Строение холодильного агрегата бытового холодильника

Для того чтобы вновь разделить хладагент (аммиак) и абсорбент (воду), отработавшую и богатую аммиаком водно-аммиачную смесь нагревают в десорбере внешним источником тепловой энергии вплоть до кипения, затем несколько охлаждают. Первой конденсируется вода, но при высокой температуре сразу после конденсации она способна удержать очень мало аммиака, поэтому основная часть аммиака остаётся в виде пара. Здесь находящиеся под давлением жидкую фракцию (воду) и газообразную (аммиак) разделяют и по отдельности охлаждают до температуры окружающей среды. Остывшая вода с малым содержанием аммиака направляется в абсорбер, а аммиак при охлаждении в конденсаторе становится жидким и поступает в испаритель. Там давление падает, и аммиак испаряется, снова охлаждая испаритель и забирая извне тепло. Затем вновь соединяют пары аммиака с водой, удаляя из испарителя излишки аммиачных паров и поддерживая там низкое давление. Обогащённый аммиаком раствор опять направляется в десорбер на разделение. В принципе, для десорбции аммиака кипятить раствор не обязательно, достаточно просто нагреть его близко к температуре кипения, и «лишний» аммиак улетучится из воды. Но кипячение позволяет провести разделение наиболее быстро и эффективно. Качество такого разделения является главным условием, определяющим разрежение в испарителе, а стало быть, эффективность работы абсорбционного агрегата, и многие ухищрения в конструкции направлены именно на это. В результате, по организации и количеству стадий рабочего цикла абсорбционно-диффузионные тепловые насосы, пожалуй, являются наиболее сложными из всех распространённых типов подобного оборудования.

«Изюминкой» принципа работы является то, что для выработки холода здесь используется нагрев вплоть до кипения рабочего тела. При этом вид источника нагрева непринципиален, -- это может быть даже открытый огонь (пламя горелки), поэтому использование электричества необязательно. Для создания необходимой разности давлений, обуславливающей движение рабочего тела, иногда могут использоваться механические насосы (обычно в мощных установках при больших объёмах рабочего тела), а иногда, в частности в бытовых холодильниках, -- элементы без подвижных частей (термосифоны).

Первые абсорбционные холодильные машины (АБХМ) на аммиачно-водяной смеси появились во второй половине XIX века. Из-за ядовитости аммиака в быту они большого распространения тогда не получили, но весьма широко использовались в промышленности, обеспечивая охлаждение вплоть до -45°С. В одноступенчатых АБХМ теоретически максимальная холодопроизводительность равна количеству затраченного на нагрев тепла (реально, конечно, заметно меньше). Именно этот факт подкреплял уверенность защитников той самой формулировки второго начала термодинамики, о которой говорилось в начале этой страницы. Однако сейчас и абсорбционные тепловые насосы преодолели это ограничение. В 1950-х годах появились более эффективные двухступенчатые (два конденсатора или два абсорбера) бромистолитиевые АБХМ (хладагент -- вода, абсорбент -- бромид лития LiBr). Трёхступенчатые варианты АБХМ запатентованы в 1985-1993 годах. Их образцы-прототипы по эффективности превосходят двухступенчатые на 30-50% и приближаются к компрессионным установкам.

Здесь я не рассматриваю все подробности множества сложных процессов, протекающих при работе абсорбционных тепловых насосов. В Интернете достаточно сайтов, где всё это описано в деталях. Я, например, многие сведения по АБХМ нашёл здесь.

Достоинства абсорбционных тепловых насосов

Главное достоинство абсорбционных тепловых насосов -- это возможность использовать для своей работы не только дорогое электричество, но и любой источник тепла достаточной температуры и мощности -- перегретый или отработанный пар, пламя газовых, бензиновых и любых других горелок -- вплоть до выхлопных газов и даровойсолнечной энергии.

Второе достоинство этих агрегатов, особенно ценное в бытовых применениях, -- это возможность создания конструкций, не содержащих движущихся деталей, а потому практически бесшумных (в советских моделях этого типа иногда можно было услышать тихое бульканье или лёгкое шипение, но, конечно, это не идёт ни в какое сравнение с шумом работающего компрессора).

Наконец, в бытовых моделях рабочее тело (обычно это водо-аммиачная смесь с добавлением водорода или гелия) в используемых там объёмах не представляет большой опасности для окружающих даже в случае разгерметизации рабочей части (это сопровождается весьма неприятной вонью, так что не заметить сильную утечку невозможно, и помещение с аварийным агрегатом придётся покинуть и проветрить «автоматически»). В промышленных установках объёмы аммиака велики и их утечки могут быть смертельно опасны, но в любом случае аммиак числится экологически безопасным, -- считается, что в отличии от фреонов он не разрушает озоновый слой и не вызывает парниковый эффект.

Недостатки абсорбционных тепловых насосов

Главный недостаток этого типа тепловых насосов -- более низкая эффективность по сравнению с компрессионными.

Второй недостаток -- сложность конструкции самого агрегата и довольно высокая коррозионная нагрузка от рабочего тела, либо требующая использования дорогих и труднообрабатываемых коррозионно-стойких материалов, либо сокращающая срок службы агрегата до 5..7 лет. В результате стоимость «железа» получается заметно выше, чем у компрессионных установок той же производительности (прежде всего это касается мощных промышленных агрегатов).

В-третьих, многие конструкции весьма критичны к размещению при установке -- в частности, некоторые модели бытовых холодильников требовали установки строго горизонтально, и уже при небольших отклонениях от этого положения их производительность заметно снижалась. Использование принудительного перемещения рабочего тела с помощью помп в значительной степени снимает остроту этой проблемы, но подъём бесшумным термосифоном и слив самотёком требуют очень тщательного выравнивания агрегата.

В отличии от компрессионных машин абсорбционные не так боятся слишком низких температур -- просто их эффективность снижается. Но я недаром поместил этот абзац в раздел недостатков, потому что это не значит, что они могут работать в лютую стужу -- на морозе водный раствор аммиака банально замёрзнет в отличие от используемых в компрессионных машинах фреонов, температура замерзания которых обычно ниже -100°C. Правда, если лёд ничего не порвёт, то после оттаивания абсорбционный агрегат продолжит работу, даже если его всё это время не отключали из сети, -- ведь механических насосов и компрессоров в нём нет, а мощность подогрева в бытовых моделях достаточно мала, чтобы кипение в районе нагревателя не стало слишком интенсивным. Впрочем, всё это уже зависит от особенностей конкретной конструкции...

Использование абсорбционных тепловых насосов

Несмотря на несколько меньшую эффективность и относительно более высокую стоимость по сравнению с компрессионными установками, применение абсорбционных тепловых машин абсолютно оправдано там, где нет электричества или где есть большие объёма бросового тепла (отработанный пар, высокотемпературные выхлопные или дымовые газы и т.п. -- вплоть до солнечного нагрева). В частности, выпускаются специальные модели с газовыми горелками для путешественников, прежде всего автомобилистов и яхтсменов.

В настоящее время в Европе газовые котлы иногда заменяют абсорбционными тепловыми насосами с нагревом от газовой горелки или от солярки -- они позволяют не только утилизировать теплоту сгорания топлива, но и «подкачивать» дополнительное тепло с улицы или из глубины земли!

Как показывает опыт, и варианты с электронагревом вполне конкурентоспособны, прежде всего в диапазоне малых мощностей -- где-то от 20 и до 100 Вт. Меньшие мощности -- вотчина термоэлектрических элементов, а при больших пока безусловны преимущества компрессионных систем. В частности, среди советских и пост-советских марок холодильников этого типа были популярны «Морозко», «Север», «Кристалл», «Киев» с типичным объёмом холодильной камеры от 30 до 140 литров, хотя существуют и модели на 260 литров («Кристалл-12»).

Вихревые тепловые насосы

Вихревые тепловые насосы используют для разделения теплого и холодного воздуха эффект Ранка. Суть эффекта заключается в том, что газ, тангенциально подаваемый в трубу на высокой скорости, внутри этой трубы закручивается и разделяется: из центра трубы можно отбирать охлаждённый газ, а с периферии -- нагретый. Этот же эффект, хотя и в меньшей степени, действует и для жидкостей.

Достоинства вихревых тепловых насосов

Главное достоинство этого типа тепловых насосов -- простота конструкции и большая производительность. Вихревая труба не содержит движущихся деталей, и это обеспечивает ей высокую надёжность и долгий срок службы. Вибрация и положение в пространстве практически не оказывают влияния на её работу.

Мощный поток воздуха хорошо предотвращает обмерзание, а эффективность вихревых труб слабо зависит от температуры входного потока. Очень важно и отсутствие принципиальных температурных ограничений, связанных с переохлаждением, перегревом или замерзанием рабочего тела.

В некоторых случаях играет свою роль возможность достижения рекордно высокого температурного разделения на одной ступени: в литературе приводятся цифры охлаждения на 200° и более. Обычно одна ступень охлаждает воздух на 50..80°С.

Недостатки вихревых тепловых насосов

К сожалению, эффективность этих устройств в настоящее время заметно уступает эффективности испарительных компрессионных установок. Кроме того, для эффективной работы они требуют высокой скорости подачи рабочего тела. Максимальная эффективность отмечается при скорости входного потока, равной 40..50% от скорости звука -- такой поток сам по себе создаёт немало шума, а кроме того, требует наличия производительного и мощного компрессора -- устройства тоже отнюдь не тихого и довольно капризного.

Отсутствие общепризнанной теории этого явления, пригодной для практического инженерного использования, делает конструирование таких агрегатов занятием во многом эмпирическим, где результат сильно зависит от удачи: «угадал -- не угадал». Более-менее надёжный результат даёт только воспроизведение уже созданных удачных образцов, а результаты попыток существенного изменения тех или иных параметров не всегда предсказуемы и иногда выглядят парадоксальными.

Использование вихревых тепловых насосов

Тем не менее, в настоящее время использование таких устройств расширяется. Они оправданы в первую очередь там, где уже есть газ под давлением, а также на различных пожаро- и взрывоопасных производствах -- ведь подать поток воздуха под давлением гораздо безопаснее и дешевле, чем тянуть в опасную зону защищённую электропроводку и ставить электродвигатели в специальном исполнении.

Пределы эффективности тепловых насосов

Почему же тепловые насосы до сих пор не получили широкого распространения для обогрева (пожалуй, единственный относительно распространённый класс таких устройств -- это кондиционеры с инвертором)? Причин этому несколько, и помимо субъективных, связанных с отсутствием традиций обогрева с помощью этой техники, есть и объективные, главные среди которых -- обмерзание теплоотборника и относительно узкий диапазон температур для эффективной работы.

Обмерзание

В испарительных тепловых насосах высокая эффективность обеспечивается за счёт изменения агрегатного состояния рабочего тела -- перехода из жидкости в газ и обратно. Соответственно, этот процесс возможен в относительно узком интервале температур. При слишком высоких температурах рабочее тело всегда останется газообразным, а при слишком низких -- будет испаряться с большим трудом или вообще замёрзнет. В результате при выходе температуры за рамки оптимального диапазона наиболее энергоэффективный фазовый переход становится затруднённым или вовсе исключается из рабочего цикла, и КПД компрессионной установки существенно падает, а если хладагент останется постоянно жидким, то она вообще работать не будет.

Кроме того, блок для отбора тепла -- испаритель -- снаружи покрывается каплями влаги, конденсирующимися из окружающего воздуха. Но жидкая вода стекает с него сама по себе, не препятствуя теплообмену. Когда же температура становится слишком низкой, капли конденсата замерзают, а вновь конденсирующаяся влага сразу превращается в иней, который так и остаётся на испарителе, постепенно образуя толстую снеговую «шубу» -- такую же, как и в морозилке обычного холодильника. В результате эффективность теплообмена существенно снижается, и тогда приходится останавливать работу и оттаивать испаритель. Как правило, в испарителе кондиционера температура понижается на 10...15°С (в холодильниках температурный перепад обычно больше -- 25..40°С). Поэтому большинство кондиционеров не удастся настроить на температуру ниже +13..+17°С -- этот порог установлен их конструкторами во избежание обледенения испарителя, ведь режим его оттаивания обычно не предусматривается. Это же является одной из причин, по которой практически все кондиционеры с инверторным режимом не работают даже при не очень больших отрицательных температурах -- мне неизвестны модели, которые работали бы хотя бы при -10°C. Как правило, считается, что уже при -5°C затраты энергии на оттаивание будут сравнимы с количеством закачанной с улицы теплоты, и перекачка тепла с улицы становится неэффективной, особенно если влажность наружного воздуха близка к 100%, -- тогда внешний теплоотборник особенно быстро покрывается льдом.

В связи с этим в качестве незамерзающего источника «холодного тепла» для тепловых насосов в последнее время всё шире рассматривается тепло из земных глубин. При этом имеются в виду отнюдь не разогретые слои земной коры, находящиеся на многосотметровой глубине и ниже, и даже не геотермальные водные источники (хотя, если повезёт и они окажутся рядом, было бы глупо пренебречь таким подарком судьбы). Имеется в виду «обычное» тепло слоёв грунта, расположенных на глубине от 5 до 50 метров. Как известно, в средней полосе грунт на таких глубинах имеет температуру порядка +5..+10°С, которая очень мало меняется в течении всего года. В южных районах эта температура ещё больше и может достигать +15°С. Таким образом, перепад температур между комфортной +25°С и грунтом вокруг теплоотборника весьма стабилен и не превышает 20°С независимо от мороза за окном (следует отметить, что обычно температура на выходе теплового насоса составляет +50..+60°С, но и перепад температур в 50°С вполне по силам для тепловых насосов, включая современные бытовые холодильники, спокойно обеспечивающие в морозилке -18°С при температуре в комнате выше +30°С).

Однако если закопать один компактный, но мощный теплообменник, вряд ли удастся достичь желаемого эффекта. По сути теплоотборник в этом случае выступает в роли испарителя морозильной камеры, и если в месте, где он размещён, нет мощного притока тепла (геотермального источника или подземной реки), он быстро заморозит окружающий грунт и на этом всё закончится. Решением может быть отбор тепла не из одной точки, а равномерно с большого подземного объёма, однако стоимость такого теплоотборника, охватывающего на немалой глубине десятки, а лучше даже сотни кубометров грунта, скорее всего сделает это решение абсолютно невыгодным. Более экономичный вариант -- бурение нескольких скважин, как это было сделано в экспериментальном подмосковном «активном доме», но и это недёшево -- каждый, кто делал у себя скважину для воды, может самостоятельно прикинуть затраты на создание «геотермального поля» хотя бы из десятка 30-метровых скважин, особенно если грунт скальный или сильно каменистый. Впрочем, когда рядом есть глубокая река или другой водоём, никогда не промерзающий до дна, можно поместить теплообменник туда -- в отличие от неподвижного грунта даже в непроточном пруду или озере конвекция воды способна обеспечить гораздо более эффективный подвод тепла к теплообменику со значительного объёма водоёма. Но в любом случае и здесь необходимо убедиться, что теплообменник не переохладится до точки замерзания.

В вихревых (прежде всего газовых) установках этих проблем нет. Они не используют изменение агрегатного состояния рабочего тела, а мощный поток воздуха обычно с успехом выполняет функции системы «No Frost». Однако эффективность их заметно меньше, чем у испарительных тепловых насосов.

Разность температур и сверхъединичность тепловых насосов

Любой тепловой насос, работающий на обогрев, представляет собой в некотором роде сверхъединичное устройство. Ведь с точки зрения человека, находящегося в помещении, где установлены все части такого насоса кроме испарителя (теплоотборника), тепла в этом помещении будет больше, чем если подать то же количество электроэнергии на обычные нагреватели с ТЭНами (конвекторы, масляные обогреватели, тепловентиляторы). В самом деле, в обогреваемом помещении в виде тепла останется вся потреблённая электроэнергия, затраченная на приведение в действие частей холодильной установки (нагрев из-за неизбежного трения и пр.), плюс ещё дополнительное тепло, отобранное испарителем за пределами этого помещения и затем перенесённое внутрь.

Однако это не значит, что, использовав полученную разность температур для привода тепловой машины, можно сделать истинно сверхъединичное «самодостаточное» устройство, вырабатывающее энергию в закрытой системе, будучи полностью изолированным от внешней среды. Для научного объяснения этого обычно привлекают понятие эксергии, характеризующей не просто содержание той или иной энергии в некотором объёме вещества, а её «извлекаемость», «утилизируемость» в данной конкретной обстановке, с учётом текущих внешних условий. Весьма подробно и популярно эксергия описана в статье В.М.Бродянского «Энергия: проблема качества»(журнал «Наука и жизнь», №3 за 1982 г.). Здесь же я попытаюсь объяснить это кратко на сходном примере из другой области.

Вспомним гидравлику: электронасос, легко поднимающий кубометр воды за минуту на высоту в 1 метр, закачает гораздо меньше воды за то же время на высоту в 10 м (в те же 10 раз, а если и сможет закачать кубометр, то «сожрёт» во столько же раз больше электричества), а на высоту в 100 м вообще ничего закачать не сможет -- слишком высоко. И как одной из важнейших характеристик гидравлического насоса является максимальная высота подъёма накачиваемой жидкости (напор), так тепловые насосы характеризуются максимально возможной разностью температур, создаваемой ими. Разность эта обычно не превышает нескольких десятков градусов, поэтому даже при непрерывной работе теплового насоса получается, что чем ниже будет температура вокруг его «холодного» теплообменника, тем ниже будет и температура «горячего» теплообменника и тем меньше тепла он способен отдать на «горячей» стороне в окружающую среду неизменной температуры -- то есть при росте разности температур возле «холодной» и «горячей» сторон теплового насоса его эффективность падает. А вот для тепловых машин, использующих перепад температур для выполнения полезной механической работы или для прямой выработки электричества, скажем, за счёт термоэлектрического эффекта, эта зависимость обратная -- чем выше разность температур, тем эффективнее они работают, причём подавляющему большинству хоть сколько-нибудь эффективных тепловых машин требуется разность температур от сотни до тысячи градусов (аналогия в гидравлике: чем выше располагаемый перепад уровней -- напор, -- тем большую мощность можно получить от турбины или водяного колеса при тех же прочих параметрах). Поэтому до сих пор терпят неудачу попытки построить «вечный двигатель», соединив тепловой насос и тепловую машину, как и в гидравлике пока никому не удалось создать устройство, поднимающее всю жидкость на высоту большую, чем её начальный уровень, лишь за счёт её потенциальной гравитационной энергии (вот как поднять выше соответственно меньший объём, существует множество вариантов).

Таким образом, чем больше преодолеваемая разница температур, тем меньше эффективность теплового насоса. То есть с одними и теми же затратами электроэнергии в помещение с температурой +20°С любой тепловой насос сможет закачать с улицы как минимум вдвое больше тепла при уличной температуре +10°С, чем тогда, когда там0°С (и это, если не вмешаются другие неблагоприятные факторы, такие как обледенение испарителя). Кстати, необходимость преодоления слишком большой разности температур для кондиционеров-инверторов является наиболее важным фактором, ограничивающим минимальную рабочую температуру наружного воздуха в режиме обогрева. ¦

Конденсатор (теплотехника)

Конденсамтор (в теплотехнике) (лат. condenso -- уплотняю, сгущаю) -- теплообменный аппарат для конденсации (превращения в жидкость) паров вещества путём охлаждения.

Принцип действия. Для конденсации пара какого-либо вещества необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. Для обратимых процессов она равна удельной теплоте парообразования. Поскольку при конденсации, как и при испарении, температура не изменится, пока не сконденсируется весь пар, процесс происходит практически при постоянных параметрах пара. Параметры пара при конденсации близки к состоянию насыщения. В то же время при поступлении всё новых порций пара в конденсаторе устанавливается динамическое равновесие, и в разных частях конденсатора параметры среды могут несколько отличаться друг от друга. Для охлаждения пара используется более холодная среда, очень часто -- обычная вода. При отсутствии воды (например, в конденсаторах паровозов и энергопоездов) охлаждение производится воздухом.

Конденсаторы применяются на тепловых и атомных электростанциях для конденсации отработавшего в турбинах пара. При этом на каждую тонну конденсирующегося пара приходится около 50 тонн охлаждающей воды. Поэтому потребность ТЭС и особенно АЭС в воде очень велика -- до 600 тысяч мі/час. В маловодных районах охлаждение конденсаторов турбин может производиться воздухом (примером могут служить воздушно-конденсационные установки на Разданской ГРЭС, Армения), однако это ухудшаетКПД турбин, вследствие повышения температуры конденсации. В турбинах с противодавлением конденсатор отсутствует -- в этом случае весь отработанный пар поступает на производственные нужды.

В холодильных установках конденсаторы используются для конденсации паров хладагентов, например, фреона. В химической технологии конденсаторы используют для получения чистых веществ (дистиллятов) после перегонки. Принцип конденсации успешно применяется также для разделения смеси паров различных веществ, так как их конденсация происходит при различных температурах.

Разновидности по принципу теплообмена конденсаторы разделяются на смешивающие и поверхностные. В смешивающих конденсаторах водяной пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой, а в поверхностных он отдаёт тепло через стенки трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода;

по направлению потоков теплоносителя -- на прямоточные, противоточные и поперечноточные;

по количеству изменений направления движения теплоносителя -- на одноходовые, двухходовые и др.;

по количеству последовательно соединённых корпусов -- одноступенчатые, двухступенчатые и др.

Встречаются также конструктивные разновидности: кожухотрубные, со встроенным пучком, регенеративные и др.

Охлаждающая вода разбрызгивается в пространстве смешивающего конденсатора. Пар конденсируется на поверхности капель воды и стекает вместе с ней в поддоны, откуда откачивается конденсатными насосами. Взаимное расположение потоков пара и воды может быть параллельным, противоточным или поперечноточным. При противотоке теплообмен более эффективен.

Поскольку в конденсат попадает охлаждающая вода с растворённым в ней воздухом и другими примесями, такая смесь не может быть использована для современных паровых котлов, которые предъявляют высокие требования к подготовке питательной воды. Поэтому смешивающие конденсаторы применяются либо в малых паровых и холодильных машинах, либо в системах охлаждения с т. н. «сухими градирнями», где роль охладителей выполняют закрытые радиаторы. Поэтому охлаждающая вода, проходя через радиаторы, мало загрязняется и может быть присоединена к потоку конденсата.

Поверхностные конденсаторы

В поверхностных конденсаторах нет прямого контакта конденсата с охлаждающей водой, поэтому они применяются для любых систем прямого и оборотного охлаждения, в том числе и с охлаждением морской водой.

В корпусе 1 поверхностного конденсатора установлены трубные доски 2, в отверстия которых завальцованы тонкостенные трубки 3. Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок, называемых «трубными пучками». Трубки выполняются из латуни или нержавеющей стали, они имеют, как правило, диаметр 24-28 мм и толщину 1-2 мм. Места вальцовки -- основной путь попадания примесей в конденсат. Пространство между трубными досками и боковыми стенками конденсатора 4 представляют собой водяные камеры 5 и могут быть разделены перегородками на несколько отделений. Охлаждающая циркуляционная вода подводится под напором через патрубок 6 к нижнему отсеку водяной камеры, проходит по трубкам в поворотную камеру, проходит по другому пучку трубок и удаляется через патрубок 7. При этом вода нагревается примерно на 10 °C. Такой конденсатор называется двухходовым. Могут быть также одноходовые, трёхходовые и даже четырёхходовые конденсаторы. Одноходовые конденсаторы применяются, как правило, в судовых установках, где увеличение расхода охлаждающей воды не имеет практического значения, а также в конденсаторах турбоустановок АЭС, где это диктуется технико-экономическими соображениями.

Пар входит в конденсатор через горловину 8 цилиндра низкого давления турбины, попадает на холодную поверхность трубок 3, конденсируется, стекает вниз и скапливается в сборнике конденсата 9, откуда откачивается конденсатными насосами. Бомльшая часть пара (свыше 99 %) конденсируется в т. н. зоне массовой конденсации, куда проникает сравнительно мало воздуха. Температура насыщенного пара не превышает обычно 50-60 °C. В зоне охлаждения парциальное давление пара меньше и температура паровоздушной смеси ниже. В этой зоне возможно переохлаждение конденсата, что неблагоприятно сказывается на эффективности установки в целом. Зону охлаждения отделяют перегородкой.

При конденсации в паровой части конденсатора образуется разрежение, то есть давление становится ниже атмосферного. При этом через неплотности в корпусе и через места вальцовки трубок проникает наружный воздух и воздух, растворённый в воде (примерно 0,05-0,1 % массового расхода пара). Попадание кислорода в конденсат влечёт возможность коррозии оборудования. Кроме того, примесь воздуха значительно ухудшает теплотехнические характеристики конденсатора, так как коэффициент теплоотдачи при конденсации пара составляет несколько тысяч кВт/(мІ°С), а для паровоздушной смеси с большим содержанием воздуха -- всего несколько десятков кВт/(мІ°С). Воздух отсасывается пароструйным или водоструйным эжектором через патрубок 10. Так как воздух в конденсаторе смешан с паром, то отсасывать приходится паровоздушную смесь. Попадание в конденсат сырой охлаждающей воды приводит к солевому загрязнению пароводяного тракта, поэтому химический состав конденсата необходимо контролировать. На электростанциях после конденсатных насосов устраивают системы очистки конденсата.

Для расчёта теплотехнических свойств конденсатора используются заводские характеристики конденсаторов. Коэффициент теплопередачи в поверхностном конденсаторе зависит от паровой нагрузки, диаметра и чистоты трубок, скорости воды в трубках, числа ходов и других факторов. Коэффициент теплопередачи резко падает при снижении паровой нагрузки в связи с неравномерностью процесса распространения пара. Для определения коэффициента теплопередачи часто используют эмпирические зависимости, полученные Львом Давыдовичем Берманом (1903--1998), долгие годы проработавшим в ВТИ.

Конденсаторы воздушного охлаждения

Воздушный конденсатор представляет собой пучок оребренных труб, омываемых воздухом при его естественной или вынужденной циркуляции. Воздух отводит тепло конденсации хладагента в окружающую среду. Конденсаторы с воздушным охлаждением применяют для бытовых холодильников и кондиционеров.

Воздушный конденсатор - это пучок оребренных труб, которые омываются воздухом. При этом воздух осуществляет отвод тепла в окружающую среду. Конденсатор воздушный иногда укомплектовывают абсорбционными,резорбционными и компрессионными холодильными машинами, которые используют винтовые ротационные, поршневые компрессоры, а также турбокомпрессоры.

Конденсатор воздушный получил широкое распространение благодаря незначительной стоимости его изготовления, большому сроку службы конденсаторов и малой степени загрязнения поверхности теплообменника.

Конденсатор воздушный имеет много разновидностей, в частности выделяют:

1. В зависимости от хладагента:

- аммиачный; - пропановый; - хладоновый конденсатор.

2. В зависимости от величины отводимого теплового потока:

- мелкий (до 60 кВт); - средний (до 1 МВт); - крупный конденсатор (от 3 МВт).

3. В зависимости от конструкции:

- воздушный конденсатор с естественной циркуляцией воздуха; - воздушный конденсатор с вынужденной циркуляцией воздуха.

4. В зависимости от типа поверхности теплообмена:

- листотрубный конденсатор; - трубчатый конденсатор с пластинчатым оребрением.

Кроме того, воздушные конденсаторы бывают вертикальными, горизонтальными и V-образными.

При установке конденсатора в труднодоступном месте можно собрать V-образный конденсатор непосредственно на месте монтажа из комплектных блоков. Вертикальные и горизонтальные воздушные конденсаторы оснащаются внешними роторными двигателями с изменяемой скоростью вращения.

Промышленные конденсаторы воздушного охлаждения в зависимости от конструктивной особенности и мощности, монтируют на рамах всевозможных конфигураций. При стандартном конструктивном исполнении конденсаторы воздушного охлаждения, имеющие диаметр осевого вентилятора 500-630 мм, поставляют трехфазными, но зачастую предусматривается и однофазное их изготовление. В V-образный моделях диаметр вентилятора варьирует вплоть до 1000 мм.

Кроме того, промышленные конденсаторы воздушного охлаждения могут иметь в своем комплекте и адиабатическую систему охлаждения воздуха, обеспечивающую более эффективное функционирование воздушного конденсатора в высоких температурных условиях.

Размещено на Allbest.ru