КОНДЕНСАТОР ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F25B39/04 

Изобретение относится к холодильной технике, конкретно, к парокомпрессионным холодильным машинам с воздушными и водовоздушными конденсаторами и может быть использовано в сельском хозяйстве, химической и нефтехимической промышленности, кондиционировании, в бытовых приборах охлаждения.

Известен конденсатор холодильной машины, состоящий из батареи, кожуха, электровентиляторного агрегата, коллекторов подвода пара и отвода конденсата [1] . Отвод тепла конденсации хладагента в таком аппарате осуществляется за счет продува окружающего воздуха через батарею конденсатора.

Недостатком конденсатора воздушного охлаждения является большая громоздкость аппарата вследствие малой интенсивности теплообмена между воздухом и хладагентом. Кроме того, в аппаратах такого типа, особенно крупных, - высокий уровень шума от работы вентилятора, который потребляет много энергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является испарительный водовоздушный конденсатор холодильной машины, включающий развитую теплопередающую поверхность, выполненную из оребренных труб, размещенных в кожухе, в верхней части которого установлены водоразбрызгивающие форсунки, а в нижней имеется встроенный электровентилятор [2] . Действие водовоздушного конденсатора данного типа заключается в том, что распыляемая по развитой поверхности вода, испаряясь в воздух, просасываемый вентилятором, отводит теплоту конденсации за счет теплоты испарения и частично за счет водоподогрева.

Недостатком такого конденсатора является повышенный расход энергии из-за достаточно мощного электровентилятора, а также шум от него и быстрый коррозионный износ.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, уменьшение уровня шума от вентилятора и сокращение коррозионного износа.

Поставленная цель достигается тем, что в конденсаторе парокомпрессионной холодильной машины, включающем развитую теплопередающую поверхность, выполненную из оребренных труб, размещенных в кожухе, коллектора подвода пара и отвода конденсата хладагента, электровентиляторный агрегат, с целью снижения энергозатрат, уменьшения уровня шума и сокращения коррозионного износа, оребренные трубки теплопередающей поверхности покрывают слоями капиллярно-пористой структуры, имеющими фитильные отводы, которые погружают в бак с водой, размещенный за пределами кожуха и снабженный штуцером для приема воды с поплавковым клапаном.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема конденсатора холодильной машины; на фиг. 2 показан боковой вид аппарата.

Конденсатор включает развитую теплопередающую поверхность в виде трубок 1, имеющих ребра 2, кожух 3, слои капиллярно-пористой структуры 4 с фитильными отводами 5, коллектора подвода пара 6 и отвода конденсора хладагента 7, электровентиляторный агрегат 8, бак с водой 9, штуцер приема воды 10 с поплавковым клапаном 11.

Устройство работает следующим образом. Холодильный агент в виде пара из коллектора подвода пара 6 распределяется по трубкам 1, имеющим ребра 2 со слоями капиллярно-пористой структуры 4 на поверхности. Воздух окружающей среды продувается вентиляторным агрегатом 8 через межреберное пространство и, проходя сквозь развитую теплопередающую поверхность, размещенную в кожухе 3, испаряет влагу, которая под действием капиллярных сил устремляется кверху сначала по фитильным отводам 5 и далее по слоям капиллярно-пористой структуры 4. Испаряясь, влага забирает тепло конденсации хладагента, который, конденсируясь, стекает и собирается в коллекторе отвода конденсата 7. Поскольку теплота конденсации хладагента много меньше теплоты испарения воды, то для нормальной работы аппарата требуется минимальная подпитка из сети через штуцер приема воды 10. С уменьшением уровня воды в баке 9 поплавковый клапан 11 срабатывает и свежая порция воды из сети поступает в бак 9.

В связи с тем, что испарительное охлаждение резко поднимает теплоотдачу от воздуха к развитой теплопередающей поверхности, можно применить на заданную тепловую нагрузку менее мощный вентилятор, что сокращает уровень шума и дает экономию энергии. Отсутствие же капиллярно-струйного орошения поверхности теплопередачи из форсунок резко сокращает коррозионный износ аппарата. Сказанное подтверждается расчетом.

В конденсаторе воздушного охлаждения (КВО) средняя плотность теплового потока q составляет 400 - 550 Вт/м² при скорости воздуха в узком сечении 3 - 5 м/с, т.е. при коэффициенте теплоотдачи α_в = 45 - 60 Вт/м²гр. Установка же маломощного электровентилятора приведет к уменьшению скорости в узком сечении до 1 - 1,5 м/с, что даст коэффициент теплоотдачи на уровне α_в≃ 15 Вт/м²гр.

Принимая температуру окружающего воздуха t_в = + 25^oC, а относительную влажность ϕ = 60%, определим плотность теплового потока q за счет тепла фазового перехода паров воды в конденсат

где
dнасв

- влагосодержание насыщенного воздуха при t_в = 25^oC, dнасв= = 20 гр/кг;
d_в - влагосодержание воздуха при ϕ = 60%, d_в = 12,5 гр/кг;
r - теплота фазового перехода воды в конденсат, r = 2480 кДж/кг;
α_в - коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности инея, α_в = 15 Вт/м²гр;
C_p - удельная теплоемкость воздуха, C_p = 1006 Дж/кгС.

Конвективная часть теплового потока при температуре стенки трубы t_ст= 40^oC составляет
q^к= α_в(t_ст-t_в) = 15(40-25) = 225 Вт/м²•^°С
Суммарная плотность теплового потока таким образом составит 504 Вт/м². Такая плотность теплового потока соответствует обычному уровню для промышленных КВО с вентиляторами номинальной мощности. В предложенном техническом решении используется маломощный вентилятор, потребляющий половину энергии от обычно используемых в КВО вентиляторах, соответственно снижается и уровень шума. Расход воды для КВО с нагрузкой 20 кВт не превышает 20 л/ч или 0,5 м³/сут.

Изобретение позволяет снизить энергозатраты, уменьшить уровень шума и сократить коррозионный износ теплопередающей поверхности, выполненной из оребренных труб, размещенных в кожухе и обдуваемых электровентилятором, что достигается путем покрытия оребренных труб слоями капиллярно-пористой структуры, имеющими фитильные отводы, которые погружают в бак с водой, размещенный за пределами кожуха и снабженный штуцером для приема воды с поплавковым клапаном. 2 ил.

Конденсатор холодильной машины, включающий развитую теплопередающую поверхность, выполненную из оребренных труб, размещенных в кожухе, коллектора подвода пара и отвода конденсата хладагента, электровентиляторный агрегат, отличающийся тем, что оребренные трубки теплопередающей поверхности покрывают слоями капиллярно-пористой структуры, имеющими фитильные отводы, которые погружают в бак с водой, размещенный за пределами кожуха и снабженный штуцером для приема воды с поплавковым клапаном.