Рішення для ЦОД
Конденсатор є тепло-обмінний апарат. який передає теплову енергію від холодоагенту до навколишнього середовища, найчастіше воді або повітрю. Теплова енергія, що передається холодоагентом через конденсатор, складається з:
- тепла, поглиненого випарником холодильного контуру, і
- тепла, що виробляється компресором при стисненні хладагента.
Тепло, що виділяється конденсатором, приблизно дорівнює холодопроизводительности холодильної машини. збільшеної на 30-35%. Так, для холодильної машини потужністю 10 кВт загальний обсяг тепла, що виділяється конденсатором, становить близько 13-13,5 кВт.
Другий робочим середовищем конденсатора, крім холодоагенту, може служити навколишнє повітря (конденсатори з повітряним охолодженням) або рідина (конденсатори з водяним охолодженням).
Конденсатори з повітряним охолодженням
Найбільшого поширення набули конденсатори з повітряним охолодженням. Вони складаються з теплообмінника і блоку вентилятора з електродвигуном.
Теплообмінник зазвичай виготовляється з мідних трубок діаметром 6 мм і 19 мм, як правило, з ребрами. Відстань між ребрами зазвичай становить 1,5-3 мм.
Мідь легко піддається обробці, не схильна до окислення і має високі показники теплопровідності. Вибір діаметра трубок залежить від великої кількості факторів: легкості обробки, втрат тиску в лінії холодоагенту, втрат тиску з боку охолоджуючої повітряного середовища і т.д. В даний час спостерігається тенденція використання трубок малого діаметра.
Ребра трубок теплообмінника найчастіше виготовляють з алюмінію. Причому тип оребрення, його профіль і конфігурація можуть бути дуже різні і суттєво впливати на теплові та гідравлічні характеристики теплообмінника. Так, наприклад, використання складного профілю оребрения з просечками, виступами і т.п. дозволяє створити велику турбулентність повітря поблизу поверхні ребра. Тим самим підвищується ефективність теплопередачі між холодоагентом, що проходить по трубках, і зовнішнім повітрям. Хоча в цьому випадку трохи збільшується гідравлічний опір, що потребують установки вентилятора більшої потужності, досягається істотне підвищення продуктивності холодильної машини з лишком виправдовує збільшену енергоємність установки.
З'єднання трубки з ребрами може бути виконано двома способами:
- або в ребрі просто робиться отвір для безпосереднього контакту з трубкою,
- або в місці приєднання ребра до трубки робиться комірець (буртик), що підвищує поверхню теплообміну.
Перевага першого варіанту полягає в простоті (економічності) виробництва, однак, у зв'язку з нещільним контактом ребра з трубкою, передача тепла зовнішньому середовищі обмежена.
Крім того, при роботі в забрудненій або агресивною атмосфері по контуру прилягання ребер до трубки може з'явитися корозія. Це значно знижує корисну поверхню теплообміну, призводить до зниження продуктивності і підвищенню температури конденсації.
Швидкість повітряного потоку, що проходить через теплообмінник, зазвичай становить від 1,0 до 3,5 м / с.
Внутрішня поверхня трубок також може бути рифленою, що дозволяє забезпечити більшу турбулентність, а отже, тепловіддачу холодоагенту.
Конденсатори зазвичай мають один або кілька рядів трубок (найчастіше - до 4-х), розташованих в напрямку проходження потоку охолоджуючого повітря. Трубки можуть розташовуватися на одному рівні або ступенями (в шаховому порядку) для підвищення ефективності теплообміну (рис. 3.10).
Важливим аспектом є схема руху робочих середовищ в теплообміннику. Гарячий холодоагент надходить в конденсатор зверху і поступово опускається вниз. У верхній частині теплообмінника відбувається найбільш інтенсивне охолодження холодоагенту, для чого використовується приблизно 5% корисної площі теплообмінника. На цьому початковому ділянці теплообмінника теплопередача дуже значна, завдяки великому перепаду температур між холодоагентом і холодним повітрям і високому коефіцієнту теплопередачі, зумовленого високою швидкістю руху холодоагенту.
На наступному основній ділянці охолодження, що становить близько 85% всієї корисної поверхні теплообмінника, процес конденсації пароподібного фреону проходить при майже незмінній температурі.
Залишаються 10% корисної поверхні теплообміну використовуються для «додаткового охолодження» холодоагенту. Кількість відведеного в цій зоні тепла становить приблизно 5% загального показника теплообміну, що пов'язано з невеликим перепадом температур між холодоагентом, який перейшов в рідку фазу, і продувальним повітрям.
Температура конденсації перевищує температуру навколишнього повітря приблизно на 10-20 ° С, а температура виходить з теплообмінника повітря на 3-5,5 ° С нижче температури конденсації.
Абсолютні показники температури конденсації зазвичай складають 42-55 ° С.
Мал. 3.10. Схема конденсатора з повітряним охолодженням.
1 - мідна трубка;
2 - ребра
Конденсатори з водяним охолодженням
Конденсатори з водяним охолодженням за своїм конструктивним виконанням поділяються на такі основні групи:
- кожухотрубні конденсатори;
- конденсатори типу «труба в трубі»;
- пластинчасті конденсатори.
Конденсатори першої групи найчастіше використовуються на установках середньої і великої потужності, інші ж - на установках середньої і малої потужності.
кожухотрубні конденсатори
Виконуються у вигляді сталевого циліндричного кожуха, з обох кінців якого приварені сталеві трубні решітки. У них запресовуються мідні трубки. До трубним грат кріпляться головки з вхідними та вихідними патрубками для підключення до системи водяного охолодження (рис. 3. 13).
Мал. 3.13. Схема кожухотрубного конденсатора з водяним охолодженням.
У верхній частині кожуха розташовується патрубок підведення гарячого пароподібного холодоагенту, що надходить від компресора. У нижній частині встановлений патрубок відводу рідкого холодоагенту.
Гарячий пароподібний холодоагент омиває трубки і заповнює вільний простір між трубками і кожухом.
Холодна вода подається по трубках знизу і виходить через верхню частину кожуха. Гарячий пароподібний холодоагент стикається з трубками, по яких циркулює холодна вода, остигає, конденсується і накопичується на дні конденсатора. Вода, поглинаючи тепло від хладагента, виходить з конденсатора з більш високою температурою, ніж на вході. Ділянка «додаткового охолодження», якщо це передбачено, складається з пучка трубок, розташованих на дні конденсатора і відокремлених від інших трубок металевою перегородкою. В такому випадку надходить в конденсатор холодна вода в першу чергу проходить через ділянку «додаткового охолодження».
Трубки конденсатора зазвичай виготовляються з міді і мають номінальний діаметр 3/4 "і 1" (20 і 25 мм). Із зовнішнього боку вони мають ребра, що дозволяє підвищити теплообмін між холодоагентом і знаходиться всередині трубок водою.
Зазвичай в конденсаторах використовується вода з системи оборотного водопостачання. Температура конденсації холодоагенту приблизно на 5 ° С вище температури води на виході з конденсатора. Наприклад, при температурі води на виході з конденсатора 35 ° С температура конденсації холодоагенту R-22 становить приблизно 40 ° С. У цих умовах перепад температури води в конденсаторі не перевищує 5 ° С.
Для передачі 1 кВт тепла від холодоагенту проточній воді необхідну витрату води складе близько 170 л / год.
Конденсатори типу «труба в трубі»
Ці конденсатори представляють собою виконану у вигляді спіралі трубку, всередині якої соосно розташована інша трубка. Холодоагент може переміщатися по внутрішній трубці, а охолоджуюча рідина - по зовнішньої, або навпаки (рис. 3.14).
Мал. 3.14. Схема конденсатора типу «труба в трубі»- надходження холодоагенту
- вихід води
- надходження води
- злив рідини
Вся конструкція може бути виконана з міді, або внутрішня трубка може бути мідної, а зовнішня - сталевий.
Як зовнішня, так і внутрішня поверхні трубки можуть мати ребра, що збільшує ефективність теплопередачі. Два потоку рідин рухаються назустріч один одному. Вода надходить знизу і виходить зверху, холодоагент переміщається в протилежному напрямку.
Цей тип конденсаторів використовується в автономних установках кондиціонування повітря і установках для охолодження води малої потужності. У зв'язку з тим, що конденсатор цього типу являє собою нероз'ємну конструкцію, очищення трубки, по якій циркулює вода, може проводитися тільки хімічним шляхом.
пластинчасті конденсатори
Цей тип теплообмінника відрізняється тим, що циркуляція рідин відбувається між пластинами з нержавіючої сталі, розташованими «ялинкою» (рис. 3.15).
Усередині теплообмінника створюються два незалежних контури циркуляції (холодоагенту і охолоджуючої води), що рухаються назустріч один одному. Пластинчасті теплообмінники мають дуже високі теплотехнічні характеристики, що зумовило їх велике поширення в установках середньої і малої потужності. Висока ефективність цих теплообмінників поєднується з компактними розмірами і малою масою, невеликими перепадами температур між двома рідинами, що підвищує ефективність установки, меншою кількістю необхідного холодоагенту.
Пластинчасті теплообмінники використовуються як в якості конденсаторів, так і в якості випарників.
Мал. 3.15. Схема пластинчастого конденсатора
У табл. 3.16 наводяться найбільш часто зустрічаються значення температури води, використовуваної в конденсаторах, і відповідні температури конденсації.
Таблиця 3.16. Температури води на вході в конденсатор і температури конденсації
Температура води на вході, ° С
Температура конденсації, ° С
коефіцієнт забруднення
Коефіцієнт забруднення характеризує термічний опір, викликане відкладенням осаду, що міститься у воді, на внутрішніх стінках трубок. В результаті знижується теплопередача.
Забруднення трубок призводить до підвищення середньої температури і збільшення кількості охолоджувальної рідини, необхідної для охолодження заданого кількості холодоагенту. В результаті підвищується тиск в контурі конденсації і, як наслідок, - енергоємність процесу.
Проблема забруднення трубок є великою перешкодою при використанні теплообмінників в регіонах з підвищеними показниками жорсткості води.
Відповідно до стандарту ARI Standard 590 характеристики холодильних машин повинні відповідати коефіцієнту забруднення конденсатора:
8,8 · 10 -5 (м 2 · ° C / Вт)
Для інших коефіцієнтів забруднення необхідно скорегувати характеристики холодильних машин. У табл. 3.18 вказані коефіцієнти корекції ефективності холодильних машин для різних коефіцієнтів забруднення.
Слід зазначити, що наведені в табл. 3.18 коефіцієнти зазвичай використовуються для коригування холодо- і тепло-продуктивності установок великої потужності.
Для установок малої та середньої потужності в якості вихідної точки приймаються чисті пластини конденсатора і випарника, а значення поправочних коефіцієнтів відповідають наведеним в табл. 3. 19.
У технічній документації на обладнання обов'язково наводиться методика перерахунку характеристик в залежності від коефіцієнта забруднення.
У табл. 3.20 вказані коефіцієнти забруднення, які відповідають різним типам використовуваної води.
З метою скорочення забруднення до мінімально можливого рівня часто рекомендують встановлювати швидкість потоку води на рівні, що перевищує 1 м / с. Рекомендується також періодично проводити очищення трубок механічним або хімічним шляхом.
Таблиця 3.18. Коефіцієнти корекції показників холодопроизводительности установки в залежності від коефіцієнта забруднення
Коефіцієнт забруднення,
м 2 · ° C / Вт
Поправочний коефіцієнт холодопроизводительности
Поправочний коефіцієнт
споживаної потужності компресора