают горизонтального и вертикального типов. В ресиверах объемом более 10 литров имеется резьбовое отверстие для монтажа предохранительного клапана высокого давления. В моделях от 25 литров и более часто устанавливаются уровневые стекла для мониторинга уровня фреона, что облегчает контроль за заправкой хладагента и настройку системы. Ресивер работает под давлением и должен соответствовать стандартам безопасности, утвержденным в стране эксплуатации, а также иметь сертификат и отметку о прохождении тестов.

Горизонтальные ресиверы

• Конструкция: Обычно представляют собой цилиндрические емкости, расположенные горизонтально. Их выбирают, когда имеется достаточно горизонтального пространства, но ограничена высота помещения.
• Обслуживание: В некоторых случаях доступ и обслуживание горизонтальных ресиверов могут быть удобнее.
• Применение: Часто используются в промышленных и коммерческих холодильных системах, где доступно больше места по горизонтали.

На фото горизонтальный ресивер

Вертикальные ресиверы

• Конструкция: Это стоящие вертикально цилиндрические контейнеры. Подходят для систем, где пространство ограничено по горизонтали, но доступна достаточная высота.
• Обслуживание: Могут требовать больше места в высоту для обслуживания и обследования.
• Применение: Идеальны для меньших или более компактных систем, где важно экономить пространство.

На фото вертикальный ресивер

Выбор между горизонтальным и вертикальным ресивером во многом зависит от местоположения холодильной установки, доступного пространства, а также от конкретных требований системы. Оба типа выполняют одну и ту же функцию хранения избыточного хладагента, и выбор между ними чаще всего определяется практическими соображениями.

Основная задача холодильного ресивера состоит в сохранении определенного объема жидкого фреона (хладагента) в соответствии с текущей тепловой нагрузкой на охлаждаемый объект (испаритель). Ресивер обеспечивает стабильное снабжение конденсированного фреона в расширительно-регулирующее устройство (ТРВ) или, при наличии соленоида, в капиллярную трубку, даже при значительных изменениях тепловой нагрузки. Кроме того, ресивер предотвращает попадание паров и неконденсирующихся газов в ТРВ, что может привести к ухудшению производительности охлаждения из-за снижения потока фреона (хладагента).

Дополнительным преимуществом является возможность извлечения всего фреона (хладагента) из холодильной системы при необходимости утечки или ремонта. Это исключает необходимость во внешнем резервуаре для сбора фреона из системы.

Внутренний состав холодильного ресивера

На фото состав ресивера

1. Емкость для хранения: Это основная часть ресивера, представляющая собой емкость, в которой накапливается и хранится хладагент. Эта емкость может быть различных размеров, в зависимости от требований системы.
2. Входное и выходное отверстия: У ресивера есть входное отверстие для приема хладагента из конденсатора и выходное отверстие для подачи хладагента к расширительному вентилю или другим компонентам системы.
3. Защитный клапан (не всегда): Некоторые ресиверы оснащены защитными клапанами или предохранительными устройствами для предотвращения избыточного давления внутри емкости.
4. Индикатор уровня хладагента (не всегда): В некоторых моделях ресиверов имеется индикатор уровня хладагента, который позволяет отслеживать количество хладагента внутри ресивера.
5. Фильтр или сетка (в некоторых моделях): Для предотвращения попадания загрязнений из хладагента в другие части системы.
6. Осушитель (в некоторых моделях): В некоторых ресиверах может быть интегрирован осушитель для удаления влаги из хладагента, что повышает эффективность и надежность системы.

Полбор холодильного ресивера

Основные шаги расчета:

• Определение максимального объема хладагента в системе: Это включает в себя объем хладагента, который может находиться в испарителях, конденсаторах, трубопроводах и других компонентах системы.
• Учет коэффициента заполнения: Ресивер никогда не заполняется хладагентом полностью, чтобы предотвратить избыточное давление при расширении хладагента. Обычно используется коэффициент заполнения от 70% до 80%.
• Учет изменения объема хладагента: Нужно учитывать изменения объема хладагента при различных рабочих температурах.

Уровень заполнения ресивера жидким фреоном должен поддерживаться между установленными минимальным и максимальным пределами. Важно обеспечить, чтобы жидкость никогда не опускалась ниже минимального уровня, чтобы избежать риска попадания паров или газов к дроссельному устройству, а также не превышала максимальный уровень.

Объем пара хладагента, который образуется в испарителе во время работы чиллера, варьируется в зависимости от нескольких факторов. Основным фактором, влияющим на процесс парообразования, является количество хладагента, подаваемого в испаритель от терморегулирующего вентиля (ТРВ). Это количество, в свою очередь, зависит от тепловой нагрузки на испаритель, которая может значительно колебаться в процессе эксплуатации. В бытовых холодильниках эти колебания обычно незначительны, в то время как в мощных промышленных чиллерах, рассчитанных на широкий диапазон температур охлаждения, такие колебания могут быть существенными.

На фото роталок и предохранительный клапан ресивера

В ситуации, когда в испарителе генерируется обильное количество пара, полностью переходящего в газообразное состояние под воздействием тепловой нагрузки, наблюдается повышение массового (или объемного) потока фреона в системе холодильного контура. Это приводит к тому, что объем фреона в ресивере снижается до минимума, но остается достаточным для непрерывной подачи фреона к терморегулирующему вентилю (ТРВ). В этом режиме большая часть фреона активно участвует в холодильном цикле.

Когда в испарителе происходит образование небольшого количества пара из-за ограниченной пропускной способности ТРВ и слабой тепловой нагрузки, массовый (или объемный) поток фреона уменьшается. В таких условиях ресивер заполняется до максимума или близкого к максимальному уровня. Если бы ресивера не было, воздушный конденсатор переполнился бы, что привело бы к чрезмерному переохлаждению фреона и, как следствие, к возможности срабатывания аварии высокого давления в чиллере, особенно при повышении температуры окружающей среды.

Жидкий фреон, поступающий в ресивер после прохождения через конденсатор, продолжает интенсивно переохлаждаться, что способствует дополнительному увеличению холодопроизводительности чиллера. Важно отметить, что это дополнительное переохлаждение не является результатом чрезмерного заполнения конденсатора жидким фреоном.

Принцип работы ресивера

В холодильных системах с капиллярными расширительными устройствами ресиверы устанавливаются нечасто, но если они присутствуют, то всегда в сочетании с электромагнитным клапаном (соленоидом) перед капиллярной трубкой. Этот клапан закрывается при остановке компрессора, предотвращая обратный поток жидкости.

Терморегулирующие вентили (ТРВ) пропускают меньше жидкости при выключении компрессора, чем капиллярные трубки, однако некоторое количество жидкости все же может перетечь во время выравнивания давлений. По этой причине установка соленоида также рекомендуется в системах чиллеров с ТРВ. Это особенно важно при использовании пластинчатых испарителей, которые обладают относительно небольшим внутренним объемом по сравнению с их производительностью. Даже небольшое количество перетекшей жидкости может быстро и полностью заполнить такой испаритель.

Чтобы лучше понять принцип действия жидкостного ресивера рассмотрим рабочую схему (рис.16.1) холодильной установки. При высокой температуре охлаждаемого объема регулирующий термостат запускает компрессор. Температура воздуха на входе в испаритель составляет 25 С, давление кипение сохраняется на уровне 5 бар, что для хладагента R22 равняется температуре кипения 6 С.

Не принимая во внимание потери давления во всасывающей магистрали компрессора, можно считать, что полный температурный напор на испарителе:

Δθполн=25-6=19 К

Допустим, температура в термобаллоне ТРВ составляет 13 С, это означает, что установка работает на перегрев 7 К. Когда термостат начинает запускать компрессор, воздух на входе в испаритель слишком горячий. Из этого следует, что процесс кипения в испарителе проходит интенсивно и для поддержания перегрева на уровне 7 К необходимо сильно открыть ТРВ.

Если ТРВ сильно открыт, то массовый расход хладагента и давление кипения высокие. Полагается, что холодопроизводительность хорошая, в том случае, когда в испарителе находится много жидкого хладагента. Рассмотрим эту же установку, но спустя некоторое время, когда температура на входе в испаритель снизится до 21 С, и проследим за тем, как изменились значения ее основных параметров.

Так как температура воздуха на входе в испаритель снизилась на 4 С, то для поддержания постоянного перегрева газа потребуется более длинный участок трубопровода. Это значит, что ТРВ должен обязательно закрываться.

Для поддержания постоянного перегрева 7 К, ТРВ должен быть открытым меньше, чем при температуре воздуха 25 С (рис.16.2).

В данном случае терморегулирующий вентиль закрыт сильнее, что по сравнению с предыдущим примером означает уменьшение давления кипения и массового расхода хладагента. Поскольку в испарителе находится меньше жидкости, холодопроизводительность снижается. Уменьшение жидкости в испарителе приводит к ее увеличению в ресивере и конденсаторе.

При относительно стабильном давлении конденсации, полный температурный напор на испарителе остается на уровне 19 К, в то время как температура кипения составляет 21-19=2 С. Поскольку регулировка ТРВ произведена таким образом, чтобы поддерживать перегрев на уровне 7 К, а кипение происходит при 2 С, то температура термобаллона ТРВ будет равна 2+7=9 С.

Итак, мы видим, что в установке с ТРВ, чем сильнее падает температура на входе в испаритель, тем больше перекрывается сам ТРВ, уменьшая массовый расход и холодопроизводительность. Вместе с этим в испарителе становится все меньше жидкости, а в ресивере ее уровень увеличивается.

Основное назначение ресивера это компенсировать колебания массового расхода жидкости, которые вызваны реакцией ТРВ на перемены в тепловой нагрузке.

Недостаточная емкость жидкостного ресивера

С этого периода объем жидкости внутри конденсатора начнет увеличиваться, снижая поверхность теплообмена и увеличивая давление конденсации. Все это сопровождается признаками чрезмерной заправки контура.

Если емкость жидкостного ресивера слишком мала и заправку хладагента производят при низкой температуре окружающей среды, то наблюдаются признаки нехватки хладагента в контуре при повышении температуры окружающей среды.

Перед разработчиками холодильного оборудования всегда стоит задача выбора подходящего ресивера. Необходимо чтобы его объем позволял вместить весь хладагент, который заправляется в установку, что существенно упростит обслуживание ресивера. Таким образом, ремонтник, предварительно перекрыв вентиль на жидкостном ресивере, может произвести вакуумирование с помощью компрессора жидкостной и всасывающей магистрали, а также испарителя, собрав всю жидкость в жидкостном ресивере и конденсаторе.

В случае, когда компрессор оборудован технологическими вентилями, сложностей с обслуживанием любых элементов контура, (кроме конденсатора и ресивера) как правило, не возникает. При этом потери хладагента будут минимальными.