РАБОТА КОНДЕНСАТОРА холодильника.

Рассмотрим действие конденсатора на примере работы компрессорного холодильника.

ЭТАП 1. Когда компрессор не работает, нижние витки змеевика конденсатора наполнены жидким хладагентом, а остальные витки — его насыщенными парами. Температура хладагента в конденсаторе будет равна температуре охлаждающей среды (воды или окружающего воздуха), а его давление будет соответствовать давлению насыщенных паров хладагента при данной  температуре. 

ЭТАП  2. При  работе компрессора сжатые в его цилиндре перегретые пары хладагента поступают в конденсатор с температурой примерно на 30….40º С выше  температуры охлаждающей среды. В связи с тем, что выход из конденсатора ограничен малой пропускной способностью регулирующего вентиля, а компрессор нагнетает пары хладагента, давление их в конденсаторе постепенно повышается. Происходит перенасыщение паров и постепенная их конденсация. Тепло, выделяющееся при конденсации, повысит температуру жидкого хладагента и его насыщенных паров. Температура конденсации будет повышаться до тех пор, пока разность температур конденсирующего хладагента и охлаждающей среды не станет достаточной для передачи охлаждающей среде всего тепла, которое выделяется в конденсаторе в единицу времени.

ЭТАП  3. При нормальной работе холодильника температура конденсации устанавливается примерно на 10…15º С выше температуры охлаждающей среды, а давление конденсации соответствует давлению насыщенных паров хладагента при этой температуре. Жидкий хладагент, заполняя конечные витки змеевика, образует перед регулирующим вентилем жидкостный затвор, препятствующий попаданию в испаритель частиц парообразного хладагента.

ЭТАП  4. В случае повышения температуры охлаждающей среды  (охлаждающего воздуха или воды) условия конденсации  хладагента ухудшатся, так как повысятся температура и давление конденсации. Повышение температуры и давления конденсации приведет к снижению холодопроизводительности агрегата, так как с повышением противодавления  снизится производительность  компрессора, а с ухудшением условий конденсации хладагента в испаритель будет поступать парожидкостная смесь, из-за чего уменьшится количество тепла, отводимого от охлаждаемого объекта хладагента при его кипении (испарении) в испарителе. Однако с повышением противодавления не только снизится производительность компрессора, но и увеличится потребляемая мощность двигателя. Все это, а также неизбежное при повышении температуры окружающего воздуха увеличение притоков внешнего тепла в охлаждаемый объект приведет к увеличению расхода электроэнергии. Высокое давление конденсации ухудшает также условия герметизации холодильного агрегата, способствуя утечкам хладагента, и может привести к авариям, если оно превысит давление, принятое при расчете узлов агрегата на прочность.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ.

В холодильных агрегатах бытовых холодильников применяют ребристотрубные и листотрубные конденсаторы с воздушным охлаждением. Охлаждение таких конденсаторов окружающим  воздухом обеспечивает конденсацию хладагента и не вызывает каких — либо неудобств, связанных с применением проточной воды при водяном охлаждении.

Конструкции конденсаторов холодильных агрегатов бытовых холодильников отличаются большим разнообразием. Объясняется это главным образом экономическими соображениями — стоимостью материалов, затратами труда, металлоемкостью конструкции, возможностью механизации и автоматизации производства и др.

РЕБРИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ.

У ребристотрубных конденсаторов наружная поверхность змеевика увеличена за счет большого количества ребер. Змеевик обычно изготовляют из стальной трубы. Ребра штампуют из стальных  или алюминиевых пластин прямоугольной или круглой формы. В конденсаторах компрессионных агрегатах применяют также для оребрения змеевика стальную проволоку.  Для лучшего отвода тепла необходим хороший контакт между трубкой    и надетыми на нее ребрами. Для этого у пластинчатых ребер в местах их прилегания к трубке делают отбортовки (воротнички ) и ребра припаивают. Змеевик и пластинчатые ребра после штамповки часто подвергают гальваническому лужению и после сборки пропускают через печь, чтобы они спаялись. Для  защиты от коррозии конденсаторы окрашивают.

В зависимости от способа охлаждения,  ребристотрубные конденсаторы с пластинчатыми ребрами бывают с вынужденным и со свободным движением воздуха. Вынужденное движение воздуха обеспечивается  вентилятором (рис.3.22.а). Конденсаторы,  не имеющие вентиляторов, охлаждаются естественной конвекцией воздуха. Вентилятор устанавливают сзади конденсатора (по направлению потока воздуха через конденсатор ). Конденсаторы с вентиляторами более компактны и в связи  с лучшими условиями охлаждения имеют меньшую поверхность охлаждения, чем конденсаторы со свободным охлаждением. Однако в бытовых холодильниках их предпочитают не применять, так как вентилятор расходует дополнительную электроэнергию и повышает уровень шума в помещении.

Конденсаторы с ВЫНУЖДЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВОЗДУХА в настоящее время используют в компрессионных холодильных агрегатах для двухкамерных бытовых холодильников больших емкостей, в низкотемпературных холодильниках, а также в небольших комнатных установках кондиционирования воздуха. В таких холодильных агрегатах мотор-компрессор располагают так, чтобы поток воздуха после конденсатора направлялся на него и охлаждал его.

 

РЕБРИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ПЛАСТИНЧАТЫМИ РЕБРАМИ

в настоящее время применяют главным образом в абсорбционных холодильных агрегатах. Трубы конденсаторов размещают горизонтально , 
часто с общими ребрами или наклонно для стока жидкого хладагента и с отдельными оребрением каждого витка (рис 3.13.б,в). Последняя конструкция более предпочтительна.

Во многих компрессионных агрегатах используют РЕБРИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ПРОВОЛОЧНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ. У таких конденсаторов ребра изготовлены из стальной проволоки диаметром 1…1,5 мм и приварены с обеих сторон змеевика друг против друга. Конденсаторы с проволочным оребрением получили широкое распространение благодаря возможности наиболее полной автоматизации их производства.

ЛИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ.
 В листотрубных конденсаторах (рис 3.13г) теплопередающая поверхность увеличена за счет тонкого стального (реже алюминиевого) листа, к которому прикреплен змеевик.   Хороший контакт трубки с листом можно обеспечить различными способами крепления:

   —   приварить в отдельных местах точечной электросваркой;

   —   обжать трубку по всей ее длине;

   —   прикрепить с помощью пластин и др.

  Эффективно работают листотрубные конденсаторы   с просечками в виде жалюзи в листе. При  наличии жалюзи улучшается циркуляция воздуха и несколько увеличивается теплопередающая  поверхность листа.

Реже применяются алюминиевые конденсаторы прокатно-сварочного типа ( рис.3.13.д).

 В таком конденсаторе змеевик и лист изготовлены заодно.   Хорошая теплопроводность алюминия, а также отсутствие каких — либо соединений между трубкой и листом способствуют эффективной работе таких конденсаторов.В листотрубных  конденсаторах в отличие от ребристотрубных передача тепла происходит больше излучением, чем конвекцией.

 

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В КОНДЕНСАТОРАХ.

 Пары хладагента конденсируются внутри труб конденсатора при соприкосновении с их стенками, температура которых ниже температуры насыщения пара, соответствующей давлению в аппарате. Интенсивность теплопередачи зависит от характера образования конденсата, скорости и направления движения хладагента, от состояния поверхности труб, содержания воздуха в парах, конструктивного исполнения теплообменного аппарата и скорости движения внешней охлаждающей среды.

 Различают два вида конденсации:

 —   пленочную,

 —   капельную.

 В пленочной конденсации жидкость осаждается на холодной стенке, трубы в виде сплошной пленки, в капельной — в виде отдельных капель. Последнее наблюдается, когда конденсат не смачивает поверхность охлаждения или когда она загрязнена маслом или различными отложениями. Большинство теплообменников работает со смешанной конденсацией, когда в одной части аппарата возникает капельная конденсация, а в другой пленочная. Образующийся жидкий хладагент  необходимо быстро удалять с теплопередающей поверхности. От состояния внутренней поверхности зависит толщина пленки конденсата. Она увеличивается при шероховатой поверхности и это сопровождается снижением коэффициента теплоотдачи.

Резко зависит этот коэффициент от наличия отложений на внутренней и внешней стороне труб (масло, накипь, ржавчина, пыль, краска). Присутствие воздуха в парах хладагента заметно снижает коэффициент теплоотдачи.

От конструкции аппарата зависит характер и  скорость движения конденсата в нем и внешней охлаждающей среды через аппарат. С увеличением скорости возрастают коэффициент теплоотдачи  и затраты мощности на перемещение охлаждающего воздуха или воды. С возрастанием скорости движения жидкого хладагента в трубе ламинарный( спокойный ) режим движения жидкости переходит в турбулентный  (с завихрениями), при котором процессы теплопередачи   интенсифицируются.

 

ТЕПЛООТДАЧА  КОНДЕНСАТОРОВ.

Загрязнение и покрытие (кроме цинкового) на поверхности теплообмена ухудшают теплопередачу, поэтому в эксплуатации коэффициенты теплопередачи конденсаторов на 15…35 %  ниже значений, подсчитанных для чистых аппаратов. Отсюда следует, что при работе необходимо регулярно очищать продувкой, промывкой теплообменные аппараты.  ухудшение теплопередачи в конденсаторе вызывает увеличение давления конденсации, что приводит к снижению холодопроизводительности установки и увеличению затрат мощности на привод компрессора.   Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи  (а), который зависит от физических свойств  среды и хладагента, характера и скорости их движения. Определить значения (а1 и (а2) в целом по конденсатору трудно, т.к. многое зависит от распределения и скости хладагента и воздуха на отдельных участках поверхности конденсатора, чистоты поверхностей и темпов отвода конденсата. Скорости движения охлаждающего конденсатор воздуха обычно 3…8 м/с, воды 1…3 м/с, парообразного хладагента 6…20 м/с, жидкого 0,5…1,5 м/с.

Значения коэффициентов теплоотдачи а[Вт/м в кв. *К] при конденсации составляют: для чистого аммиака — 7200…10500, для аммиака с 5% содержанием воздуха-4500…5800, для хладона -12-1150…2300, для фреона R-22  -1500…2900, для воды  -1750…4500.

Коэффициент теплоотдачи от труб конденсатора к охлаждающему воздуху при свободном его движении    а2=1,2/14 Вт/(м в кв. *К), при принудительном движении      а2=20/90 Вт/(м в кв.*К).

Если коэффициент теплоотдачи с одной стороны стенки значительно ниже, чем с другой, то общий коэффициент теплоотдачи приближается к значению меньшего из этих коэффициентов. В таком случае для повышения интенсивности теплопередачи приходится увеличивать поверхность со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи. Обычно это достигается оребрением труб. Так, в хладоновом охлаждаемом воздухом  конденсаторе со стороны воздуха обязательно делают ребра на трубках, поскольку коэффициент теплоотдачи к воздуху примерно в 50 раз меньше, чем от жидкого хладагента к трубе. Если хладоновый конденсатор охлаждать водой, то может возникнуть необходимость оребрения со стороны хладона-12, т.к. коэффициент теплоотдачи со стороны воды в 2…3 раза выше.   Ребра должны плотно соприкасаться с поверхностью трубы. Даже небольшой зазор между трубой и ребром резко увеличивает термическое сопротивление переходу тепла и снижает эффективность оребрения.

 

Материалы конденсаторов:

Для изготовления конденсаторов обычно используются металлы с высокой теплопроводностью, такие как:

• Медь: Обладает отличной теплопроводностью и устойчивостью к коррозии.

• Алюминий: Легкий и относительно недорогой материал, но менее устойчив к коррозии, чем медь.

• Сталь:  наимолее распрастаненные конденсаторы в бытовых холодильниках .