КОНДЕНСАТОР - теплообменный аппарат, в котором пары холодильного агента, охлаждаясь   до температуры его конденсации, переходят в жидкое состояние. Для этого у хладагента должна  быть отнята теплота, во - первых, полученная им от охлаждаемого объекта, и , во- вторых   дополнительно полученная перед поступлением в конденсатор.

  ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.

  В компрессионном холодильном агрегате пары хладагента сильно нагреваются перед поступлением в конденсатор при сжатии в цилиндре компрессора ; в абсорбционном агрегате пары  хладагента нагреваются в генераторе от подведенного тепла для выделения их из раствора. Конденсатор представляет собой трубопровод обычно изогнутый в виде змеевика, внутрь которого поступают пары хладагента. Змеевик охлаждается снаружи окружающим воздухом  или водой (в больших холодильных агрегатах). Наружная поверхность змеевика обычно недостаточна для отвода тепла воздухом, поэтому при воздушном охлаждении конденсатора поверхность змеевика увеличивают за счет большого количества ребер, креплением змеевика к металлическому листу и другими способами. Змеевик обычно располагают горизонтально с пода чей хладагента в верхний виток.
  
 

  РАБОТА КОНДЕНСАТОРА.

Рассмотрим действие конденсатора на примере работы компрессорного холодильника.

ЭТАП 1. Когда компрессор не работает, нижние витки змеевика конденсатора наполнены жидким хладагентом, а остальные витки - его насыщенными парами. Температура хладагента в конденсаторе будет равна температуре охлаждающей среды (воды или окружающего воздуха), а его давление будет соответствовать давлению насыщенных паров хладагента при данной  температуре. 

ЭТАП  2. При  работе компрессора сжатые в его цилиндре перегретые пары хладагента поступают в конденсатор с температурой примерно на 30....40º С выше  температуры охлаждающей среды. В связи с тем, что выход из конденсатора ограничен малой пропускной способностью регулирующего вентиля, а компрессор нагнетает пары хладагента, давление их в конденсаторе постепенно повышается. Происходит перенасыщение паров и постепенная их конденсация. Тепло, выделяющееся при конденсации, повысит температуру жидкого хладагента и его насыщенных паров. Температура конденсации будет повышаться до тех пор, пока разность температур конденсирующего хладагента и охлаждающей среды не станет достаточной для передачи охлаждающей среде всего тепла, которое выделяется в конденсаторе в единицу времени.

ЭТАП 3. При нормальной работе холодильника температура конденсации устанавливается примерно на 10...15º С выше температуры охлаждающей среды, а давление конденсации соответствует давлению насыщенных паров хладагента при этой температуре. Жидкий хладагент, заполняя конечные витки змеевика, образует перед регулирующим вентилем жидкостный затвор, препятствующий попаданию в испаритель частиц парообразного хладагента.

ЭТАП 4. В случае повышения температуры охлаждающей среды  (охлаждающего воздуха или воды) условия конденсации  хладагента ухудшатся, так как повысятся температура и давление конденсации. Повышение температуры и давления конденсации приведет к снижению холодопроизводительности агрегата, так как с повышением противодавления  снизится производительность  компрессора, а с ухудшением условий конденсации хладагента в испаритель будет поступать парожидкостная смесь, из-за чего уменьшится количество тепла, отводимого от охлаждаемого объекта хладагента при его кипении (испарении) в испарителе. Однако с повышением противодавления не только снизится производительность компрессора, но и увеличится потребляемая мощность двигателя. Все это, а также неизбежное при повышении температуры окружающего воздуха увеличение притоков внешнего тепла в охлаждаемый объект приведет к увеличению расхода электроэнергии. Высокое давление конденсации ухудшает также условия герметизации холодильного агрегата, способствуя утечкам хладагента, и может привести к авариям, если оно превысит давление, принятое при расчете узлов агрегата на прочность.
 

КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ.
 

В холодильных агрегатах бытовых холодильников применяют ребристотрубные и листотрубные конденсаторы с воздушным охлаждением. Охлаждение таких конденсаторов окружающим  воздухом обеспечивает конденсацию хладагента и не вызывает каких - либо неудобств, связанных с применением проточной воды при водяном охлаждении.

Конструкции конденсаторов холодильных агрегатов бытовых холодильников отличаются большим разнообразием. Объясняется это главным образом экономическими соображениями - стоимостью материалов, затратами труда, металлоемкостью конструкции, возможностью механизации и автоматизации производства и др.
 

РЕБРИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ.
 

У ребристотрубных конденсаторов наружная поверхность змеевика увеличена за счет большого количества ребер. Змеевик обычно изготовляют из стальной трубы. Ребра штампуют из стальных  или алюминиевых пластин прямоугольной или круглой формы. В конденсаторах компрессионных агрегатах применяют также для оребрения змеевика стальную проволоку.  Для лучшего отвода тепла необходим хороший контакт между трубкой    и надетыми на нее ребрами. Для этого у пластинчатых ребер в местах их прилегания к трубке делают отбортовки (воротнички ) и ребра припаивают. Змеевик и пластинчатые ребра после штамповки часто подвергают гальваническому лужению и после сборки пропускают через печь, чтобы они спаялись. Для  защиты от коррозии конденсаторы окрашивают.

В зависимости от способа охлаждения,  ребристотрубные конденсаторы с пластинчатыми ребрами бывают с вынужденным и со свободным движением воздуха. Вынужденное движение воздуха обеспечивается  вентилятором(рис.3.22.а). Конденсаторы,  не имеющие вентиляторов, охлаждаются естественной конвекцией воздуха. Вентилятор устанавливают сзади конденсатора (по направлению потока воздуха через конденсатор ). Конденсаторы с вентиляторами более компактны и в связи  с лучшими условиями охлаждения имеют меньшую поверхность охлаждения, чем конденсаторы со свободным охлаждением. Однако в бытовых холодильниках их предпочитают не применять, так как вентилятор расходует дополнительную электроэнергию и повышает уровень шума в помещении.

Конденсаторы с ВЫНУЖДЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВОЗДУХА в настоящее время используют в компрессионных холодильных агрегатах для двухкамерных бытовых холодильников больших емкостей, в низкотемпературных холодильниках, а также в небольших комнатных установках кондиционирования воздуха. В таких холодильных агрегатах мотор-компрессор располагают так, чтобы поток воздуха после конденсатора направлялся на него и охлаждал его.
 

РЕБРИСТО-ТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ПЛАСТИНЧАТЫМИ РЕБРАМИ

в настоящее время применяют главным образом в абсорбционных холодильных агрегатах. Трубы конденсаторов размещают горизонтально , 
часто с общими ребрами или наклонно для стока жидкого хладагента и с отдельными оребрением каждого витка (рис 3.13.б,в). Последняя конструкция более предпочтительна.

Во многих компрессионных агрегатах используют РЕБРИСТО-ТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ПРОВОЛОЧНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ. У таких конденсаторов ребра изготовлены из стальной проволоки диаметром 1...1,5 мм и приварены с обеих сторон змеевика друг против друга. Конденсаторы с проволочным оребрением получили широкое распространение благодаря возможности наиболее полной автоматизации их производства.

ЛИСТОТРУБНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ.

 В листотрубных конденсаторах (рис 3.13г) теплопередающая поверхность увеличена за счет тонкого стального (реже алюминиевого) листа, к которому прикреплен змеевик.   Хороший контакт трубки с листом можно обеспечить различными способами крепления:

   -   приварить в отдельных местах точечной электросваркой;

   -   обжать трубку по всей ее длине;

   -   прикрепить с помощью пластин и др.

  Эффективно работают листотрубные конденсаторы   с просечками в виде жалюзи в листе. При  наличии жалюзи улучшается циркуляция воздуха и несколько увеличивается теплопередающая  поверхность листа.

Реже применяются алюминиевые конденсаторы прокатно-сварочного типа ( рис.3.13.д).

В таком конденсаторе змеевик и лист изготовлены заодно.   Хорошая теплопроводность алюминия, а также отсутствие каких - либо соединений между трубкой и листом способствуют эффективной работе таких конденсаторов.В листотрубных  конденсаторах в отличие от ребристотрубных передача тепла происходит больше излучением, чем конвекцией.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В КОНДЕНСАТОРАХ.

   Пары хладагента конденсируются внутри труб конденсатора при соприкосновении с их стенками, температура которых ниже температуры насыщения пара, соответствующей давлению в аппарате. Интенсивность теплопередачи зависит от характера образования конденсата, скорости и направления движения хладагента, от состояния поверхности труб, содержания воздуха в парах, конструктивного исполнения теплообменного аппарата и скорости движения внешней охлаждающей среды.

 Различают два вида конденсации:

 -   пленочную,

 -   капельную.

В пленочной конденсации жидкость осаждается на холодной стенке, трубы в виде сплошной пленки, в капельной - в виде отдельных капель. Последнее наблюдается, когда конденсат не смачивает поверхность охлаждения или когда она загрязнена маслом или различными отложениями. Большинство теплообменников работает со смешанной конденсацией, когда в одной части аппарата возникает капельная конденсация, а в другой пленочная. Образующийся жидкий хладагент  необходимо быстро удалять с теплопередающей поверхности. От состояния внутренней поверхности зависит толщина пленки конденсата. Она увеличивается при шероховатой поверхности и это сопровождается снижением коэффициента теплоотдачи.

Резко зависит этот коэффициент от наличия отложений на внутренней и внешней стороне труб (масло, накипь, ржавчина, пыль, краска). Присутствие воздуха в парах хладагента заметно снижает коэффициент теплоотдачи.

От конструкции аппарата зависит характер и  скорость движения конденсата в нем и внешней охлаждающей среды через аппарат. С увеличением скорости возрастают коэффициент теплоотдачи  и затраты мощности на перемещение охлаждающего воздуха или воды. С возрастанием скорости движения жидкого хладагента в трубе ламинарный( спокойный ) режим движения жидкости переходит в турбулентный  (с завихрениями), при котором процессы теплопередачи   интенсифицируются.
 

ТЕПЛООТДАЧА  КОНДЕНСАТОРОВ.
 

Загрязнение и покрытие (кроме цинкового) на поверхности теплообмена ухудшают теплопередачу, поэтому в эксплуатации коэффициенты теплопередачи конденсаторов на 15...35 %  ниже значений, подсчитанных для чистых аппаратов. Отсюда следует, что при работе необходимо регулярно очищать продувкой, промывкой теплообменные аппараты.  ухудшение теплопередачи в конденсаторе вызывает увеличение давления конденсации, что приводит к снижению холодопроизводительности установки и увеличению затрат мощности на привод компрессора.   Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи  (а), который зависит от физических свойств  среды и хладагента, характера и скорости их движения. Определить значения (а1 и (а2) в целом по конденсатору трудно, т.к. многое зависит от распределения и скости хладагента и воздуха на отдельных участках поверхности конденсатора, чистоты поверхностей и темпов отвода конденсата. Скорости движения охлаждающего конденсатор воздуха обычно 3...8 м/с, воды 1...3 м/с, парообразного хладагента 6...20 м/с, жидкого 0,5...1,5 м/с.

Значения коэффициентов теплоотдачи а[Вт/м в кв. *К] при конденсации составляют: для чистого аммиака - 7200...10500, для аммиака с 5% содержанием воздуха-4500...5800, для хладона -12-1150...2300, для фреона R-22  -1500...2900, для воды  -1750...4500.

Коэффициент теплоотдачи от труб конденсатора к охлаждающему воздуху при свободном его движении    а2=1,2/14 Вт/(м в кв. *К), при принудительном движении      а2=20/90 Вт/(м в кв.*К).

Если коэффициент теплоотдачи с одной стороны стенки значительно ниже, чем с другой, то общий коэффициент теплоотдачи приближается к значению меньшего из этих коэффициентов. В таком случае для повышения интенсивности теплопередачи приходится увеличивать поверхность со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи. Обычно это достигается оребрением труб. Так, в хладоновом охлаждаемом воздухом  конденсаторе со стороны воздуха обязательно делают ребра на трубках, поскольку коэффициент теплоотдачи к воздуху примерно в 50 раз меньше, чем от жидкого хладагента к трубе. Если хладоновый конденсатор охлаждать водой, то может возникнуть необходимость оребрения со стороны хладона-12, т.к. коэффициент теплоотдачи со стороны воды в 2...3 раза выше.   Ребра должны плотно соприкасаться с поверхностью трубы. Даже небольшой зазор между трубой и ребром резко увеличивает термическое сопротивление переходу тепла и снижает эффективность оребрения.