Испарительный конденсатор

Содержание

1. Общее описание

2. Принцип работы

3. Интенсификация процесса

4. Преимущества и недостатки испарительных конденсаторов

1. Общее описание

Испарительный конденсатор является гибридом конденсатора с водяным охлаждением и воздушного конденсатора.  В испарительном конденсаторе рассеивание теплоты происходит за счет испарения воды в потоке воздуха, проходящего через змеевик конденсатора. Испарительные конденсаторы при работе расходуют существенно меньше воды, в сравнении с водяными конденсаторами — при равной производительности чиллера.

2. Принцип работы

 Испарительный конденсатор состоит из рядов оребренных или не оребренных трубок, в трубки нагнетается горячий газообразный фреон. На этот блок труб под напором распыляется вода, а также их обдувает вентилятор конденсатора. Некоторая часть попадающей на трубки воды, испаряется из-за одновременного воздействия на нее горячей поверхности трубок и направленного потока воздуха. Вода имеет больший коэффициент теплопередачи, нежели воздух. Физика испарения такова, что при испарении, пар отводит теплоту от объекта соприкосновения. Такой физический принцип позволяет отводить теплоту от теплообменной поверхности блока трубок, следовательно и от конденсируемого фреона, через стенку теплообменной поверхности, позволяя фреону конденсироваться. Неиспарившаяся вода, стекает в резервуар с рециркулируемой жидкостью (поддон) и заново циркулирует. Для циркуляции воды и создания напора применяют водяные центробежные насосы.

Так как часть воды уносится из системы, то резервуар требует подпитки водой из магистрали на постоянной основе. В испарительных конденсаторах старого образца долив из магистрального водопровода происходил посредством поплавка с запирающим механизмом — поплавкового клапана (как в сливном бачке унитаза). Долив, в современных системах, как правило, осуществляется автоматически, посредством открытия / закрытия электромагнитного клапана (соленоида). Открытие / закрытие соленоида происходит по сигналу электронного датчика уровня в резервуаре с водой. При чрезмерно низком уровне, если по какой-то причине долив из магистрали не осуществляется, при открытом соленоиде — сработает авариный сигнал и насос остановится по аварии протока (защите от сухого хода).

3. Интенсификация процесса

1. Для большей эффективности стараются усовершенствовать распылительные характеристики форсунок — разбрызгивателей для получения более мелких капель — мелкодисперсного водяного тумана. Таким образом меньше жидкости стекает обратно резервуар с рециркулируемой жидкостью. Диспергированная вода (см. ниже), гораздо более интенсивно испаряется, попадая на поверхность горячих трубок, так как небольшой объем каждой частицы воды способен быстрее испарится. Количество воды не успевшей испариться тем меньше, чем лучше происходит распыление. Испарившейся пар уносится из системы вентилятором конденсатора и выбрасывается в окружающую атмосферу.  

 (Краткое определение) Диспергированная вода — тонко измельченная, при распылении или эмульгирования вода.

2. Еще один метод улучшения теплообмена — применение перекрёстного обдува блока трубок относительно распыляемой воды. При разнонаправленных потоках мелкокапельной воды и воздуха, происходит более интенсивный отвод образовавшегося пара и не до конца испарившейся нагретой диспергированной воды. Таким образом, воздух насыщается водой, как следствие, температура воздуха снижается до температуры по влажному термометру.

С помощью этой системы можно снизить температуру конденсации на ~10ºC и снизить энергопотребление до 40%.

3. Для минимизации уноса нагретых неиспарившихся капель из системы, применяют различные каплеуловители, их располагают перед вентилятором. Чаще всего они представляют собой ряды изогнутых пластин, в которые как бы врезаются несомые потоком воздуха капельки и скатываются обратно в емкость с рециркулируемой водой. Все капли уловить невозможно, но значительная часть все же возвращается в систему благодаря каплеуловителям. Более подробную информацию о каплеуловителях Вы сможете найти в статье — градирня.

4. Преимущества и недостатки испарительных конденсаторов

1. Экономия электроэнергии в среднем на ~ 15% (до 45%) в сравнении с воздушными конденсаторами и кожухотрубными.

2. В связи с лучшим теплообменом, требуется меньшая площадь теплообмена — блока оребренных трубок (наиболее дорогой элемент конденсатора), как следствие, более низкая закупочная цена для больших промышленных чиллеров, даже с учетом необходимости насоса, резервуара и форсуночного блока.

3. Из второго пункта вытекает третий, менышая площадь теплообмена обеспечивает снижение внутреннего объема, значит требуется меньшая заправка хладагентом = экономия + дополнительная экологичность.

4. Компактнее воздушных конденсаторов, при сопоставимой мощности, до 50% экономии монтажной площади под конденсатором и вокруг.

5. Более низкие требования к качеству охлаждающей воды, по сравнению с водяными кожухотрубными конденсаторами.

6. Большая часть воды остается в системе, расход воды в десятки раз ниже нежели у водяных конденсаторов (до 95%, если сравнивать комбинацию кожухотрубного конденсатора с градирней сопоставимой производительности). Подпиточная вода восполняет только испарившуюся воду и унесенную потоком воздуха не до конца испарившуюся нагретую диспергированную воду. Экономия воды актуальна в местах, где сложно обеспечить большой объем приточной воды.

7. Более низкий уровень шума, так как скорость вращения вентиляторов испарительного конденсатора, в среднем более низкая, чем у вентиляторов воздушных конденсаторов, при сопоставимой производительности чиллера.

8. Ключевым недостатком можно назвать — невозможность эксплуатации данных систем в холодном климате. При минусовых температурах насос отключают и консервируют водяной контур. Систему можно эксплуатировать только как обыкновенный воздушный конденсатор, при этом мощности, без функции распыления воды и принципа испарения, при существующей теплообменной поверхности будет недостаточно. В этой связи, в зимний период необходимо подключение к системе дополнительной теплообменной поверхности, в виде бустерного (вспомогательного) воздушного конденсатора. В регионах с длинной зимой применение испарительных конденсаторов теряет смысл, так как большую часть года они работают как обычные воздушные конденсаторы, плюс более сложное обслуживание, плюс консервация и расконсервация. Все эти факторы не дают возможности широкого применения испарительных конденсаторов в холодном климате для производства чиллеров.