Испаритель холодильной установки¶
Испаритель — теплообменный аппарат холодильной установки, в котором хладагент, испаряясь при низком давлении и температуре, поглощает теплоту от охлаждаемого объекта или среды. Вместе с компрессором, конденсатором и дроссельным устройством испаритель входит в основной цикл парокомпрессионной холодильной машины. От корректности его изготовления и монтажа зависит коэффициент полезного действия всей установки.
¶Принцип работы
В испаритель поступает хладагент в виде жидко-газовой смеси (обычно 10—25 % жидкости). По мере движения по трубкам смесь закипает: жидкая фаза испаряется, поглощая теплоту парообразования. На выходе из испарителя хладагент должен полностью перейти в газообразное состояние с перегревом 3—8 K, чтобы влажные пары не попали в компрессор, где это привело бы к гидроудару.
Температура испарения определяется давлением насыщенного пара хладагента и подбирается под конкретную задачу: для холодильных камер — минус 10…−25 °C, для морозильных — до −40 °C и ниже, для кондиционирования воздуха — плюс 4…+12 °C.
¶Виды испарителей
По конструкции испарители делятся на:
- Змеевиковые (трубчатые) — гнутые медные или стальные трубы, часто с алюминиевыми рёбрами оребрения. Просты в изготовлении, применяются в бытовых холодильниках и маломощных установках.
- Пластинчатые — набор тонких гофрированных пластин, между которыми прокладываются каналы для хладагента и охлаждаемой среды. Компактны, широко используются в промышленности.
- Кожухотрубные — пучок труб внутри цилиндрического корпуса. Применяются для охлаждения больших объёмов жидкости.
- Воздушные (фреоновые) — оребрённые медные или алюминиевые трубки с пластинчатыми или ламельными рёбрами, устанавливаемые в воздуховоде. Так устроены испарители бытовых и промышленных кондиционеров.
- Плавающего типа — погружные змеевики в ёмкости с охлаждаемой жидкостью.
¶Материалы и хладагенты
Для медных испарителей применяют трубы из бесшовной или витой меди марок М1, М2, М3. Стальные испарители изготавливают из нержавеющей стали (08Х18Н10 и аналоги) или углеродистой с антикоррозийным покрытием. Алюминий и его сплавы используют в пластинчатых и воздушных теплообменниках.
Выбор хладагента определяет рабочее давление и материал труб. Для бытовых и коммерческих холодильных установок применяют R134a, R404A, R448A, R449A, R290 (пропан), CO₂ (R744). В кондиционерах — R410A, R32, R290. Старые фреоны R12 и R22 выведены из обращения в соответствии с Монреальским протоколом.
¶Изготовление испарителя
¶Расчёт
Перед изготовлением определяют холодопроизводительность (в кВт или ккал/ч), температуру испарения, тип хладагента и материал труб. Длину змеевика рассчитывают по формуле:
L = Q / (π · d · K · Δt),
где Q — холодопроизводительность, d — внутренний диаметр трубки, K — коэффициент теплопередачи, Δt — средняя температурная разница (температурный напор). Для медной трубки ⌀ 10 мм при воздушном обдуве K принимают 25—40 Вт/(м²·К), при кипении жидкости — 200—500 Вт/(м²·К).
¶Сборка змеевика
- Трубу нарезают по длине с запасом на загибы.
- Гнут змеевик на трубогибе или пружине-направляющей, радиус изгиба — не менее 3—5 наружных диаметров трубы, чтобы избежать смятия стенки.
- К концам змеевика приваривают (паяют) присоединительные патрубки под фитинги или фланцы.
- При необходимости устанавливают распределительные коллекторы для равномерного распределения хладагента по параллельным ниткам.
¶Пайка медного испарителя
Медные соединения паяют твёрдым припоем (серебряным, ПСр2,5) с флюсом бура, либо мягким припоем с высокотемпературным флюсом. Перед пайкой концы зачищают, наносят флюс, нагревают горелкой до красного цвета и вводят припой в зазор. После пайки остатки флюса удаляют, чтобы избежать коррозии.
¶Опрессовка
Готовый испаритель подвергают опрессовке избыточным давлением (обычно 1,5—2,0 рабочего давления, но не менее 1,5 МПа) сжатым воздухом или азотом. Соединения обмыливают мыльным раствором или погружают в воду — появление пузырей указывает на дефект. Опрессовка продолжается 15—30 минут.
¶Монтаж и вакуумирование
Испаритель устанавливают с уклоном в сторону компрессора (не менее 1 %), чтобы жидкий хладагент стекал к выходу. После монтажа систему вакуумируют до остаточного давления 150 Па и ниже, чтобы удалить воздух и влагу. Наличие влаги приводит к образованию льда в дроссельном устройстве и кислотной коррозии.
¶Типичные дефекты и их причины
| Дефект | Вероятная причина |
|---|---|
| Недостаточная холодопроизводительность | Засорение каналов, недолив хладагента, обмерзание |
| Утечка хладагента | Дефект пайки, вибрационное разрушение труб |
| Попадание жидкости в компрессор | Неправильный подбор длины испарителя, завышенная скорость хладагента |
| Сильное обмерзание | Недостаток хладагента, неисправный ТРВ |
¶Применение
Испарители применяются в бытовых и промышленных холодильниках, морозильных камерах, чиллерах, кондиционерах, холодильных витринах, технологических установках пищевой, фармацевтической и химической промышленности. В России производством теплообменного оборудования для холодильных установок занимаются предприятия в Санкт-Петербурге, Новосибирске, Ростове-на-Дону и других городах.
Источники:
- Феоктистов И. Г. «Теплообменные аппараты холодильных установок и систем кондиционирования»
- Минеров Н. Н. «Холодильные машины»
- ГОСТ 26570-95 «Аппараты холодильные. Общие технические условия»
- СП 50.13330 «Тепловая защита зданий» (разделы о холодильных установках)
- Руководства по эксплуатации компрессорно-конденсаторных блоков Bitzer, Danfoss