Конденсаторы. Конденсатор холодильного агрегата - важнейший элемент холодильной машины, который служит для отвода теплоты конденсации хладагента в окружающую среду

 

Конденсатор холодильного агрегата - важнейший элемент холодильной машины, который служит для отвода теплоты конденсации хладагента в окружающую среду. Характеристика и режим работы всей установки во многом определяется эффективностью теплообмена конденсатора. Так, снижение перепада температур в конденсаторе на 1⁰С дает в среднем 3…4% экономии энергии и сокращает износ деталей компрессора.

В бытовых холодильниках применяют конденсаторы с естественным (конвективным) воздушным охлаждением или с принудительным движением воздушной среды. Для увеличения теплосъема конденсаторы конструктивно выполняют в виде змеевика, дополнительно снабженного проволочным или пластинчатым оребрением, металлическим листом и т.д.

Наибольшее влияние на тепловое состояние конденсатора оказывает температура окружающего воздуха, которая является определяющим фактором для значения температуры конденсации - одного из основных рабочих параметров холодильной машины. В свою очередь, на температуру конденсации влияет и теплопередающая способность конденсатора, которая в основном зависит от интенсивности теплоотдачи со стороны воздуха, т.к. на этой стороне сосредоточено наибольшее термическое сопротивление (до 80%). Особенно велико оно в воздушных конденсаторах с естественной конвекцией воздуха, т.к. коэффициенты теплопередачи у них незначительны - 3…10 Вт/(м²×К). Такие конденсаторы применяют в основном в агрегатах бытовых холодильников холодопроизводительностью до 200 Вт.

Конденсаторы бытовых холодильников классифицируют как по способу их охлаждения, так и по типу и конструкции оребрения.

Конденсаторы с естественной конвекцией. По конструкции конденсаторы, охлаждаемые в результате естественной конвекции окружающего воздуха, можно классифицировать по трем группам: ребристо - трубчатые с пластинчатыми ребрами, проволочно - трубчатые с проволочными ребрами, листотрубчатые.

Ребристо - трубчатый конденсатор с пластинчатыми ребрами представляет собой трубчатый змеевик, чаще однорядный, иногда двухрядный, с насаженными на него перпендикулярно оси трубки пластинчатыми ребрами прямоугольной формы. Ось трубки змеевика расположена горизонтально. Коэффициент оребрения (отношение площади суммарной теплопередающей поверхности со стороны воздуха к площади наружной поверхности труб) 7…20. Ребристо - трубчатый конденсатор со свободным движением воздуха, как правило, изготавливают на базе конденсаторов с принудительным движением воздушной среды. В качестве конденсатора используют одну секцию.

В некоторых конструкциях конденсаторов змеевик изготавливают из U - образных трубок, соединенных между собой калачами. Ребра насаживают на трубки через отверстия в пластинах, имеющих отбортовки у краев посадочных отверстий для обеспечения заданного межреберного расстояния. Кроме того, отбортовки улучшают контакт ребра с трубкой. Агрегаты с такими конденсаторами унифицированы с обычными агрегатами для торгового оборудования малых размеров, применяемых в помещениях с особо жесткими акустическими требованиями.

 

 

Рис. 5. конденсатор холодильного агрегата:

а - с проволочным оребрением, б - листотрубчатый, в - прокатно - сварной,

г - со спирально - навивными ребрами, д - горизонтальное расположение труб в прокатно - сварном конденсаторе.

 

У большинства конденсаторов змеевик выполнен из стальной трубки наружным диаметром 6…12 мм (у зарубежных) и 6…10 мм (у отечественных), а ребра - из стальной ленты толщиной 0,2…1,0 мм (у зарубежных) и 0,2…0,8 мм (у отечественных).Шаг змеевика 20…35 мм, шаг ребер 4…12 мм.

Обычно ребристо - трубчатые конденсаторы монтируют под углом 0…90⁰ к горизонтали или вертикально на задней стенке холодильного шкафа. При горизонтальном и наклонном расположении конденсатора теплообмен с окружающей его средой происходит более эффективно.

Разновидность ребристо - трубчатых конденсаторов - конденсатор со спирально - навивными ребрами, компактный и с высокими техническими показателями (см. рис.5, г). Конденсатор представляет собой однорядный змеевик из отдельных трубок с ребрами, соединенных между собой калачами. В одной из конструкций наружный диаметр трубы 4,75 мм, стальное ребро имеет высоту 3,5 мм и толщину 0,7 мм. Шаг спирали 3,5 мм, змеевика 50 мм, коэффициент оребрения 7.

Конденсаторы второй группы (рис.5, а) - проволочно - трубчатые с проволочными ребрами, широко применяемые в бытовых холодильниках, представляют собой плоский однорядный трубчатый змеевик, реже двухрядный, из трубок наружным диаметром 4,8…6,5 мм (у зарубежных) и 4,75…6,0 мм (у отечественных). К змеевику с обеих сторон друг против друга приварены точечной сваркой (под прямым углом к трубам) ребра из стальной проволоки Диаметром 1,2…2,5 мм (у зарубежных) и 1,5…1,6мм (у отечественных). Шаг змеевика 40…60 мм, шаг ребер 6…9 мм, коэффициент оребренности 3…10.

Различают два варианта проволочно - трубчатых конденсаторов: с горизонтальными трубками и вертикальными проволоками, с вертикальными трубками и горизонтальными проволоками. При горизонтальном расположении трубок характер течения хладагента в верхних трубках волновой, с разделением жидкой и паровой фаз. Внутренний диаметр трубок мал, поэтому в середине змеевика характер потока меняется: жидкий хладагент заполняет все сечение трубки в виде коротких пробок, отделенных одна от другой паром, также заполняющим все сечение. В конце змеевика характер движения такой же, с постепенным уменьшением участков, занятых паром. Часто наблюдается выход паровых пузырей в жидкостный трубопровод, в основном из-за ослабления конденсации и даже парообразования вместо переохлаждения в нижних трубках конденсатора, расположенных вблизи от компрессора в зоне восходящего потока нагретого воздуха.

Одна из причин перехода от конструкций с горизонтальным расположением трубок к конструкциям с вертикальным - перегрев трубок вблизи компрессора.

В напольных холодильных шкафах проволочные конденсаторы устанавливают на задних стенках под углом до 5⁰ к вертикали, что частично устраняет омывание верхней части конденсатора воздухом, нагретым у нижней части.

Применяют конденсаторы и третьей группы - листотрубчатые, в которых трубки укреплены на листе, играющем роль оребрения (рис.5, б).

В листе между трубками делают просечки, отгибаемые в виде жалюзи, а конденсатор располагают наклонно. Теплый воздух, поднимающийся по внешней стороне конденсатора, проходит через просечки на внутреннюю сторону, а ненагретый воздух из помещения протекает к внешней стороне.

Просечки и жалюзи в прокатно - сварных и листотрубчатых конденсаторах не только организуют движение потока воздуха, но и увеличивают поверхность теплообмена за счет торцов просечек и жалюзи.

К третьей группе относятся также конденсаторы листотрубчатые прокатно - сварного типа (рис.5, в,д). Они изготовлены из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсаторы имеют форму сплюснутой трубы и закрепляются на задней стенке шкафа холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсаторы работают эффективно вследствие высокой теплопроводности алюминия и теплопередачи через однородную среду. Для более эффективной циркуляции воздуха в щите сделаны сквозные просечки.

Существуют следующие способы интенсификации наружного теплообмена в воздушных конденсаторах с естественной конвекцией:

- увеличение площади поверхности теплообмена путем применения эффективного оребрения;

- повышение интенсивности тяги, создаваемой конденсатором;

- замена естественной конвекции на вынужденную;

- создание качественно новых способов охлаждения конденсатора.