Испаритель

§3.1.3 “Основные элементы холодильной машины - испаритель” из книги “Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика.”. Автор: Ананьев В.А.

Испарители служат для охлаждения рабочей среды — воздуха или воды. Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха.

Пластинчатые испарители для охлаждения виды

Пластинчатые испарители обладают теми же характеристиками, что и аналогичные конденсаторы, описание которых было приведено ранее. Они обладают большей устойчивостью к замораживанию в случае поломки или различных аномалий по сравнению с традиционными типами испарителей.

Учитывая малый объем жидкости в пластинчатом испарителе, необходимо предусмотреть в системе наличие аккумулирующего бака, позволяющего избежать слишком частые включения и отключения компрессора. Более подробно эта проблема рассмотрена в разделе 3.4.3.

Кожухотрубные испарители для охлаждения воды

Эти испарители состоят из кожуха и собранных в пучок прямых трубок. Хладагент циркулирует в трубках испарителя, в то время как вода омывает трубки с внешней стороны, Разделительные пластины, установленные в корпусе, направляют поток воды и несколько раз меняют его направление.

На рис. 3.21 показана внутренняя конструкция кожухотрубного испарителя.

Рис. 3.21. Схема кожухотрубного испарителя. Выход хладагента Поступление воды Выход охлажденной воды Поступление хладагента

Как видно из рисунка, пластины крепления трубок имеют соответствующие головки с патрубками входа и выхода хладагента.

Испаритель может иметь один или два независимых контура. Вода, поступающая для охлаждения, входит и выходит через два боковых горизонтальных патрубка, расположенных с двух сторон кожуха.

Конструкция и характеристики испарителя аналогичны конденсаторам с водяным охлаждением.
Вода в испарителе циркулирует перпендикулярно трубкам и с довольно большой скоростью (от 0,6 до 3,0 м/с) благодаря разделительным перегородкам. Такое техническое решение, существенно повышает эффективность теплообмена.

Кожухотрубные испарители предназначены для работы с различными хладагентами и выполняются в очень широкой гамме мощностей от 7 до 200 кВт и более.

Испарители для охлаждения воздуха

Воздушные испарители представляют собой теплообменники с одним или несколькими рядами медных трубок с алюминиевым оребрением аналогично воздушным конденсаторам.

Хладагент циркулирует внутри трубок, охлаждаемый воздух — между пластинами (ребрами). Характеристики трубок и пластин аналогичны воздушным конденсаторам. Количество рядов трубок чаще всего колеблется в пределах от 4-х до 6-ти.

Наиболее распространенные диаметры трубок: 5/16", 3/8" и 1/2"; расстояние между ребрами колеблется от 1,4 до 1,8 мм. Трубки могут располагаться по ходу воздуха в ряд или в шахматном порядке.

Начиная с определенной мощности, воздушные испарители изготавливаются с двумя или более контурами охлаждения, имеющими независимый подвод хладагента с помощью распределителя.
Это делается для того, чтобы более равномерно запитать теплообменник. Распределение на два и более независимых контура позволяет более гибко реагировать на изменения в режиме работы. Соединение распределителя с каждым из независимых контуров осуществляется через трубки малого диаметра.

Каждый контур наполняется одинаковым количеством хладагента. Поток воздуха также распределяется по теплообменнику равномерно, что предотвращает сбои в работе и исключает обледенение отдельных участков теплообменника.

Опыт показывает, что наилучшие показатели качества работы испарителя достигаются, когда его объем позволяет развивать мощность от 2,8 до 7,0 кВт на каждый контур при использовании хладагента R22.

Скорость воздушного потока на входе в испаритель обычно составляет 2-3 м/с; при более высоких скоростях возможен проскок капель конденсата на выход теплообменника.

Размеры теплообменников современных холодильных машин определяются исходя из расхода охлаждаемого воздуха. Ориентировочно это составляет около 195 м³/ч на 1 кВт.

Общая холодопроизводительность испарителя зависит от температуры испарения хладагента, задаваемой при проектировании, и температуры поступающего в испаритель воздуха, определяемой условиями его эксплуатации.

Потери давления воздуха, проходящего через испаритель, зависят от многих факторов: диаметра трубок, площади и конфигурации ребер, количества рядов трубок, скорости воздушного потока на входе и количества образующегося на оребрении трубок конденсата.

Коэффициент просачивания (Bypass)

Следует отметить, что не весь воздух, который подается в испаритель, участвует в процессе теплообмена. Часть воздуха может проходить мимо теплообменника по периферии. Коэффициент просачивания характеризует процентное количество воздуха, которое проходит минуя испаритель, не изменяя своих параметров.

При низком коэффициенте просачивания

• увеличивается температура испарения и, следовательно, производительность холодильной машины. Возможно снижение габаритов компрессора;
• уменьшается потребный расход воздуха через испаритель. Возможно уменьшение размеров и мощности электровентиляторов;
• уменьшается потребная рабочая поверхность теплообменника. Возможно уменьшение количества трубок или количества рядов трубок теплообменника.

При высоком коэффициенте просачивания

• уменьшается температура испарения и, следовательно, холодопроизводительность. Может понадобиться компрессор большего размера;
• увеличивается потребный расход воздуха через испаритель. Требуется электровентилятор большего размера и большей мощности;
• увеличивается потребная рабочая поверхность теплообмена, количество трубок или рядов теплообменника.