Конденсатор воздушного охлаждения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11) 749680 ОСУДАРСТВЕННЫЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Ук ам а" 7-Рл ю слцба канбеисапа Фиг, 1 ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(21) 4775219/06 (22) 20.11.89 (46) 23,07,92. Бюл. М 27 (71) Одесский институт низкотемпературной техники и энергетики (72) Е.Х.Русов и А.П.Пейков (56) Холодильная техника, 1986, М 9, с.33.Авторское свидетелЬство СССР М 398811, кл. Р 28 В 1/06, 1970,Авторское свидетельство СССР М 299724, кл. Р 28 В 1/06, 1967.Авторское свидетельство СССР М 941827, кл. Р 28 В 1/06, 1979.Авторское свидетельство СССР М 426112, кл. Р 28 В 34/04, 1972.Гопина С.Р, и Шавра В.М. Воздушные конденсаторы малых холодильных машин. - М.: ВО "Агропромиздат", 1987 2(54) КОНДЕНСАТОР ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ(57) Использование: в теплохладотехнике, преимущественно в теплообменных аппаратах холодильных машин. Сущность изобретения: конденсатор содержит секции вертикально установленных змеевиков оребренных труб 1, подключенных к коллектору 2 и паровому коллектору (ПК) 3. ПК 3 установлен на высоте 0,2 - 0,3 от высоты змеевика и подключен как к выше, так и к ниже расположенным трубам змеевиков, Трубы, расположенные ниже ПК 3, установлены с уклоном 1 - 20 по ходу движения конденсата, а верхние торцы труб 1, расположенных выше ПК 2, заглушены. 1 з.п. флы,4 ил.Изобретение относится к области теплохладотехники преимущественно к теплообменным аппаратам холодильных машин.Конденсаторы для конденсации параизвестными способами состоят из секций 5теплообменных труб с насаженными на нихребрами различной формы и соединенныхмежду собой калачами, Секции скомпонованы в единый блок прямоугольной формы. Вкаждой из существующих конструкций реализуется одна из схем движения хладагентаи воздуха, а именно: перекрестная, противоточная, перекрестная в прямоканальномаппарате, прямоточная и перекрестная сосборным шлангом. 15К недостаткам существующих технических решений относится невысокая энергетическая эффективность и ихметаллоемкость, обусловленные наличиемзоны сухого теплообмена между воздухом и 20хладоном в процессе снятия тепла перегрева,В другом техническом решении описантеплообменник воздушного охлаждения,содержащий теплообменные трубы с входным и выходным коллекторами, каждый изкоторых выполнен в виде установленныходна к другой горизонтальных труб и укрепленных между ними распределительныхтруб, причем коллекторы снабжены разделительными пеоегооодками и устройствамидля ввода и вывода теплоносителей, выполненными в виде П-образных труб с патрубками в средней части, установленными спротивоположных сторон коллекторов, 35К недостаткам предлагаемой конструкции можно отнести ее технологическуюсложность и высокие энергетические потери, связанные с большими гидравлическими сопротивлениями со стороны 40теплоносителя из-за многократных поворотов потока на 90 и 180, обуславливающихвысокий коэффициент местного сопротивления,К преимуществам данного устройства 45относится его компактность, связанная свозможностью эффективно использоватьобъем аппарата для обдува теплообменныхтруб потоком охлаждающего воздуха.Известно техническое решение, представляющее собой теплообменник воздушного охлаждения, содержащийтеплообменные секции с трубными пучками, установленные одна под другой под углом наклона не более 100, причем трубные 55пучки в каждой секции располагаются одинотносительно другого с тем же углом наклона, что и смежные секции. Рабочая среда,циркулирующая в трубах, охлаждается воздухом, омывающим секции. К недостатку данного технического решения относится увеличение габаритных размеров аппарата за счет появления между пучками труб в секциях пустого пространства при расположении их под определенным углом, повышенный расход электроэнергии на привод вентиляторов из-за увеличения живого сечения аппарата, вследствие чего необходимо увеличить объемный расход воздуха для предотвращения падения скорости воздуха, обдувающего теплообменные трубы.В аппарате, описанном в техническом решении, положительный эффект достигается за счет установки первых змеевиков со сдвигом относительно друг друга. Поэтому увеличивается коэффициент теплопередачи от хладагента к воздуху. Кроме того, возрастает скорость воздуха и перепад температур между воздухом и перегретым паром хладагента. При этом теплоизоляционные перегородки обеспечивают равномерный обдув первых витков змеевиков,Недостатком данного технического решения является его технологическая и конструктивная сложность.К общим недостаткам приведенных в качестве аналогов технических решений можно отнести наличие локального участка внутренней поверхности труб, где происходит "сухой" теплообмен при отводе тепла перегрева паров до состояния насыщения, Следует отметить, что в зависимости от режима работы зона снятия тепла перегрева паров колеблется вдостаточно высокихпределах, достигая иногда 25 - 30 и более от общей поверхности теплообмена, Отключение этой части поверхности приводит к повышению давления конденсации и возрастанию удельного расхода энергии,Приведенная ситуация практически исключает весьма желательное небольшое переохлаждение жидкости в пределах аппарата, которое позволило бы уменьшить массогабаритные характеристики рекуперативного теплообменника и машины в целом.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является конструкция воздушного конденсатора описанная в, содержащего ряды змеевиковых вертикальных труб, нижние колена которых объединены с коллектором отвода конденсата при помощи промежуточных патрубков,В патрубках размещены обратные поплавковые клапаны. Работает конденсатор следующим образом, Под действием собственного веса поплавок обратного клапанапри отсутствии жидкости в промежуточном патрубке надежно закрывает перепускную трубу. При поступлении пара в конденсатор капли конденсата стекают в нижнее колено змеевиковыхтруб и заполняют промежуточные патрубки, Поплавок всплывает и пропускает конденсатор через перепускную трубу в коллектор, минуя конденсатор.Данное техническое решение позволяет повысить надежность работы конденсатора воздушного охлаждения, а стенка трубы всегда свободна от слоя жидкости, что обеспечиваетувеличение коэффициента теплоотдачи.Недостатком приведенного решения являются технологические трудности при монтаже поплавкового устройства, а также эксплуатационная ненадежность аппарата из-за слабой герметичности узлов его. Нарушение плотности может быть вызвано наличием вибрации в процессе работы холодильной машины с возможными колебаниями давления конденсации и прорыва паров хладона к регистрации. Следует отметить, что при неизбежном наличии в реальных условиях неконденсирующихся компонентов, они будут собираться в верхней части колена змеевика и препятствовать свободному проходу паров хладона с образованием локальных зон по давлению конденсации и ухудшению работы аппарата.Односторонний последовательный код конденсирующего пара вызывает неравномерную нагрузку на поверхность теплообмена из-за изменения температуры и агрегатного состояния хладона по мере перемещейия его в змеевике, а также изза постоянно увеличивающейся толщины стекающей пленки конденсата по внутренней поверхности стенки трубки. В результате интенсивность теплообменной поверхности неодинакова,При плохой регулировке поплавкового устройства возможно накапливание жидкости в нижних коленах и значительное увеличение местных сопротивлений, приводящих к нарушению режима работы, Кроме того, первая ветвь змеевика работает на снятие тепла перегрева паров, что ухудшает характеристики аппарата и обуславливает возможность прорыва паров через поплавковое устройство к регистрации,Цель изобретения - повышение эффективности работы путем интенсификации тепломассообмена при конденсации пара в конденсаторе воздушного охлаждения.Указанная цель достигается тем, что паровой коллектор установлен на высоте 0,2 - 0,3 от высоты змеевика и подключен как к 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выше расположенным, так и ниже расположенным трубам змеевиков, причем трубы, расположенные ниже парового коллектора, уст; навливаются с уклоном 1 - 2 по ходу движения конденсата, а верхние торцы труб, расположенные выше парового коллектора, заглушены; конденсатор снабжен спиральными накатными канавками на внутренней поверхности.Сущность изобретения заключается в следующем,Среди немногочисленных работ, посвященных исследованию и интенсификации теплообмена при конденсации хладонов внутри труб, практически отсутствуют упоминания о мерах, направленных на снижение вредного влияния "сухого" теплообмена в области перегретого пара,Между тем, в реальных условиях зона "сухого" теплообмена поглощает до 30 полезной теплообменной поверхности аппарата.Весьма важным фактором, обуславливающим снижение удельных энергозатрат, является переохлаждение жидкости перед дросселированием, Чем ниже температура жидкости, тем меньше доля пара при дросселировании и, естественно, меньше необратимые потери.Известно, что традиционном способе подвода паров хладона в аппарат сверху равенство тепловых потоков Оп сп(Ь - тн) и Он гн нарушается, Точнее всегда (3 п сл Ь 1) 6гн, т.е, на определенном участке длины змеевика аппарата 6; с, Ь- масса, теплоемкость и температура поступающего в аппарат перегретого пара; ь, 6 гн - температура, масса и удельная теплота конденсации насыщенного пара, Конденсация пара отсутствует, И длина этого пути зависит от скорости движения пара и состояния поверхности, При гладкой, удобообтекаемой поверхности эффективность теплоотдачи низка из-за большой толщины пограничного слоя, Отметим, что при одинаковой скорости движения внутри труб предлагаемого аппарата теплоотдача значительно выше благодаря гофрам, с чередующимися выступами и впадинами, образованнымив процессе накатки оребренных алюминиевых труб,Далее, как ранее отмечалось, в реальных условиях приведенное неравенство проявляет себя на 30 поверхности. С учетом гарантийного обеспечения равенства бп сл й = О, г, следует принять половину поверхности. Следовательно; начиная с 1/2 поверхнбсти аппарата и более существует область стабильной конденсации, после котолько снизу, оказывается, что в данном случае практически "сухая" зона отсутствует. Однако рассмотренный способ характерен прежде всего отсутствием зоны переохлаждения жидкости; кроме того, создаются значительные гидравлические сопротивления, вследствие чего повышается давление конденсации и возрастают энергозатраты. Кроме того, встречные потоки пара ухудшают свободный слив масла и загрязнений,Предлагаемая конструкция лишена приведенных недостатков, легко реализуема, отличается существенными признаками новизны и обладают полезным эффектом.Расположение труб нижней ветви змеевиков с уклоном в 1 - 2, обеспечивающимбыстрый сток конденсата при сравнительно небольшой высоте стекающей струи конденсата, Незначительная величина угла наклона труб нижней части аппарата не отразится на его массо-габаритных характеристик при явном выигрыше в теплообмене, особенно с целью максимальногопереохлаждения жидкости, что избавит от необходимости устройства металлоемкого и дорогостоящего рекуперативного теплообменника. Особенно это важно в низкотемпературных установках с применением бессальниковых или герметичных компрессоров, В некоторых случаях, например, при использовании в циклах хладонов В, б и других применение теплообменников в схемах с герметичным компрессором недопустимо или энергетически нецелесообразно вследствие больших объемных потерь и снижения холодопроизводительности, являющейся причиной опасно высоких температур конца сжатия пара,Переохлаждение же жидкости сред вентилем весьма желательно, так как в рамках при 35 С и ниже каждый градус переохлаждения экономит, вернее увеличивает на 3 - 4 холодопроизводительность цикла,Горизонтальное расположение трубверхней ветви змеевиков, воспринимаю 15 20 25303550 55 торой, если позволяет еще площадь поверхности - очень желательна область переохлаждения жидкости, К сожалению, на нее-тои остается очень мало поверхности. По последним данным переохлаждение хлада гента на выходе из конденсатора до 1 - 3 С, что весьма мало, так как в сочетании с высокой теплопроводностью разветвленныхмедных магистралей и малой теплоемкостью жидкого хладагента полученное небольшое переохлаждение теряется задолгодо регвентиля,При рассмотрении второго, способа полярногоо, когда весь объем паров подводится щих большую часть теплового потока, неухудшает работу аппарата, так как пленка иручей стекающего конденсата, воспринимая тепло перегрева, позволяет на болеекоротком пути сконденсировать охлажденный до состояния насыщения пар.К объективному фактору, обеспечивающему интенсивный отвод тепла, относитсятехнологический процесс изготовленияоребренной поверхности спирально-накатным способом, В алюминиевых, медных идругих легкодеформируемых металлов трубах при накатке ребер внутри ребер образуются кольцевые гофры небольшой высоты,но обеспечивающие интенсивную турбулизацию потоков перегретых насыщенных паров и жидкости.Предлагаемый аппарат изготовлен изалюминиевых труб со спирально-накатныморебрением, внутри которых имеются турбулизирующие гофры,Наконец, применяя специальный профиль инструмента при накатке ребер удалосьполучить кроме небольшого угла между плоскостью ребра и потоком воздуха еще и гофрированную поверхность ребра,обеспечивающую интенсивную турбулизацию потока воздуха.Предлагаемый способ оребрения позволяет использовать в качестве турбулизаторов течения пленки конденсата и потокапара хладона выступы и впадины на внутренней поверхности теплообменных труб,сопутствующие процессу накатки ребер,Положительный эффект предлагаемоготехнического решения по сравнению с известным заключается в уменьшении удельныхэнергозатрат и массогабаритных характеристик конденсатора воздушного охлаждения.На фиг.1 схематически изображен предлагаемый аппарат; на фиг.2 - вид А на фиг.1;на фиг.3 - узел на фиг.1; на фиг.4 - узел 11на фиг.1.Конденсатор содержит трубчатый змеевик 1, жидкостной коллектор 2, паровой коллектор 3 и патрубки 4 и 5. Внутренняяповерхность теплообмена содержит впадины 6, образующиеся при накатке ребер 7 нанаружной поверхности, Причем трубы, расположенные ниже парового коллектора, установлены с постоянным уклоном в 1 - 2всторону слива конденсатора.Конденсатор работает следующим образом, Перегретый пар поступает через паровой коллектор 3, патрубок 5 вовнутреннее пространство в змеевике 1, гдеразделяется на два потока. Паровой потокподымается .и омывает 2/3 поверхностиконденсатора, соприкасаясь с пленкой конденсатора и поступая во " влажный" тепло- обмен.В результате этого пар конденсируется и стекает вниз, Второй поток поступает в нижнюю часть аппарата, где омывает 1/3 поверхности теплообменных труб и также участвуют во "влажном" теплообмене, конденсируясь и стекая вниз. Образовавшийся конденсатор поступает через патрубок 4 и жидкостной коллектор 2 в ресивер холодильной машины,Внутренняя поверхность турбулизирует при этом процесс конденсации пара. При этом геометрические размеры впадин 6 зависят от шага ребер 7, образованных спирально-накатным оребрением наружной поверхности.Технико-экономическое преимущество предлагаемого конденсатора воздушного охлаждения по сравнению с известными техническими решениями заключается в повышении энергетической эффективности аппарата интенсификации теплообмена,Формула изобретения 1. Конденсатор воздушного охлаждения, содержащий секции вертикально установленных змеевиков оребренных труб, 5 подключенных к паровому и жидкостномуколлекторам, последний из которых размещен в нижней части конденсатора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что с целью повышения эффективности в работе путем интенсифи кации теплообмена, паровой коллектор установлен на высоте 0,2 - 0,3 от высоты змеевика и подключен как к выше расположенным, так и к ниже расположенным трубам змеевиков, причем трубы, 15 расположенные ниже парового коллектора,установлены с уклоном 1 - 2 по ходу движения конденсата, а верхние торцы труб, расположенных выше парового коллектора, заглушены.20 2. Конденсатор по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем;чтотрубы змеевиков снабжены спирально накатанными канавками на внешней поверхности.