Холодильные аппараты

     К достоинствам кожухозмеевиковых испарителей  с внутритрубным кипением относят уменьшенное количество холодильного агента в системе (в 2-3 раза) по сравнению с кожухотрубными аппаратами затопленного типа, что имеет особенно большое значение ввиду высокой стоимости хладонов и фреонов.

     Испарители  с внутритрубным кипением (тип ИТВТ) можно применять и для охлаждения рассола. Они бывают кожухозмеевиковые с одной трубной решеткой и U-образными трубами, а также кожухотрубные с двумя трубными решетками.

     Кожух и крышки всех испарителей изолируют.

     Панельный аммиачный испаритель открытого типа, затопленный (рисунок 14).

 

     Рисунок 14 – Панельный аммиачный испаритель открытого типа, затопленный 

     Он  состоит из бака 8 прямоугольного сечения с испарительными секциями панельного типа. Каждая секция состоит из панелей 9, выполненных из двух листов стали с выштампованными канавками и соединенных контактной точечной сваркой (рис.б). Канавки образуют вертикальные каналы, соединенные снизу и сверху горизонтальными коллекторами 7 и 14. По длине секции размещено несколько панелей, сваренных по боковым кромкам дуговой сваркой. Все секции включены параллельно, для этого они объединены общим жидкостным 11 и паровым 5 коллекторами.

     Жидкий  аммиак через вентиль 10 поступает в распределительный коллектор 11, откуда по трубам 12 направляется в нижний горизонтальный коллектор 14 каждой секции и заполняет вертикальные каналы панели почти до верхнего коллектора. В нижнем коллекторе и вертикальных каналах аммиак кипит, отнимая теплоту от рассола, циркулирующего в баке. Образовавшиеся при кипении пары выходят в верхний коллектор 7, а через сборный коллектор 5 - в отделитель жидкости 4, где в связи с изменением направления и скорости движения капли жидкости, увлеченные паром, опускаются и по трубам 6 и 2 возвращаются в нижний коллектор. Сухой пар через патрубок 3 отсасывается  компрессором. На паровом коллекторе установлен предохранительный клапан 15 и манометр 16. Масло и загрязнения выпускают через сборник 1.

     Охлажденный рассол забирается насосом из нижней части бака, а отепленный стекает в бак сверху. В баке рассол циркулирует под действием винтовой мешалки 13. Скорость движения рассола в баке 0,5—0,8 м/с. Стенки и днище бака испарителя снаружи изолируют, а сверху бак закрывают деревянными крышками.

     Недостаток  испарителя – значительная коррозия металла вследствие свободного доступа воздуха к рассолу.

Испарители  для охлаждения газообразных тел

     Для охлаждения камер применяют батареи  непосредственного охлаждения (испарители) и рассольные батареи с естественной циркуляцией воздуха.

     Их  размещают в охлаждаемом помещении у стен (пристенные батареи) и у потолка (потолочные батареи): Выполняют батареи из гладких или оребренных труб. По конструкции их делят на змеевиковые, коллекторные и листо-трубные.

     

 

     Рисунок 15 – Змеевиковая ребристая батарея-испаритель 

а — общий  вид;

б — схема; 1 —  нижний штуцер; 2 —. верхний штуцер; 3 — оребренные трубы; 4 —калачи 

     Батарея-испаритель изготовлена из красномедных труб диаметром 18X2 мм, расположенных в два ряда. На трубы насажены латунные или стальные штампованные пластинчатые ребра. Такие батареи-испарители изготовляют также из алюминиевых труб с алюминиевыми ребрами.

     Контакт между ребрами и трубой осуществляется протяжкой оправки, диаметр которой  больше внутреннего диаметра трубы. Трубы испарителя последовательно  соединены припаянными калачами. Батарея имеет выходной и входной патрубки.

     Недостаток  змеевиковых батарей - плохое удаление паров холодильного агента, в результате чего снижается коэффициент теплопередачи.

     

     Рисунок 16 – Алюминиевые листотрубные батареи-испарители 

1,3 —  штуцеры для подвода и отвода холодильного агента, 2 — каналы

     Испарители  этого типа состоят из двух алюминиевых  листов, которые после нанесения  на них специальной краской рисунка  каналов подвергают в горячем  состоянии прокатке, и листы свариваются, кроме закрашенных мест. После этого водой или воздухом под давлением 4-10МПа листы раздувают для получения каналов круглого сечения. Листотрубные испарители применяют в домашних холодильниках и в торговом холодильном оборудовании.

     Рисунок 17 – Аммиачные пристенные батареи

     а — змеевиковая гладкотрубная;  б — коллекторная 

     Батарея (рисунок 17а) выполнена в виде плоского змеевика из цельнотянутых гладких труб. Это простейший вид пристенной батареи. Они бывают одно- и двухрядные. Предпочтение отдается однорядным батареям. В камерах для замораживания продуктов используют также батареи-стеллажи из гладких труб. Они имеют вид полок из трубчатых змеевиков, укрепленных на металлических стойках. В них жидкий холодильный агент подводится снизу, а пары отводятся сверху.

     Количество теплоты, отводимое батареей, значительно увеличивается при оребрении ее наружной поверхности, для этого навивают спиральные  ребра из стальной ленты (рисунок 17б). В результате оребрения расход труб снижается в 3 раза, а расход металла - в 2раза. Батарея получается компактнее.

     В настоящее время предпочтение отдается охлаждению воздуха камер при  помощи воздухоохладителей. Принудительное движение воздуха уменьшает габаритные размеры испарителя. Движение воздуха  в воздухоохладителе обеспечивает охлаждение электродвигателя вентилятора.

 

     Рисунок 18 – Воздухоохладитель 

     Каждый  воздухоохладитель представляет собой  ребристую батарею непосредственного охлаждения, изготовленную из медных труб с пластинчатыми алюминиевыми ребрами (1). Батарея состоит из нескольких секций, собранных на вертикальных стойках, к которым сверху прикреплена алюминиевая крышка, а снизу — поддон для сбора конденсата.

     Жидкий  хладагент поступает в секции батареи параллельно через распределитель (2). Пар отводится через паровой коллектор.

     Воздух  подается сквозь пучок оребренных труб батареи одним или двумя осевыми вентиляторами. Вентиляторы (3) с электродвигателями (4) смонтированы в диффузоре. Воздухоохладители для камер с температурами ниже 0°С выполняются с электронагревателями для оттаивания инея с поверхности оребренных труб.  

     Испарители  для охлаждения твердых тел используются в аппаратах скороморозильных вертикально-плиточных предназначены для быстрой заморозки блочной продукции, укладываемой между секциями испарителя. По устройству они аналогичны панельному испарителю. В основе работы аппарата лежит быстрая заморозка продукта контактным способом в ячейках, образуемых межплиточным пространством.

 

Рисунок 19 – Испарители для охлаждения твердых тел 
 
 
 
 
 
 
 

3. Методика теплового и конструктивного расчетов аппаратов холодильных машин 

     Существуют  тепловой и конструктивный расчет. Цель теплового расчета определить теплопередающую поверхность F. Цель конструктивного расчета определить размеры аппарата.

     Исходные  данные для расчета:

1. Тепловой поток Q_k;
2. температура конденсации t_k;
3. Рабочее вещество;
4. Начальная температура охлаждающей среды t_w;

     Кроме вышеуказанных данных необходимо задаться еще рядом параметров:

5. Скорость охлаждающей среды. среды ω;
6. Степень нагрева охлаждающей среды ∆t;
7. Средне логарифмическая разность температур θ_m;
8. Геометрия элемента теплообменной поверхности.

     ω – θ_m – выбираются по рекомендациям, основанным на опыте либо определенных  на основании технико-экономического обоснования табл. 1.

                                                                                                          

Таблица 1 - Параметры режима работы различных типов конденсаторов 

                                      (1) 

       

     Рисунок 20 – Изменение температур сред в конденсаторе 

     Площадь теплопередающей поверхности можно  определить из основного уравнения  теплопередачи                                                                                  

     Коэффициент теплопередачи к может быть отнесен к площади внутренней F_вн, либо наружной поверхности F_н.

     Чаще  всего в качестве расчетной принимают  поверхность обращенную к охлаждающей среде.

      ,                                         (2) 

     где α_а – коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента, Вт/(м²∙К);

     α_w – коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающей среды, Вт/(м²∙К);

     δ_ί/λ_ί – Термическое сопротивление стенки аппарата и загрязнений;

     F_ст - площадь поверхности, к которой отнесены термические сопротивления, м². 
 

     Расчетную площадь теплопередачи можно определить из уравнения 

     

. 

     В формулы для расчета теплоотдачи  при конденсации входит неизвестная величина θ_а 

                                                                                      (3) 

      - разность температур между  стенкой и хладагентом

      - разность тем-тур между температурой  стенки и охлаждающей средой

                                    .                                                                     (4) 

     Для решения задачи применяют два  метода: метод последовательных приближений и графоаналитический.

     Метод последовательных приближений основан  на равенстве тепловых потоков для устоявшегося режима работы конденсатора. Теплота отданная хладагентом Q_a равна теплоте воспринятой охлаждающей средой Q_w