Схемы испарителей

В результате чрезмерного снижения давления в испарителе, всасываемый пар поступает в компрессор при более низком давлении, чем это требуется.

В результате чрезмерного снижения давления в испарителе, всасываемый пар поступает в компрессор при более низком давлении, чем это требуется. Это уменьшает производительность и КПД компрессора.

Для предотвращения снижения производительности и КПД компрессора, конструкция испарителя должна быть таковой, чтобы давление хладагента в нем снижалось минимально. Однако определенное снижение давления необходимо для нужной скорости движения хладагента через испаритель. При движении потока хладагента поверхность труб должна очищаться от пузырьков пара и масла, которые уносится в компрессор. Следовательно, при нормальной работе в испарителе давление снижается, обеспечивая достаточную скорость движения потока хладагента, высокую интенсивность теплопередачи и хороший возврат масла.

Снижение давления в испарителе зависит от диаметра труб, их длины и тепловой нагрузки. Под тепловой нагрузкой понимают интенсивность потока теплоты, поступающей в испаритель через стенки труб. Тепловая нагрузка определяет количество хладагента, которое должно проходить через испаритель в единицу времени. Чем выше нагрузка, тем больше хладагента проходит через испаритель и тем больше снижается давление. Чем больше нагрузка на испаритель, тем короче должен быть путь прохождения хладагента для предотвращения чрезмерного снижения давления.

Рис. 1 – Одноходовой испаритель: 1 – вход хладагента; 2 – выход хладагента

Рис. 2 – Многосекционный испаритель: 1 – вход хладагента; 2 – разделение схемы; 3 – выход хладагента

Одноходовой испаритель (рис. 1) работает удовлетворительно при определенной тепловой нагрузке. Если тепловая нагрузка выходит за допустимые пределы, то скорость движения потока хладагента увеличивается и снижение давления становится слишком большим. Следует обратить внимание, что хладагент входит в испаритель сверху в виде жидкости и выходит снизу в виде пара. Объем хладагента увеличивается при переходе в парообразное состояние, скорость движения потока и снижение давления увеличиваются при движении хладагента через одноходовой испаритель, достигая максимальных величин в конце испарителя, где хладагент находится полностью в парообразном состоянии.

Чрезмерное снижение давления в конце одноходового испарителя можно предотвратить, разделив схему на два хода в нижней части испарителя (рис. 2). Сначала хладагент проходит через одноходовую схему, достигая максимальной скорости. Когда хладагент попадает в две параллельные секции испарителя, скорость его движения уменьшается в два раза, а величина снижения давления на единицу длины змеевика испарителя уменьшается до 1/8 от той величины, которая была бы в нижней части одноходового испарителя. В результате испаритель может работать с большей тепловой нагрузкой без превышения допустимой величины снижения давления.

Рис. 3 – Четырехсекционный испаритель с коллекторами хладагента на входе и выходе (поперечный ток воздуха и хладагента создает неравномерную нагрузку): 1 – выход хладагента; 2 – вход хладагента; 3 – секции

Другой способ уменьшить снижение давления в испарителе заключается в использовании коллекторов хладагента, смонтированных вверху и внизу испарителя, в результате чего хладагент поступает одновременно в несколько параллельных секций (рис. 3). Основной недостаток этой схемы заключается в неравномерной тепловой нагрузке отдельных секций, что затрудняет распределение хладагента. Первая секция более нагружена, чем последняя, и в нее следует подавать больше хладагента, так как разность температур между воздухом, проходящим через испаритель, и хладагентом в трубах первой секций значительней, чем в последней. Этот тип испарителя наиболее эффективен в затопленных системах или в системах с избыточной подачей хладагента.

Испаритель, показанный на рис. 4, широко используется при больших тепловых нагрузках, например в кондиционере, в котором разность температур между хладагентом и воздухом большая, а наружное оребрение значительное. Обратите внимание, что воздух проходит противотоком хладагенту, в результате чего самый теплый воздух контактирует с самой теплой частью поверхности испарителя. Этим создается максимальная средняя разность температур и наивысшая интенсивность теплопередачи. Следует обратить внимание также на то, что тепловая нагрузка на секции стала равномерной. Требуемое количество секций и длина труб испарителя определяются диаметром трубы и тепловой нагрузкой.

Конструкция многоходового испарителя с коллектором, представленная на рис. 5, предпочтительнее, чем та, которая показана на рис. 3. Противоток воздуха и хладагента увеличивает среднюю эффективную разность температур и обеспечивает более равномерную тепловую нагрузку на секции.

Рис. 4 – Испаритель с распределителем, хладагента и всасывающим коллектором: 1 – вход хладагента; 2 – распределитель хладагента; 3 – выход хладагента; 4 – секции

Рис. 5 – Противоток хладагента и воздуха в испарителе (создает более равномерную нагрузку и более высокую разность температур): 1 – поток воздуха; 2 – выход хладагента; 3 – вход хладагента