Применение теплообменников в больших супермаркетах

Обратимся к рис. 10. Здесь представлен типичный современный супермаркет. Однако на схеме показаны не все компоненты холодильной установки. В большом супермаркете приходится решать еще много других задач, требующих охлаждения до разных температур. Так как наша основная цель показать варианты применения теплообменников, то другое оборудование - вентили, насосы, регуляторы, трубы - в дальнейшем упоминается лишь вскользь.

Данная установка имеет следующие характеристики:

• Весь аммиачный цикл совершается в машинном отделении. Это означает, что аммиак отсутствует в помещениях, где находятся посетители супермаркета и персонал, не связанный с обслуживанием холодильной машины.
• Аммиачный испаритель охлаждает рассол, который поступает в различные воздухоохладители (ВО). В данном случае испаритель представляет собой два полусварных ПТО, подсоединенных по схеме термосифона к общему парожид-костному сепаратору.
• Контур «испаритель - рассольный танк» отделен от контура «рассольный танк - ВО». В каждом контуре есть свой насос. Однако рассол из обоих контуров смешивается в танке. Такая конструкция позволяет независимо управлять испарителем и ВО.
• Температура рассола на входе всех ВО одинакова и равна -8 °С. Но температура в обратном трубопроводе, -4 °С, это результат смешивания рассола разной температуры, выходящего из разных воздухоохладителей.
• На рисунке показан один рассольный контур, обслуживающий несколько ВО. Если температура воздуха в разных холодильных камерах сильно отличается, то необходимо использовать несколько рассольных контуров (т.е. несколько испарителей).
• Аналогично, аммиачный конденсатор охлаждается оборотной водой, которая, в свою очередь, остывает в охладителе жидкости, расположенном на крыше здания. В нашем примере конденсатором служит полусварной теплообменник с отдельной секцией утилизации тепла. Подробнее он обсуждается ниже.
• Вместо охладителя жидкости может применяться градирня, а также одноконтурная либо двухконтурная водяная система охлаждения холодоносителя.

Последняя очень популярна на Дальнем Востоке. Из-за большой влажности градирни не выгодны, а пресная вода крайне дефицитна. Поэтому используется пресная вода, циркулирующая в замкнутом контуре и охлаждаемая морской водой в ПТО с титановыми пластинами и прокладками. Такая схема широко применяет в Гонконге, Сингапуре и других местах для отвода тепла, производимого большими кондиционерами воздуха.

Для получения низкотемпературного холода возможно использование рассола, но такой вариант тем менее эффективен, чем ниже требуемая температура. В нашем примере для создания в холодильной камере низкой температуры применяется каскадная схема. В качестве второй ступени используется холодильная машина с хладагентом R404a, причем конденсатор охлаждается испаряющимся аммиаком основной системы. Таким испарителем-конденсатором может служить небольшой полусварной, или, как в обсуждаемом примере, никелевый паяный теплообменник.

• Если низкотемпературная камера находится далеко от машинного отделения, линии с хладагентом R404a могут оказаться слишком длинными. Было бы лучше поместить холодильную установку вблизи холодильной камеры и охлаждать конденсатор рассолом, поступающим из основной системы. Альтернативой этому является использование тепловых труб с углекислым газом в качестве теплоносителя (холо-доносителя). Конденсатором в этом случае может служить медный паяный ПТО.
• Сжатие от температуры испарения -12 °С до температуры конденсации 45 °С характеризуется низким холодильным коэффициентом. Экономически оправданный коэффициент получился бы при сжатии аммиака до температуры около 160 °С. Однако при столь высокой температуре происходит разложение масла и заклинивание компрессора.
• Поэтому установка имеет два последовательно соединенных компрессора (или двухступенчатый компрессор с промежуточным входом хладагента) и экономайзер (см. рис. 3). В нашем примере в качестве экономайзера применяется никелевый паяный теплообменник. Он выполняет двойную функцию: увеличение холодильного коэффициента и уменьшение температуры нагнетания аммиака до более приемлемых 96 °С.
• Температура нагнетания аммиака, 96 °С, достаточно высока, чтобы использовать это тепло для нагрева воды. В ПТО можно легко нагреть воду до 80-85 °С. Поэтому конденсатор оснащается секцией, охлаждающей перегретый пар и одновременно нагревающей воду. От 20 до 25 % энергии может быть утилизировано для получения горячей воды.
• Отделитель жидкости состоит из двух частей. Парожидкос-тным сепаратором является, в сущности, горизонтальная часть аппарата.

Определенный уровень жидкого аммиака поддерживается в вертикальной части сосуда. Из-за относительно небольшой площади поперечного сечения этого сосуда по сравнению с горизонтальным сосудом общее количество аммиака в сепараторе может быть относительно небольшим.

• Поверхность жидкости в сепараторе постоянно колеблется. Чтобы стабилизировать положение поплавка, который управляет регулирующим вентилем, поплавок и вентиль помещают в отдельный сосуд сепаратора, сообщающийся с основным сосудом.
• Такие сепараторы с вентилями выпускаются как единый агрегат. Некоторые специально предназначены для установки на выходе полусварного пластинчатого теплообменника.
• Масло не растворяется в аммиаке и тяжелее его. Масло из компрессоров собирается в нижней части каждого термосифонного контура. Оттуда масло стекает через клапаны A по сливным трубам в бак с маслом.

Небольшое количество аммиака неизбежно попадает в резервуар с маслом. Здесь он испаряется, и бак с маслом снаружи покрывается инеем. Когда бак целиком наполнен маслом, аммиак не может в него проникнуть. Температура возрастает, и иней тает. Это служит сигналом, регистрируемым визуально или термометром, что бак с маслом полон. Тогда клапаны A закрываются, и открываются клапаны B. Через один из клапанов B аммиак под большим давлением выдавливает масло из бака, и оно вытекает через другой клапан B во вторичный бак для масла. Оттуда масло поступает в компрессоры.

Если температура окружающего воздуха недостаточно высока для испарения аммиака в баке для масла, то для улучшения испарения можно установить электрический нагреватель или змеевик с конденсатом. Для перекачивания масла можно вместо аммиака ВД использовать насос.