Испарительные конденсаторы

Конденсатор испарительного охлаждения (рис. 9) представляет собой расположенный в кожухе пучок гладких или оребренных труб, орошаемый рециркулирующей водой и продуваемый воздухом. В целях экономии цельнотянутых труб поверхность конденсатора может быть составлена из листоканальных элементов.

Хорошо обтекаемый профиль панелей позволяет осуществлять тонкопленочное орошение. Малая толщина пленки обеспечивает ее высокую температуру и интенсивную тепло- и массоотдачу с поверхности панелей в воздух. Относительно низкие гидравлические сопротивления панельных поверхностей позволяют увеличить скорость движения воздуха до 5 м/с, в результате чего Увеличивается компактность аппарата и снижается его металлоемкость.

В гладкотрубных испарительных конденсаторах используют трубы малого диаметра, скомпонованные в виде тесных пучков, что позволяет увеличить их компактность. Так, компактность современного испарительного конденсатора ИК-125, выполненного из пучка труб диаметром 22Х 1,6 мм, втрое больше, а масса его вдвое меньше, чем у конденсаторов с трубами диаметром 38Х 3 мм.

Иногда для интенсификации теплообмена скорость воздуха в узком сечении повышают до 10 м/с. Это требует высокой степени отделения капель воды, чтобы не допустить выноса их за пределы аппарата.

Применение испарительных конденсаторов, выполненных из ребристых труб, требует обязательного смягчения и фильтрации воды, так как удаление «водяного камня» с таких поверхностей затруднено.

Свежую воду, восполняющую убыль циркулирующей воды от испарения и уноса воздухом, добавляют в поддон аппарата. На каждые 1000 кДж отводимой теплоты расход циркулирующей воды составляет 0,005—0,0075 кг/с, расход воздуха 0,005— 0,01 м3/с, расход свежей воды 0,0001—0,0003 кг/с, суммарный расход энергии на вентиляторы и насос 0,005—0,0075 кВт«ч.

Процесс теплопередачи, реализуемой в испарительном конденсаторе, включает в себя конденсацию паров хладагента;

• теплопроводность через стенку трубы и ребра;
• теплопроводность и конвекцию от поверхности труб и ребер к наружной поверхности пленки воды, покрывающей трубы и ребра;
• тепло- и массообмен между смоченной поверхностью, и потоком воздуха.

Пластинчатые конденсаторы

Различают три -типа пластинчатых аппаратов: разборный, полуразборный и сварной. Первый тип аппаратов набирают из гофрированных пластин, уплотняемых по периметру резиновыми прокладками, второй тип — из попарно сваренных по периметру пластин, уплотняемых между собой резиновыми прокладками, третий тип — цельносварной.

В качестве конденсаторов водяного охлаждения можно использовать цельносварные аппараты, а в качестве испарительных конденсаторов — полуразборные аппараты. Основным элементом пластинчатого аппарата является гофрированная штампованная пластина.

В каналах, составленных из пластин, имеются точки опоры, что позволяет выдержать разность давлений по обе стороны пластины, а также повышенное внутреннее давление в канале. Пластины в пакете располагают одна относительно другой под углом 180°. Каждая пластина омывается двумя рабочими средами. Поперечное расположение гофр способствует турбулизации потока (рис. 8).

В качестве конденсаторов холодильных машин наиболее перспективно применение цельносварного или пакетно-сварного варианта. В этом случае пластины с помощью попеременно устанавливаемых прокладок сваривают в блок либо пакет, а из пакетов набирают сам конденсатор.

Конденсаторы кожухотрубные вертикальные (КТВ)

В промышленности используют аммиачные конденсаторы KB, которые отличаются компактной конструкцией, высокими коэффициентами теплопередачи (К — 800 Вт/м2-К) и возможностью использования в качестве охлаждающей среды кроме циркуляционной также речной, морской и прудовой воды, даже в случае, если она загрязнена. Средний температурный напор в таких конденсаторах 4—7°С.

По типу старых двухтрубных конденсаторов изготавливают противоточный переохладитель ПП для понижения температуры сконденсированного хладагента ниже температуры конденсации. Переохладитель устанавливают после оросительного или кожухотрубного конденсатора.

Типы, виды и принципы подбора конденсаторов

Что такое воздушный конденсатор?

Как выглядит воздушный конденсатор?

На фото чиллер с выносным воздушным конденсатором

Классификация конденсаторов

• Воздушные конденсаторы: Используют воздух для отвода тепла.
• Водяные конденсаторы: Используют воду как охлаждающую среду.
• Испарительные конденсаторы: Комбинируют водяное и воздушное охлаждение.

Конденсаторы в системах охлаждения и кондиционирования можно классифицировать по их холодопроизводительности. Разделение на «мелкие», «средние» и «крупные» является одним из подходов к классификации:

• Мелкие конденсаторы: Холодопроизводительностью до 60 кВт, часто используются в бытовых или небольших коммерческих системах охлаждения.
• Средние конденсаторы: Холодопроизводительностью до 1 МВт, подходят для более масштабных коммерческих или промышленных применений.
• Крупные конденсаторы: С холодопроизводительностью 3 МВт и более, используются в крупномасштабных промышленных приложениях.

На фото выносной воздушным конденсатор

Эта классификация основывается на масштабе их применения и мощности, которую они могут обеспечить.

Конденсаторы по конструкции делятся на два основных типа в зависимости от метода циркуляции воздуха:

• Конденсаторы с естественной циркуляцией воздуха: В этих конденсаторах отвод тепла происходит за счет естественной конвекции, без использования внешних устройств, таких как вентиляторы. Они обычно меньше по размеру и используются в системах с меньшей тепловой нагрузкой.
• Конденсаторы с принудительной (вынужденной) циркуляцией воздуха: Эти конденсаторы оборудованы вентиляторами или другими механизмами для принудительной циркуляции воздуха через теплообменник. Они более эффективны в отводе тепла и используются в более мощных системах охлаждения.

• Листотрубные конденсаторы: Используют сочетание труб и листовых элементов для теплообмена.
• Трубчатые конденсаторы с оребрением: Имеют ребра на трубах для увеличения площади поверхности и эффективности теплообмена.
• Трубчатые конденсаторы с пластинчатым оребрением: Используют пластины вместо традиционных ребер для улучшения теплоотдачи.
• Конденсаторы в виде змеевика: Состоят из спирально изогнутых труб, обеспечивающих эффективный теплообмен в компактной форме.

Что такое конденсаторы с водяным охлаждением?

На фото конденсатор водяной пластинчатый

В качестве конденсаторов с водяным охлаждением используются:

• неразборные пластинчатые теплообменники жидкость-жидкость из нержавеющей стали;
• кожухотрубные теплообменники прямого расширения.

На фото конденсатор водяной кожухотрубный

Устройство кожухотрубных конденсаторов аналогично устройству кожухотрубных испарителей прямого расширения. Отличие состоит в том, что внутри медных трубок движется вода, а хладагент конденсируется на наружной стороне труб в межтрубном пространстве кожуха. Пар хладагента поступает в кожух сверху, сконденсировавшийся хладагент удаляется снизу. Движение воды следует обеспечить снизу вверх для обеспечения противоточного движения теплообменивающихся сред. Кожух и трубные решетки выполняют из стали, трубы применяют медные для обычного исполнения, для специального исполнения, когда в качестве охлаждающей среды или источника низкопотенциальной теплоты используется морская вода, трубки выполняют из медноникелевого сплава, трубные доски — из нержавеющей стали.

Что такое листотрубные конденсаторы?

Что такое алюминиевые микроканальные конденсаторы? Плюсы и минусы

На фото алюминиевые микроканальные конденсаторы

Плюсы:

• Высокая эффективность: Микроканалы увеличивают площадь поверхности для теплообмена, делая конденсаторы более эффективными.
• Меньший вес и размер: Алюминиевая конструкция делает эти конденсаторы легче и компактнее.
• Экономия хладагента: Требуется меньше хладагента для заполнения системы.

• Уязвимость к коррозии: Алюминий подвержен коррозии, особенно при контакте с медью и другими металлами.
• Сложность ремонта: Мелкие каналы затрудняют чистку и ремонт.
• Стоимость: Могут быть дороже в производстве и ремонте по сравнению с традиционными конденсаторами.

Что такое медно-алюминиевые трубчато-ребристые? Плюсы и минусы

Плюсы:

• Высокая эффективность теплообмена: Комбинация меди и алюминия обеспечивает хорошую теплопроводность.
• Прочность и долговечность: Медь устойчива к коррозии, а алюминий легкий и прочный.

• Высокая стоимость: Медь дороже алюминия, что увеличивает стоимость конденсаторов.
• Риск гальванической коррозии: При контакте меди и алюминия может возникать коррозия из-за электрохимической активности.

На фото конденсатор медно-алюминиевый трубчато-ребристый

Воздушные конденсаторы для установок средней и большой производительности изготавливают из трубчатых поверхностей с пластинчатым оребрением либо из биметаллических труб с накатными ребрами. При этом компоновочные решения могут быть различными, так же как и ориентация секций в пространстве. В промышленности существует градация аммиачных воздушных конденсаторов, изготовленных из биметаллических труб, состоящих из труб углеродистой стали и плотно насаженной на нее наружной большего диаметра трубы из алюминия. Наружная труба — оребренная с накатными ребрами. Коэффициент оребрения таких труб р = 9. Оребренные трубы развальцовывают в трубных решетках прямоугольной формы. Секция имеет четыре либо восемь рядов по фронту.

В конденсаторах с воздушным охлаждением теплота конденсации передается нагреваемому воздуху. В качестве теплообменников используются поверхностные воздухоохладители, которые состоят из медных трубных змеевиков, на которые нанесены гофрированные пластины из алюминия в качестве оребрения со стороны воздуха. Медные трубки расположены в шахматном порядке. В трубках при охлаждении движущимся воздухом происходит конденсация хладагента. С целью уменьшения габаритов аппарата, наружная поверхность оребренных трубок омывается потоком воздуха с высокой скоростью, которая обеспечивается работой вентилятора.

Используются осевые вентиляторы с литым алюминиевым рабочим колесом в виде крыльчатки, приводимые в действие трехфазным электродвигателем с внешним ротором, степенью защиты IP65.

В блоках для установки внутри здания используются центробежные вентиляторы с двухсторонним всасыванием воздуха, статически и динамически сбалансированные. Вентиляторы приводят в движение трехфазные электродвигатели через ременную передачу с системой регулирования натяжения ремней.

Применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсаторов позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов. Широкому распространению воздушного охлаждения способствуют значительное сокращение стоимости изготовления и увеличение срока службы конденсаторов, удорожание стоимости охлаждающей воды, уменьшение степени загрязнения теплообменной поверхности.

Конденсаторы воздушного охлаждения применяют в нефтеперерабатывающей промышленности для конденсации технологических продуктов, в химической — для конденсации продукционного аммиака, в холодильных установках — для конденсации хладагента (или смесей хладагентов).

Учитывая высокую интенсивность теплообмена со стороны конденсирующегося хладагента, наружную поверхность конденсатора стараются максимально развивать, доводя коэффициент оребрения до 20—40.

Устройство и конструкция воздушных конденсаторов

• Теплообменник: Является основной частью конденсатора, где происходит процесс конденсации хладагента. Обычно состоит из металлических трубок (часто медных или алюминиевых), по которым проходит хладагент, и ребер, увеличивающих площадь поверхности для более эффективного отвода тепла.
• Корпус: Служит для удержания всех компонентов вместе и часто изготавливается из металла или прочных пластиков. Помогает защитить внутренние компоненты от внешних воздействий.
• Вентилятор (ы): Обеспечивают принудительную циркуляцию воздуха через ребра теплообменника, улучшая отвод тепла от хладагента. Размер и мощность вентиляторов подбираются в зависимости от необходимой производительности конденсатора.

Принцип работы воздушного конденсатора

Как подбирать и считать холодопроизводительность конденсатора?

Компрессор и конденсатор являются ключевыми компонентами в холодильных системах. Холодопроизводительность компрессора оказывает прямое влияние на выбор конденсатора. Компрессор генерирует холод, сжимая хладагент, а конденсатор отводит тепло от сжатого хладагента. Если конденсатор не соответствует мощности компрессора, это может привести к перегреву системы, снижению ее эффективности и увеличению расхода энергии.

Потребляемая мощность компрессора влияет на объем тепла, которое необходимо отвести конденсатору. Более мощный компрессор производит больше тепла, что требует конденсатора с более высокой эффективностью теплообмена. Для оценки этой зависимости используются формулы и методики, учитывающие такие параметры, как мощность компрессора, температуру конденсации и температуру окружающей среды.

Для более детального анализа, рассмотрим расчет подходящего воздушного конденсатора на основе известных данных о холодопроизводительности и мощности компрессора. Для этого используется следующая формула:

Пример расчета подходящего конденсатора

Рассмотрим расчет воздушного конденсатора, основываясь на данных о холодопроизводительности и мощности компрессора.

В этом примере учитывается запас по холодопроизводительности в размере 15% для более надежной и эффективной работы системы.

Предположим, что холодопроизводительность компрессора составляет 5 кВт, а его потребляемая мощность – 1.5 кВт. Тогда тепловая нагрузка на конденсатор будет:

Для выбора подходящего конденсатора важно учитывать не только его способность отводить тепло, но и другие факторы, такие как размеры, тип (воздушный или водяной), доступное пространство для установки и условия эксплуатации (температура окружающей среды, влажность).

На фото пример холодопроизводительности/потребляемой мошности компрессора

Как влияет влажность воздуха на холодопроизводительность воздушного конденсатора?

Влажный воздух имеет другие термодинамические свойства по сравнению с сухим воздухом. При повышенной влажности, теплопередача между воздухом и поверхностью конденсатора изменяется, что может привести к снижению эффективности отвода тепла.

В условиях высокой влажности на поверхности конденсатора может происходить конденсация влаги. Это приводит к формированию тонкого слоя воды, который действует как изолятор и ухудшает теплообмен между конденсатором и окружающим воздухом.

Влажность воздуха влияет на температуру влажного термометра, которая является ключевым параметром для определения потенциала охлаждения воздушного конденсатора. Чем выше влажность, тем выше температура влажного термометра и, соответственно, ниже потенциал охлаждения.

Повышенная влажность увеличивает теплоемкость воздуха, что означает, что для его охлаждения требуется больше энергии. Это также снижает общую эффективность процесса охлаждения.

В результате, для систем с воздушными конденсаторами, работающими в условиях высокой влажности, может потребоваться большая холодопроизводительность для компенсации уменьшенной эффективности теплообмена. В некоторых случаях может быть целесообразно использование дополнительных систем или методов для улучшения эффективности теплообмена, таких как установка вентиляторов или использование конденсаторов с увеличенной площадью теплообмена.

Основные неисправности воздушных конденсаторов

1. Пониженная эффективность отвода тепла

• Загрязнение ламелей конденсатора, что приводит к ухудшению теплообмена.
• Повреждение ламелей или заблокированные воздушные каналы.
• Недостаточный воздушный поток из-за неисправности или неправильной работы вентиляторов.

• Регулярная чистка и обслуживание ламелей и воздушных каналов.
• Ремонт или замена поврежденных ламелей.
• Проверка и ремонт вентиляторов, замена поврежденных компонентов.

На фото загрязенный конденсатор

2. Перегрев

• Недостаточный поток охлаждающего воздуха.
• Неправильное управление или настройка системы.
• Чрезмерная тепловая нагрузка на систему.

• Устранение препятствий для воздушного потока и обеспечение достаточной вентиляции.
• Перенастройка системы для оптимальной работы.
• Проверка и при необходимости снижение тепловой нагрузки на систему.

3. Утечка хладагента

• Повреждение или износ соединений и трубопроводов.
• Коррозия компонентов конденсатора.

• Обнаружение и устранение утечек.
• Замена поврежденных трубопроводов и соединений.
• Применение антикоррозийных средств и регулярный осмотр на предмет коррозии.

На фото утечка хладагента на конденсаторе (В месте пайки или заводской дефект у микроканального конденсатора)

4. Вибрация и шум

• Неисправность или дисбаланс вентиляторов.
• Неправильное крепление или износ крепежных элементов.

• Балансировка или замена вентиляторов.
• Проверка и укрепление крепежных элементов.

5. Замерзание в холодные периоды

• Недостаточная защита в условиях низких температур.
• Неправильная эксплуатация или регулировка системы в холодное время года.

• Использование антифризных добавок или обогревателей для предотвращения замерзания.
• Настройка системы на работу в условиях низких температур.

Коррозия: Медно-алюминиевые конденсаторы более устойчивы к коррозии по сравнению с алюминиевыми микроканальными. Алюминий более подвержен коррозии, особенно в агрессивных средах, что может привести к преждевременному износу и утечкам хладагента.

Механические повреждения: Алюминиевые микроканальные конденсаторы часто более уязвимы для механических повреждений из-за тонкости материала. Они могут легче повредиться при ударах или в процессе монтажа/демонтажа.

Проблемы с соединениями: В медно-алюминиевых конденсаторах могут возникать проблемы на соединениях между медными и алюминиевыми частями, так как эти металлы имеют различные температурные коэффициенты расширения. Это может привести к течам на стыках, особенно при перепадах температур.

Эффективность теплообмена: Алюминиевые микроканальные конденсаторы обычно обеспечивают более высокую эффективность теплообмена, что делает их более чувствительными к загрязнениям и засорениям. Накопление грязи и пыли может существенно ухудшить их работу, в то время как медно-алюминиевые конденсаторы несколько менее чувствительны к этому фактору.

Ремонтопригодность: Медно-алюминиевые конденсаторы легче ремонтировать в случае повреждений или утечек по сравнению с алюминиевыми микроканальными. Последние часто требуют полной замены из-за сложности ремонта микроканалов.