Воздушные конденсаторы

Конденсатор как элемент холодильной машины

Воздушный конденсатор холодильной машины служит для отвода теплоты в окружающую среду, определяя при этом режим работы хо­лодильного агрегата и машины в целом, так как работа всех элементов холодильной машины тесно взаимосвязана (см. рис.). Одним из резуль­татов взаимодействия элементов холодильной машины можно считать тепловое состояние компрессора, определяемое установившейся темпе­ратурой обмотки встроенного электродвигателя, так как от него в ко­нечном итоге зависит работоспособность компрессора.

Главным фактором, влияющим на режим работы конденсатора и агрегата в целом, является температура окружающего воздуха, величи­на которой определяет прежде всего значение температуры конденса­ции — одного из основных рабочих параметров холодильной машины.

Температура конденсации зависит также от теплопередающей спо­собности конденсатора, которая, в свою очередь, обусловлена конст­рукцией аппарата. В воздушных конденсаторах на эффективность теп­лопередачи влияет прежде всего теплоотдача со стороны воздуха, пред­ставляющая наибольшее тепловое сопротивление. Особенно велико это сопротивление в воздушных конденсаторах, работающих при ес­тественной конвекции воздуха. Коэффициенты теплопередачи у них не­велики, поэтому такие конденсаторы применяют глав­ным образом в агрегатах бытовых холодильников производительностью до 200 Вт.

В малых холодильных машинах, чиллерах, моноблоках, для предприятий торговли и об­щественного питания, фреоновых машинах средней производитель­ности, используемых на транспорте, а также в установках промыш­ленных предприятий воздушные конденсаторы охлаждаются потоком воздуха, принудительно создаваемым специальным (обычно осевым) вентилятором  . Такие конденсаторы представляют собой один или несколько (по ходу воздуха) змеевиков из труб с укрепленными на них пластинчатыми ребрами. Холодильный агент конденсируется в тру­бах. Ребра и трубы снаружи охлаждаются воздухом.

Обычно в агрегатах холодопроизводительностью до 2—6 кВт кон­денсатор устанавливают на общей раме с компрессором, при этом в агрегатах с герметичными и бессальниковыми компрессорами венти­лятор приводится в действие от отдельного электродвигателя, а в агрегатах с сальниковыми компрессорами вентилятор насажен на вал электродвигателя компрессора.

В холодильных машинах с бессальниковыми компрессорами холодопроизводительностью  6—15 кВт, используемыми для централизован­ного холодоснабжения магазинов типа ’’Универсам”, в последние годы наметилась тенденция установки общего воздушного конденсатора отдельно от компрессора, обычно на крыше здания. С повышением холодопроизводительности  до 10-15 кВт, рост габаритов компрессора и конденсатора происходит примерно в равной степени, а при большей холодопроизводительности размеры конденсатора увеличиваются зна­чительно быстрее, чем компрессора. Это приводит к необходимости отдельного размещения конденсатора.

Если до 70-х годов нашего века граница широкого применения воздушного охлаждения конденсаторов соответствовала холодопроиз­водительности 5—6 кВт, то в настоящее время она охватывает область примерно до 100 кВт . При этом значительно сократилось приме­нение прямоточного и оборотного водоснабжения, а использование во­допроводных сетей стало исключением.

Опыт эксплуатации холодильных машин в США с воздушным охлаж­дением конденсаторов, уже начиная с 60-х годов, показал их несомнен­ную конкурентоспособность в сравнении с водяным. Примерные относительные эксплуатационные затраты для установки холодопроизводительностью около 32 кВт приведены ниже.

Относительные эксплуатационные затраты.

Охлаждение.  

Воздушное с выносным конденсатором (условно) - 1,0

Испарительное - 1,04

Водяное оборотное с градирней - 1,21

Водяное прямоточное - 9,7

В настоящее время к холодильным машинам предъявляют все более жесткие санитарно-технические требования в целях предотвраще­ния загрязнения водоемов, сокращения расхода пресной воды и др. В связи с этим использование воздушного охлаждения конденсаторов холодильных машин становится все более актуальной задачей. Этому способствует также широкий экспорт холодильных машин в страны с ограниченными водными ресурсами.

Несмотря на то, что системы с воздушным охлаждением конденса­торов в сравнении с водяным имеют более низкую начальную стои­мость, меньшие эксплуатационные расходы и более просты в обслужи­вании, их эксплуатация связана с решением ряда проблем. Основными недостатками воздушных конденсаторов являются шум при работе вентиляторов, более высокая температура конденсации и соответствен­но повышенное энергопотребление в жаркое летнее время, а также не­обходимость применения специальных устройств (следовательно, ус­ложнение схемы машины и ее большая стоимость) для регулирования давления конденсации зимой при низкой окружающей температуре.

Однако преимущества воздушного охлаждения конденсаторов го­раздо существеннее, а современное развитие техники позволяет доста­точно успешно разрешать указанные проблемы. Так, снижение шума при создании воздушных конденсаторов обеспечивается путем выбора оп­тимального профиля лопаток вентилятора, а также оптимальных значе­ний частоты его вращения и диаметра. В конечном итоге принимают компромиссное решение, обеспечивающее допустимый предел уровня шума, для установок холодопроизводительностью до 100 кВт.

Классификация и основные характеристики конденсаторов

Воздушные конденсаторы малых холодильных машинах можно клас­сифицировать следующим образом.

По способу циркуляции охлаждающего воздуха различают конден­саторы с естественной циркуляцией (свободное движение) и с прину­дительным движением воздуха.

По условиям движения хладагента в секциях аппарата конденсаторы разделяются на следующие типы: с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным движением.

По месту установки конденсаторы классифицируют на встроенные (установленные непосредственно на раме агрегата рядом с компрессо­ром) и выносные (установленные отдельно от компрессора, обычно снаружи здания, сбоку или на крыше машинного отделения).

По виду выполнения теплопередающих поверхностей конденсато­ры могут быть гладкотрубные, ребристо-трубные, листотрубные и па­нельные.

Аппараты с естественной циркуляцией (конвекцией) воздуха ис­пользуют преимущественно в бытовых холодильниках. Такой аппарат имеет односекционную конструкцию с последовательным движением хладагента. Наибольшее распространение имеют два типа конструкции: листотрубная (представляющая собой плоский змеевик из круглой труб­ки, обычно диаметром 6 мм, плотно прижатый к металлическому листу, имеющему просечки различного вида) и ребристо-трубная (представля­ющая собой плоский трубчатый змеевик, аналогичный предыдущей конструкции, но имеющий снаружи оребрение, выполненное из отрезков толстой проволоки диаметром 1,5-2 мм, приваренной к трубкам по вы­соте всего змеевика).

В отдельных случаях конденсатор бытового холодильника может иметь панельную конструкцию, где, как и в испарителе, хладагент про­ходит по каналам внутри двухслойного листа.

Аппараты с принудительным движением воздуха выполняют преиму­щественно ребристо-трубными путем насадки на гладкие трубы плас­тинчатых ребер. Последние могут иметь различную форму (подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). Такие аппараты называют также пластинчато-ребристыми. Широкое распространение такие аппараты получили вследствие сравнительно низкой трудоемкости их изготов­ления.

 Оребрение может выполняться также путем навивки на трубу ленты или выдавливанием ребер непосредственно из материала трубы. Иногда оребрение делают не только снаружи, но и внутри путем использования различных вставок-насадок на стороне хладагента. Как будет показано ниже, такие аппараты (имеющие двустороннее оребрение) обладают вы­сокой теплопередающей способностью, но из-за технологических слож­ностей изготовления еще не нашли широкого применения в отечествен­ной и мировой практике.

Воздушный конденсатор малой холодильной машины является од­ним из конструктивных узлов (элементов) холодильного агрегата, поэтому его характеристики и пути их совершенствования тесно свя­заны с развитием и совершенствованием других элементов: компрес­сора, ресивера, рамы и др.

В целях определения основных современных тенденций конструирования и оценки возможности прогнозирования характеристик малых холодильных агре­гатов  авторами проведен анализ характеристик агрегатов, выпускаемых де­сятью ведущими фирмами в девяти промышленно-развитых странах мира. Рас­смотрены средне- и низкотемпературные агрегаты холодопроизводительностъю от 200 до 6000 Вт. Анализировались следующие их основные характеристики: хо­лодильный коэффициент е; удельная материалоемкость М; удельный занимае­мый объем V; корректированный уровень звуковой мощности U.