Типы испарителей

     Испарителем является любой теплопередающий аппарат, в котором летучая жидкость кипит, отводя теплоту из охлаждаемого пространства или от продукта. Испарители выпускаются различных типов, форм, размеров и конструкций вследствие многообразия применения машинного охлаждения и классифицируются по типу конструкции, способу подачи жидкого хладагента, условиям эксплуатации, способу циркуляции воздуха (хладоносителя), типу регулятора подачи хладагента, по применению.

Основными конструкциями являются гладкотрубный, плиточный и ребристый испарители. Гладкотрубные и плиточные испарители иногда классифицируют как поверхностные испарители, так как вся их поверхность находится в контакте с кипящим внутри хладагентом. Основной поверхностью в ребристых испарителях являются трубы, в которых кипит хладагент. Ребра не заполнены хладагентом и поэтому являются вторичными теплопередающими поверхностями, предназначенными для отвода теплоты из окружающей среды и передачи ее хладагенту.

Поверхностные испарители гладкотрубного и плиточного типа имеют широкое применение и работают в любом диапазоне температур. Чаще всего их используют для охлаждения жидкости и воздуха, когда температура в охлаждаемом пространстве поддерживается ниже 1 °С и трудно предотвратить нарастание инея на поверхности испарителя. Нарастание инея на гладкотрубных и плиточных испарителях не влияет на их производительность в той мере, как на производительность ребристых испарителей. Кроме того, большинство поверхностных испарителей, в особенности плиточные, легко очищаются и быстро оттаиваются вручную с помощью щеток или скребков. Для оттаивания и очистки процесс охлаждения прекращают, что отрицательно сказывается на качестве охлаждаемого продукта.

Гладкотрубные испарители обычно изготовляют из стальных или медных труб. Стальные трубы используют для больших испарителей и аммиачных аппаратов, а медные трубы – для испарителей, работающих на фторированных хладагентах. Гладкотрубные испарители выпускают обычно для индивидуального применения различного размера, формы и конструкции. Наиболее распространенной формой гладкотрубного испарителя является плоский или овальный змеевик (рис. 1). Спиральные гладкотрубные испарители часто используют для охлаждения жидкого хладоносителя.

Рис. 1 – Обычные конструкции гладкотрубных испарителей: а – плоский зигзагообразный змеевик; б – овальный змеевик.

     Большие подвесные потолочные испарители с естественной конвекцией воздуха находят применение в низкотемпературных и холодильных камерах, в которых желательна медленная циркуляция большого количества воздуха. Их используют также (с орошением поверхности и без него) с центробежными вентиляторами для создания высокоскоростного потока воздуха для охлаждения или замораживания продуктов.

Плиточные испарители. Выпускают несколько типов плиточных испарителей. Некоторые изготовляют из двух плоских металлических листов, соединенных вместе таким образом, что остается проход для потока хладагента между двумя листами (рис. 2). Плиточный испаритель широко используют в бытовых холодильниках и морозильниках, так как его легко чистить, он экономичен в изготовлении и ему можно придать нужную конфигурацию (рис. 3).

Рис. 2 – Плиточный испаритель с параллельными трубками змеевика в одной плоскости.

Рис. 3 – Виды плиточных испарителей.

     Другой тип плиточного испарителя состоит из змеевика, размещенного между двумя металлическими листами, сваренными вместе по краям (рис. 4). Для обеспечения хорошего теплового контакта между сваренными листами и трубами с хладагентом пространство между плитами заполняют эвтектическим раствором или вакуумируют, в результате чего атмосферное давление, воздействующее на наружную поверхность листов, плотно прижимает их к змеевику, находящемуся между ними. Испаритель с эвтектическим раствором используют в качестве аккумулятора холода. Плиточные испарители широко используют в авторефрижераторах, в которых их монтируют вертикально и горизонтально на стенках и потолке кузова (рис. 5). Эти испарители обычно присоединяют на ночь к центральной холодильной установке на станции авторефрижераторов. Холод, накопленный аккумулятором, достаточен для охлаждения продуктов в течение следующего дня. Температура плит определяется точкой таяния эвтектического раствора.

Рис. 4 – Устройство плиточного испарителя:
1 – наружная гладкая рубашка; 2 – стальная труба для хладагента; 3 – полость в плите, заполняемая эвтектическим раствором.

Рис. 5 – Низкотемпературные плиты испарителя в кузове авторефрижератора для перевозки мороженого.

Рис. 6 – Плиточные испарители в низкотемпературной камере хранения.

Рис. 7 – Плиточные испарители с параллельной подачей хладагента
(плиты могут быть соединены для последовательной циркуляции хладагента).

     Плиточные испарители используют в качестве полок в низкотемпературных камерах (рис. 8). Их широко используют в морозильных аппаратах, низкотемпературных витринах для замороженных продуктов, прилавках для мороженого, охлаждаемых прилавках для продажи газированной воды и напитков и пр. Плиточные испарители особенно выгодны в охладителях жидкости, в которых имеются пиковые нагрузки. Запас холода, образуемый при намораживании льда на поверхности плит, расходуется при пиковой тепловой нагрузке (рис. 9), в результате чего можно использовать оборудование меньшей производительности, что уменьшает капиталовложения и эксплуатационные расходы.

Рис. 8 – Плиточные испарители, соединенные последовательно, используются в качестве полок морозильного стеллажа.

Рис. 9 – Аккумулятор холода с намораживанием льда на плиточных испарителях.

     Ребристые испарители – это гладкотрубные змеевики с металлическими ребрами (рис. 10), которые применяют для охлаждения воздуха и других газов. Ребра, выполняющие функцию вторичных теплопоглощающих поверхностей, увеличивают наружную площадь поверхности испарителя (повышая тем самым его КПД). При использовании гладкотрубных испарителей большая часть воздуха, циркулирующего около змеевика, проходит в пространстве между трубами, не контактируя с их поверхностью. Если на змеевике смонтированы ребра, то они выступают в открытое пространство между трубами и служат в качестве коллекторов теплоты. Ребра отводят теплоту из той части воздуха, которая обычно не контактирует с основной поверхностью испарителя, и передают ее в трубу.

Рис. 10 – Способы внутреннего оребрения труб испарителя.

     Очевидно, что эффективность применения ребер зависит от их соединения с трубой, при котором должен создаваться хороший тепловой контакт между ними. В одних случаях ребра припаивают непосредственно к трубе, а в других – насаживают на трубу, которую затем развальцовывают под давлением. Ребра врезаются в поверхность трубы, создавая хороший тепловой контакт.

Высота ребер и зазор между ними зависят от назначения испарителя. Диаметр трубы влияет на размер ребер. На трубах небольшого диаметра монтируют низкие ребра. Высота ребер должна быть больше с увеличением диаметра трубы. На 1 м трубы размещают от 40 до 500 ребер в зависимости от рабочей температуры испарителя.

Накапливание инея на воздухоохлаждающих испарителях неизбежно. Образовавшийся иней уменьшает расстояние между ребрами и замедляет циркуляцию воздуха через испаритель. Поэтому зазор между ребрами в низкотемпературных испарителях должен быть большим (от 80 до 200 ребер на 1 м длины трубы), чтобы улучшить циркуляцию воздуха. На батареях, предназначенных для «кондиционирования воздуха, а также применяемых в других установках, где температура достаточно высока и иней не накапливается, зазор между ребрами может быть равен 1.8 мм.

При естественной циркуляции воздуха через ребристый испаритель сопротивление потоку воздуха должно быть минимальным. Поэтому зазор между ребрами на испарителях с естественной конвекцией должен быть больше, чем на испарителях с вентиляторным обдувом.

Существует определенная зависимость между внутренней и наружной поверхностями испарителя. Оребрение имеется только на наружной поверхности, и увеличение числа ребер не влияет на производительность испарителя. В некоторых случаях избыточное оребрение снижает производительность испарителя, так как ограничивает возможность циркуляции воздуха.

Накапливание инея значительно влияет на производительность ребристых испарителей. Поэтому они наиболее пригодны для охлаждения воздуха в тех случаях, когда температура на их поверхности поддерживается выше 0 °С. Регулярное оттаивание ребристых аппаратов необходимо при их использовании для низких температур.

Ребристые испарители более компактны по сравнению с поверхностными испарителями. Ребристый испаритель занимает меньше места, чем гладкотрубный или плиточный испаритель той же производительности, что позволяет значительно экономить производственную площадь. Ребристые испарители идеально работают с вентиляторами, создающими принудительную циркуляцию воздуха.