Кондензаторите са сред основните елементи във всяка една хладилна инсталация. Предназначението им е свързано с отнемане на топлината от хладилния агент и отвеждането й в околната среда, в резултат на което температурата на хладилния агент се понижава и той кондензира. Обикновено топлината, която се отделя от кондензатора, превишава в немалка степен студопроизводството на хладилната машина.
Като охлаждаща среда се използва предимно въздух или вода, поради което широко разпространено е класифицирането на кондензаторите на такива с водно охлаждане и кондензатори с въздушно охлаждане.
Кондензатори с въздушно охлаждане
Този тип кондензатори са сред най-широко използваните в практиката. Основни елементи в конструкцията им са топлообменник и вентилаторен блок с електродвигател. Охлаждането на топлите хладилни пари е посредством нагнетявания от вентилаторите през топлообменника студен въздух. Въздухът обтича топлообменната повърхност, формирана от тръбите на топлообменника, от външната страна, а парите на хладилния агент преминават през самите тръби. Съответно кондензацията на хладилния агент се осъществява в самите тръби.
Конструктивно топлообменникът се състои от външно или вътрешно оребрени тръбни серпентини, които най-често се изпълняват от безшевни медни тръби. Медните тръби са предпочитани, тъй като медта лесно се обработва, не се окислява и има висока топлопроводимост. Външният диаметър на тръбите обикновено се избира в диапазона от около 6 докъм 20 mm. Изборът зависи от редица фактори, сред които загубите на налягане, обработката на материала и други. Външното оребряване на тръбите обикновено е с алуминиеви ламели.
Различните видове оребряване на тръбите оказва съществено влияние върху топлинните и хидравличните параметри на топлообменника като цяло. По-сложният профил на външното оребряване води до турбулентност на въздуха, обтичащ топлообменника, в резултат на което топлопредаването от хладилния агент към въздуха се увеличава, от където се повишава и студопроизводството на хладилната машина. Вътрешното оребряване на тръбите допълнително повишава отдаването на топлина от хладилния агент, също поради създаването на турбулентно движение.
Обикновено в кондензатора се разполагат от един до четири реда топлообменни тръби, разположени по направление на потока хладилен агент. Често, с оглед повишаване на ефективността, тръбите се разполагат шахматно.
Интензивността на топлообмен не е еднаква по цялото протежение на тръбите. Горещият хладилен агент постъпва в топлообменника в горната част и се движи към ниската част. Първоначално охлаждането е най-интензивно поради максималната разлика между температурата на хладилния агент и охлаждащия въздух и високата скорост на движение на хладилния агент. Основният участък от топлообменника, в който протича охлаждането заема около 85% от повърхността му. В този участък хладилният агент кондензира при постоянна температура. Останалите 10% от повърхността на топлообменника служат за допълнително охлаждане на течния хладилен агент.
Температурата на кондензация на хладилния агент обикновено е по-висока от температурата на околния въздух с около 10-20 градуса, и обикновено е около 42-55 оС. Излизащият от топлообменника загрят въздух обикновено е с около 3-5 градуса по-студен от температурата на кондензация.
По отношение на корпуса на кондензатора се препоръчва той да е корозионно устойчив. По форма кондензаторите могат да бъдат кръгли, правоъгълни и други, с различни размери и мощност.
С оглед на постигането на добро обтичане на кондензаторната повърхност, се препоръчва вентилаторът да се монтира на изходящата страна. Най-често се използват аксиални вентилатори, които могат да придвижват големи обеми въздух при сравнително ниска консумация на енергия. Тъй като тези вентилатори дават ниско статично налягане, серпентините се проектират така, че да осигуряват голяма повърхност, а ограничението за разполагането им в до няколко реда е с оглед минимализиране на съпротивлението на въздушния поток, преминаващ през серпентината.
Електродвигателят, задвижващ вентилатора, обикновено е покрит със защитна решетка за предотвратяване на повреди и защита от чужди тела. Разполага и със защита от прегряване. Необходимо изискване е въздухът, използван за охлаждане на хладилния агент, да обдухва и двигателя.
Основен проблем при използването на големи въздушни кондензатори е регулирането на кондензаторното налягане, влияещо се основно от температурата на въздуха.
Използването на въздуха като охлаждаща среда в кондензаторите с въздушно охлаждане ги прави подходящи за използване на места, където осигуряването на достатъчно вода може да се окаже проблем. Въздушните кондензатори също така се отличават и със сравнително лесна и безпроблемна експлоатация. От друга страна те работят при по-висока температура на кондензация в сравнение с кондензаторите с водно охлаждане, поради което се препоръчва използването на компресор с по-голяма мощност, съответно се повишава енергопотреблението и намалява общата енергийна ефективност.
Кондензатори с водно охлаждане
Използват се три типа кондензатори с водно охлаждане – кожухотръбни, кондензатори тип тръба в тръба и пластинчати. Кожухотръбните се използват предимно в агрегати с големи мощности, докато останалите два типа за в такива с по-малки мощности.
Кожухотръбните кондензатори са цилиндрични, хоризонтални апарати, обикновено изработени от стомана. Тръбите, през които преминава водата, се монтират върху решетки разположени в двата края на апарата. В повечето случаи се използват медни нискооробрени (накатени) тръби. Кондензацията на горещите пари на хладилния агент, постъпващи от компресора, се осъществява в междутръбното пространство при обтичането на тръбите, в които се движи охлаждащата среда, в случая вода. Обикновено парите на хладилния агент постъпват в горната част на кондензатора. Течният хладилен агент се отвежда в долната част на кондензатора. Студената вода постъпва от долната част и се движи към горната част на кондензатора.
В някои случаи кондензаторите съдържат участък за допълнително охлаждане. Обикновено този участък е на дъното на кондензатора и се състои от сноп тръби, отделени от останалите с преграда, а водата, постъпваща в кондензатора, първо преминава през участъка за допълнително охлаждане.
При кожухотръбните кондензатори за осигуряване на подходяща скорост на водата в тръбите, се използват както едноходови, така и дву-, три- и многоходови кондензатори. Препоръчителната скорост на водата е около 1 m/s. По-ниската скорост може да доведе до отлагане на различни замърсявания, водещи до влошаване на топлообмена, а при по-висока скорост може да се предизвика ерозия в някои конструктивни елементи.
Кондензаторите тип тръба в тръба се състоят от две спирални тръби, като едната е разположена във вътрешността на другата. През едната от тръбите преминава водата, а през другата хладилният агент, като са възможни и двата варианта – водата да преминава през вътрешната тръба, а хладилният агент през външната и обратно. Вътрешната тръба обикновено се изработва от мед, докато за външната се използва както мед, така и стомана. Повърхността на тръбите може да бъде оребрена с оглед повишаване на топлообмена. Двата потока се движат в противоток, при което водата постъпва в долната част и се движи към горната част, а хладилният агент в обратна посока.
Този тип кондензатори се използват предимно за автономни климатични системи и охлаждащи агрегати с малка мощност. Като техен основен недостатък обикновено се посочва трудното почистване поради неразглобяемостта на конструкцията, което налага използването на химическа очистка на тръбите.
Пластинчатите кондензатори се състоят от няколко реда стоманени пластини. Вътре в топлообменника водата и хладилният агент се движат в противоток по два независими циркулационни кръга.
Като техни предимства обикновено се посочват постигането на висока ефективност на топлообмена, компактността и неголямото тегло, малката температурна разлика между хладилния агент и охлаждащата вода. Те са широко използвани в агрегати с малка и средна мощност.
Изпарителни кондензатори
При изпарителните кондензатори кондензаторната повърхност представлява тръбна серпентина, а хладилният агент кондензира в тръбното пространство. През дюзи се подава вода, която оросява серпентината и стичайки се надолу, се загрява. Едновременно със загряването си водата отдава топлина чрез излъхване на въздушния поток, движещ се в противоток. Между дюзите и серпентината се монтира топлообменик, обикновено листов, по който се стича водата и отдава топлина. Между вентилатора и дюзите се монтира капкоуловител. И при изпарителните кондензатори, както при въздушните, вентилаторите се монтират на изходящата страна. Тези кондензатори се характеризират с малък разход на вода, но не са подходящи за агрегатиране. Широко използвани са в случаи, когато е необходимо осигуряването на много ниски температури на кондензация. С тях може да се постигне и до около 30% икономия на енергията, необходима за работата на компресора в сравнение със системи, работещи с въздушно охлаждане.
При този тип кондензатори за подаване на необходимото количество въздух се използват един или няколко осови или радиални вентилатори с механично задвижване.
Изт.:сп.“Инженеринг ревю“
