Испарители - принцип работы и типы

Один из основных компонентов холодильной машины - это испаритель, служащий для охлаждения рабочей среды. В качестве рабочей среды холодильной машины используется либо воздух, либо вода или жидкости, содержащие антифриз.
Для охлаждения разных видов рабочих сред предназначены различные типы испарителей:

• Кожухотрубные
• Пластинчатые
• Испарители для охлаждения воздуха

Кожухотрубные испарители

Кожухотрубный испаритель представляет собой стальной цилиндр, с обоих концов цилиндра установлены стальные решетки, к которым крепятся головки с патрубками для подключения к системе водяного охлаждения. В эти решетки запрессованы медные трубки, по которым протекает вода. Трубки чаще всего делаются из меди и имеют диаметр 20 мм и 25 мм. Снаружи они оребрены для повышения теплообмена.

Хладагент циркулирует по трубкам, поступая из нижней части испарителя и постепенно поднимаясь по трубкам вверх. С внешней стороны трубки омываются водой, которая охлаждается в процессе теплообмена с холодным хладагентом.

Вода в кожухотрубном испарителе циркулирует перпендикулярно трубкам и имеет скорость от 0.5 до 3 м/с благодаря разделительным перегородкам, расположенным внутри кожуха испарителя.

Кожухотрубные испарители подходят для работы с различными хладагентами. Мощность этих испарителей варьируется от 7 до 200-250 кВт.

Пластинчатые испарители

Пластинчатые испарители состоят из рядов стальных пластин, расположенных "елочкой". Внутри теплообменника хладагент и вода движутся навстречу друг другу по независимым контурам циркуляции.

Преимущества:

• очень высокая эффективность теплообмена.
• компактность и небольшая массу.
• более устойчивы к замораживанию в случае поломки, чем другие типы испарителей.

Испарители для охлаждения воздуха

Воздушные испарители - это теплообменники с одним или несколькими (4-6) рядами трубок. Внутри трубок протекает хладагент, а между ребрами испарителя (вне трубок) - охлаждаемый воздух.
Чаще всего испаритель для охлаждения воздуха состоит из оребренных медных трубок диаметром 8 - 13 мм (5/16", 3/8" и 1/2") с расстоянием между ребрами 1.4 - 1.8 мм. Медь используется потому, что ее легко обрабатывать, она не окисляется и имеет высокую теплопроводность. Оребрение обычно выполняется из алюминия.

Если мощность холодильной машины достаточно велика, то воздушные испарители делаются с двумя или несколькими контурами охлаждения. Каждый контур имеет независимый подвод хладагента с помощью распределителя, соединенного с ним тонкими трубками. Все контуры заполняются равными количествами хладагента.

Поток воздуха равномерно распределяется по теплообменнику, исключая обледенение отдельных участков испарителя.

Чтобы достичь наилучшего качества и стабильности работы испарителя холодильной машины, мощность должна составлять 3-7 кВт на каждый контур теплообмена (при использовании наиболее распространенного хладагента R-22).

От объема охлаждаемого воздуха зависит размер испарителя. Объем воздуха составляет около 195 куб.м./час на каждый кВт холодопроизводительности установки. Общая холодопроизводительность испарителя определяется температурой испарения хладагента (постоянной, заданной при проектировании холодильной машины), и температурой поступающего воздуха (зависит от условий работы).

Скорость потока воздуха, поступающего в испаритель, обычно 2-3 м/с. Если скорость будет выше, то капли конденсата могут проскакивать на выходе теплообменника.

В испарителе, как и в других элементах холодильной машины, возникают потери давления. Они зависят от диаметра трубок испарителя, конфигурации ребер, скорости воздушного потока и количества конденсата на оребрении.

Коэффициент просачивания (Bypass)

В процессе теплообмена участвует не весь воздух, подаваемый в испаритель, поскольку его часть проходит по периферии мимо теплообменника. Часть воздуха (в процентах), которая проходит мимо испарителя и сохраняет свои параметры, называют коэффициентом просачивания. Следует стремиться к понижению коэффициента просачивания воздуха.

Преимущества низкого коэффициента просачивания:

• Увеличивается температура испарения и производительность холодильной машины
• Можно уменьшить размеры компрессора
• Можно ограничиться меньшей площадью поверхности теплообменника. Понадобится меньше трубок теплообменника.