Лекция № 6.

Испарители.

Испаритель — это теплообменный аппарат, устанавливаемый в охлаждаемом помещении, камере или отсеке холодильного обо­рудования и обеспечивающий охлаждение газообразной или жидкой среды. Во внутреннем объеме испарителя при низкой температуре кипит хладагент, воспринимая теплоту охлаждаемой среды

По виду охлаждаемой среды различают:

1. Испарители для охлаждения жидких теплоносителей

2. Испарители для охлаждения воздуха

Испарители для охлаждения жидких теплоносителей используются при охлаждении напитков (сокоохладители, охладители пива, кваса, газированной воды) или промежуточных теплоносителе в качестве которых применяются вода, водные растворы солей этиленгликоль или пропиленгликоль.

Испарители для охлаждения жидких теплоносителей используются достаточно часто в процессе работы предприятия торговли питания, где требуется охлаждение жидкостей. Этими жидкостями могут быть: газированная вода, соки, квас, пиво и другие пищевые жидкости. Кроме того, иногда требуется охлаждение промежуточного теплоносителя, используемого в технологических целях. Этим промежуточным теплоносителем может быть вода. Последняя, охлажденная до 0,5... 1,5 °С, получила название «ледяной воды». Она широко используется в технологических процессах пищевых производств.

В качестве промежуточных теплоносителей при отрицательных температурах широко используются водные растворы солей NaCI и СаС1₂. Эти растворы, получившие название «рассолы», имеют минимальную (эвтектическую) температуру: -21,2 "С для NaCI, -55°Сдля СаС1₂.

По конструкции различают:

1. Панельные испарители откры­того типа.

2. Кожухотрубные.

3. Кожухозмеевиковые.

4. Листотрубные.

5. Ребристотрубные.

Испарители для охлаждения воздуха получили наибольшее рас­пространение, так как они применяются практически во всех ви­дах торгового холодильного оборудования. Эти испарители уста­навливаются в холодильных камерах. Различают испарители с ес­тественной циркуляцией воздуха и воздухоохладители (с прину­дительным движением воздуха, создаваемым вентилятором).

По способу заполнения испарителей хладаген­том различают: 1. Затопленные.

2. Сухие.

В испарителях затопленного типа поддерживается определенный уровень кипящего жидкого хладагента.

В сухих (или незатопленных) испарителях понятия «уровень жидкости» нет, хладагент кипит внутри труб и по мере дви­жения по трубам превращается в парообразное состояние.

Кипение хладагента в испарителе происходит при передаче теплоты от охлаждаемой среды через твердую герметичную разде­ляющую стенку, называемую теплопередающей поверхностью ис­парителей. Ее изготавливают из теплопроводных материалов, на­пример, из медных труб. Для интенсификации теплообмена по­верхность труб испарителей, соприкасающуюся с охлаждаемым воздухом, оребряют. Оребрение поверхности проводят чаще всего нанизыванием на трубы тонкостенных металлических пластин с определенным расстоянием между ними. Наиболее простую конструкцию имеют панельные испарители открытого типа. Испаритель (рис. 6.1) состоит из бака прямоугольного сечения, заполненного теплоносителем, внутрь кото­рого помещаются панели испарителя. Испарители данного типа используются в крупных аммиачных холодильных машинах.

При использовании панельных испарителей для охлаждения воды возможно расширение функциональных возможностей ап­паратов. Расстояние между панелями увеличивают, и при охлаж­дении воды добиваются образования слоя льда на наружной по­верхности панелей. Слой льда выполняет функции аккумулятора теплоты. Такие испарители-аккумуляторы находят применение в технологических циклах с неравномерной тепловой нагрузкой, на­пример, на предприятиях молочной промышленности, пиво-бе­залкогольного производства и др.

Недостатком панельных испарителей открытого типа является су­щественная коррозия панелей и баков, т. е. элементов, смачивае­мых теплоносителем и имеющих контакт с окружающим воздухом.

Более высокими эксплуатационными характеристиками обла­дает замкнутая система циркуляции теплоносителя. В этой системе охлаждение теплоносителя обеспечивается в кожухотрубном ис­парителе. Испаритель (рис. 6.2) представляет собой цилиндричес­кий кожух 4, внутри которого проходит трубный пучок 5. Наружная поверхность труб представляет собой теплопередающую поверхность, через которую теплота от теплоносителя, протекаю­щего внутри труб, передается кипящему в межтрубном простран­стве хладагенту. Торцы труб герметично закреплены в двух труб­ных решетках 6, приваренных к кожуху 4. Трубные решетки закрыты крышками 1 и 7, причем в крышке 7 предусмотрены патрубки для подвода и отвода теплоносителя (воды, рассола).

6.2. Кожухотрубный испаритель:

Жидкий хладагент (аммиак) через вентиль 9 подается в меж­трубное пространство испарителя. Поплавковый регулятор 2 под­держивает уровень хладагента на высоте примерно 0,8 диаметра кожуха. Парообразный хладагент отводится из испарителя через отделитель жидкости (сухопарник), размещенный в верхней час­ти аппарата. В нижней части аппарата установлен маслосборник 8, через который из испарителя периодически сливают собранное смазочное масло и загрязнения.

В малых холодильных машинах чаще используют модифицированные кожухотрубные испарители, получившие название — кожухозмеевиковые испарители. Испарители данного типа (рис. 6.3) имеют только одну трубную решетку 3, к которой присоединены U-образные трубы 2. Хладагент кипит внутри труб, а охлаждае­мый теплоноситель прокачивается по межтрубному пространству. Для интенсификации теплообмена при кипении хладагента внут­ри трубы устанавливается специальная вставка 5, выполняющая­ся функции внутреннего оребрения.

Организация кипения хладагента внутри труб позволяет суще­ственно (примерно в два-три раза) снизить количество хладаген­та в контуре холодильной машины. Кроме того, исключена воз­можность замерзания теплоносителя внутри труб и их разрыва.

Для охлаждения напитков в торговых холодильных автоматах (газированная вода, квас, пиво, соки) используют змеевиковые испарители. В испарителях данной конструкции (рис. 6.4) хлада­гент (чаще всего R12 или R22) и охлаждаемый напиток находятся каждый в своем трубопроводе (змеевике). Отвод теплоты от на­питка к кипящему хладагенту осуществляется через теплопровод­ный материал.

Змеевик 3 испарителя (хладагента) изготавливается из мед­ной трубы и устанавливается в предусмотренном про­странстве водоохладителя. Змеевик 2 для охлаждения воды изго­тавливают из латунных труб такого же размера и размещают в указанном пространстве без контакта с трубами испарителя. Ци­линдрический объем со змеевиками заливается теплопроводным материалом (сплавом алюминия с медью), который обеспечива­ет передачу теплоты и выполняет функции теплового аккумуля­тора.

В торговом оборудовании и холодильных машинах для неболь­ших холодильных камер чаще всего используются испарители не­посредственного охлаждения. В них теплота охлаждаемого воздуха (без промежуточного теплоносителя) непосредственно передает­ся кипящему хладагенту.

В современном торговом холодильном оборудовании (охлаждаемые прилавки, ларьки, низкотемпературные секции) часто изготавливают панельные испарители в виде листотрубной конструкции (рис. 6.5). Данные испарители состоят из двух тонкостенных листов, на которых изготовлены половины профилей каналов для хладагента. После соединения листов они подвергаются горячей прокатке и в месте контакта поверхностей свариваются. Половины профилей листов, совмещаясь, образуют сеть каналов 2 для хладагента. Для присоединения испарителя к подводящему и отводящему трубопроводам предусмотрены штуцеры 7, 3. В качеств материала испарителей может использоваться тонкостенный лист из нержавеющей стали.

Разновидностью панельных испарителей являются паяные ис­парители. Они состоят из панели требуемой формы, к которой пайкой крепится медная труба испарителя. Панель может иметь различную форму (короб; лоток и пр.), соответствующую конфи­гурации охлаждаемого объема оборудования.

Листотрубныс панельные испарители применяют в бытовых холодильниках.

У ребристотрубных испарителей теплообменная поверхность ис­парителя образована из гладких медных труб, на которые насаже­ны штампованные пластинчатые ребра. Испарители данного типа наиболее часто используют для охлаждения холодильных камер предприятий торговли и питания. Их размещают в охлаждаемых помещениях на стенах, поэтому эти испарители получили назва­ние «настенные».

Примером ребристого испарителя являются испарители типа ИРСН (испаритель ребристый сухой настенный). Испарительная батарея ИРСН (рис. 6.6) изготовлена из медных труб, внутри которых кипит хладагент, чаще всего R12 или R22.

 

Трубы диаметром 18x2 расположены в два ряда, на наружной поверхности труб размещены стальные или латунные штампованные ребра 4. Рассто­яние между ребрами (шаг ребер) для данных испарителей составляет 12,5 мм. Трубы испарителя последовательно соединяются друг с другом полукруглыми трубками, получившими название «калачи» 2. Для подсоединения испарителя к линии подвода жидкого хладагента и отвода парообразного предусмотрены штуцеры . Для крепления испарителя к стене предусмотрены два кронштейна 3, расположенные по боковым сторонам на задней части испарителя.

В обозначении испарителя, например ИРСН-12,5, присутствует цифра, показывающая величину теплообменной поверхности в квадратных метрах. Испарители ИРСН выпускаются с разной величиной поверхности теплообмена от 4,7 до 18 м².

Испаритель с принудительным движением воздуха через оребренную теплообменную поверхность называется воздухоохладителем. Движение воздуха осуществляется вентилятором с приводом от электродвигателя. Воздухоохладители более компактны и лег­че, чем испарители с естественной циркуляцией воздуха.

Воздухоохладители находят применение в торговом холодиль­ном оборудовании, холодильных камерах, в оборудовании для охлаждения и замораживания пищевых продуктов.

Конструкция воздухоохладителя показана на рис. 6.7. Воздухоох­ладитель помещен в корпус 1, в нижней части которого преду­смотрен поддон 6 для сбора талой воды при оттаивании. Вентиля­тор, состоящий из крыльчатки 2 и электродвигателя 3, устанавли­вается в специальном кожухе, который крепится к корпусу возду­хоохладителя. Заполнение воздухоохладителя хладагентом осуществ­ляется через терморегулирующий вентиль 5, выполняющий функ­ции дросселирующего устройства и автоматического регулятора.