Принцип работы и характеристики конденсатора

Конденсатор является одним из основных теплообменных устройств в холодильном оборудовании. Его задача — охлаждать и конденсировать перегретый пар хладагента высокого давления, выходящий из компрессора, превращая его в насыщенную или даже переохлаждённую жидкость за счёт отвода тепла в окружающую среду.
В зависимости от используемых в конденсаторах различных охлаждающих сред и методов, выделяют три типа: с водяным охлаждением, с воздушным охлаждением и с комбинированным водно-воздушным охлаждением.
Метод охлаждения конденсатора:
Воздушное охлаждение, водяное охлаждение, испарительное охлаждение (водно-воздушное охлаждение)
Согласно схеме движения воздуха за пределами трубы в конденсаторе с воздушным охлаждением:
Конденсатор с естественной конвекцией и воздушным охлаждением, конденсатор с принудительной конвекцией и воздушным охлаждением
1. Конденсатор с водяным охлаждением
Этот тип конденсатора использует воду в качестве охлаждающей среды для отвода тепла, выделяющегося при конденсации хладагента. Охлаждающая вода может использоваться один раз или рециркулироваться.
При использовании циркулирующей воды необходимо оборудовать градирню или резервуар с холодной водой, чтобы обеспечить непрерывное охлаждение воды. В зависимости от их различных конструкций выделяют преимущественно кожухотрубные и втулочные типы, а также широко используемые сегодня пластинчатые теплообменники.
Закрытый конденсатор с кожухом и трубками
1. Конденсатор кожухотрубный:
Хладагенты, используемые в холодильных системах, имеют различные конструкционные характеристики. Как правило, вертикальные кожухотрубные конденсаторы подходят для крупных аммиачных холодильных установок, тогда как горизонтальные кожухотрубные конденсаторы обычно применяются в больших и средних аммиачных или фреоновых холодильных установках. Метод крепления между трубной решеткой и теплообменной трубкой обычно представляет собой метод расширительного соединения, что удобно при ремонте и замене теплообменной трубы.
2. Характеристики горизонтального кожухотрубного конденсатора:
Высокий коэффициент теплопередачи, низкий расход охлаждающей воды, удобная эксплуатация и управление; однако предъявляются высокие требования к качеству охлаждающей воды. В настоящее время этот тип оборудования широко используется в крупных и средних холодильных системах.
Вертикальный конденсатор со стержневыми трубками
1 — Труба для вывода жидкости; 2 — Соединитель манометра; 3 — Входная труба; 4 — Резервуар для распределения воды; 5 — Соединитель предохранительного клапана; 6 — Труба выравнивания давления; 7 — Вентиляционная труба; 8 — Сливная труба для масла
3. Рукавный конденсатор:
Это водоохлаждаемый конденсатор, состоящий из трубок разного диаметра, которые соединены друг с другом и согнуты в спиральную или змеевидную форму. Как показано на рисунке, пар хладагента конденсируется между втулками, а конденсат отводится снизу. Охлаждающая вода поступает снизу вверх по трубопроводу меньшего диаметра, образуя противоток с хладагентом и тем самым обеспечивая более эффективный теплообмен.
Двухтрубный конденсатор
4. Пластинчатый конденсатор:
Пластинчатый конденсатор состоит из набора гофрированных пластин из нержавеющей стали, соединённых последовательно и образующих каналы для холодного и горячего теплоносителя по обеим сторонам теплообменной пластины, при этом тепло передаётся через стенку пластины в процессе потока.
Толщина теплообменной пластины составляет около 0,5 мм, а расстояние между пластинами обычно составляет 2–5 мм.
Пластинчатые теплообменники в последние годы широко используются благодаря их небольшому объему, легкому весу, высокой эффективности теплопередачи, низкому требуемому количеству хладагента и высокой надежности. Однако их внутренний объем невелик, и конденсированный жидкий хладагент следует своевременно удалять. При этом требуется высокое качество охлаждающей воды, они трудно очищаются, а внутренние утечки не так легко устранить.
Охлаждающая вода поступает и выходит, пар хладагента поступает сверху, а жидкий хладагент вытекает снизу.
2. Конденсатор с воздушным охлаждением
Этот конденсатор использует воздух в качестве охлаждающей среды: хладагент конденсируется внутри труб, а воздух проходит снаружи труб, поглощая тепло, выделяемое паром хладагента внутри труб. Из-за низкого коэффициента теплопередачи воздуха снаружи трубы часто устанавливаются ребра (со стороны воздуха), чтобы улучшить теплообмен снаружи труб. Он подразделяется на два типа: с естественным потоком воздуха и принудительным потоком воздуха.
1. Конденсатор с воздушным охлаждением и свободным потоком воздуха:
Конденсатор использует изменение плотности, вызванное поглощением тепла, выделяемого хладагентом при движении воздуха снаружи трубы, что приводит к свободному потоку воздуха и непрерывному отводу тепла конденсации паров хладагента. Он не требует вентилятора, не издает шума и обычно используется в малых холодильных установках. Как показано на следующем рисунке:
Конденсатор с принудительным воздушным охлаждением: как показано на рисунке ниже, он состоит из одной или нескольких наборов ребристых змеевиков. Пар хладагента поступает в змеевик через верхний коллектор, а его внешние ребра используются для усиления теплообмена со стороны воздуха и компенсации низкого коэффициента теплопередачи на поверхности воздуха.
С точки зрения конструкции, чем больше рядов труб вдоль направления движения воздуха, тем меньше теплопередача у труб в задних рядах, что затрудняет полное использование их теплообменной способности. Чтобы улучшить коэффициент использования площади теплообмена, лучше иметь 4–6 рядов труб.
2. Сравнение конденсатора с воздушным охлаждением и конденсатора с водяным охлаждением:
(1) Начальные инвестиции и эксплуатационные расходы оборудования с водяным охлаждением ниже, чем у оборудования с воздушным охлаждением, в районах с достаточным количеством охлаждающей воды;
(2) Из-за высокой температуры наружного воздуха летом температура конденсации обычно может достигать 50 ℃. Чтобы достичь той же холодопроизводительности, мощность холодильного компрессора оборудования с воздушным охлаждением необходимо увеличить примерно на 15%;
3. Испарительный конденсатор
1. Испарительный конденсатор:
Используя воду и воздух в качестве охлаждающих сред. При этом тепло, поглощаемое при испарении воды, используется для конденсации паров хладагента внутри трубки. Вода поднимается водяным насосом и распыляется на внешнюю поверхность теплопередающей трубки через сопло, образуя водную пленку. Часть этой пленки поглощает тепло и испаряется, превращаясь в водяной пар, который затем уносится воздухом, поступающим в конденсатор.
Неиспарившиеся капли воды падают в нижний бассейн. Над коробкой находится водяной барьер, который предотвращает рассеивание капель воды в воздухе. Конструктивный принцип испарительного конденсатора показан на схеме.
2. Характеристики испарительного конденсатора:
(1) За счёт использования испарения воды для отвода тепла конденсации количество потребляемой охлаждающей воды равно лишь количеству подаваемой рассеиваемой воды, что приводит к снижению расхода охлаждающей воды;
(2) Температура влажного шара на входе воздуха в испарительный конденсатор оказывает значительное влияние на теплообмен. При одной и той же температуре конденсации и объеме воздуха чем ниже температура влажного шара на входе, тем больше происходит испарение охлаждающей воды и тем лучше эффект конденсации;