Что такое испарительные конденсаторы

Современные системы охлаждения играют ключевую роль в обеспечении эффективной работы промышленных и коммерческих процессов.

Среди инновационных подходов к охлаждению выделяются испарительные конденсаторы, представляющие собой передовые решения для эффективной регулировки температуры в различных промышленных системах.

В данной статье мы рассмотрим особенности и преимущества испарительных конденсаторов, а также обратим внимание на их недостатки, чтобы лучше понять области их наилучшего применения и потенциальные ограничения.

Общие сведения

Испарительные конденсаторы — это специализированные устройства, разработанные для эффективного и быстрого охлаждения различных жидкостей без необходимости добавления химических добавок. Принцип функционирования и применение испарительных конденсаторов хорошо изучены.

В настоящее время они успешно конкурируют с другими методами охлаждения, такими как охлаждение воздухом с использованием ребристых труб или вентиляторов. Главным преимуществом этой технологии является достижение низкой температуры охлаждаемой жидкости, что позволяет избежать необходимости устанавливать дополнительные системы кондиционирования.

Основные виды и типы испарительных конденсаторов

Конденсаторы можно общим образом разделить на три типа:

• Водяные.
• Воздушные.
• Водо-воздушные.

Эти виды соответственно делятся на подвиды, которые представлены в таблице ниже:

Принцип работы

Принцип работы этого устройства отличается от его типа и конструкции. Далее рассмотрим некоторые из них:

Двухстадийное охлаждение

Конденсаторы, реализующие принцип двухстадийного охлаждения, являются идеальным вариантом для комфорта человека, так как они не увеличивают влажность воздуха.

В первой стадии охлаждение осуществляется с помощью теплообменника, после чего воздух проходит через увлажненную прокладку. Уровень влажности остается приближенным к 70%, что считается наилучшим для человеческого комфорта.

Непрямое охлаждение

Их работа основана на простом принципе. Газообразный хладагент передается через испаритель фреона, после чего он поступает в форконденсатор. В этом месте пары хладагента сильно охлаждаются, а затем через маслоотделитель направляются в конденсатор.

Трубы, которые имеют змеевидное расположение, наполняются хладагентом. Змеевик орошается жидкостью, которая забирает тепло и после этого испаряется.

Прямое испарительное охлаждение

В этой конструкции включен вентилятор, который выполняет функции по подаче воздуха и отведению тепла. В результате активной конденсации пара достигается эффективное охлаждение.

Процесс изменения агрегатного состояния воды играет ключевую роль в достижении желаемого результата. Уровень жидкости в устройстве регулируется системой с поплавком.

Заметно, что при использовании такой системы расход воды для орошения сведен к минимуму.

Все пространство градирни, по сути, занято трубами, по которым проходят вода и хладагент. Выдуваемый воздух имеет достаточно высокую температуру, что предотвращает замерзание даже при холодных погодных условиях.

Интенсификация работы испарительного конденсатора

Данный раздел обсуждает разнообразные методы и подходы, которые призваны улучшить работу испарительных конденсаторов, повысив их эффективность и производительность. Эти техники направлены на оптимизацию процесса охлаждения и обеспечение более высоких показателей работы устройства.

Метод диспергированной воды

Для повышения эффективности стремятся улучшить характеристики распылителей, чтобы получить более мелкие капли воды — мелкодисперсный водяной туман. Такой подход уменьшает количество стекающей обратно в резервуар рециркулирующей жидкости.

Диспергированная вода, разделенная на мельчайшие частицы, более интенсивно испаряется, когда попадает на горячие трубки. Это связано с тем, что маленькие капли воды быстрее испаряются из-за их меньшего объема. Количество неиспарившейся воды сокращается при более эффективном распылении.

Испарившийся пар удаляется из системы вентилятором конденсатора и выбрасывается в окружающую атмосферу.

Кросс-вентиляция

Другой способ улучшения процесса теплообмена заключается в использовании кросс-вентиляции между блоком трубок и распыляемой водой. Когда направления потоков воды и воздуха различаются, это способствует более интенсивному удалению образовавшегося пара и недостаточно испарившейся нагретой диспергированной воды. В результате воздух насыщается влагой, что приводит к снижению температуры воздуха до значения, указанного на влажном термометре.

При использовании этой системы можно уменьшить температуру конденсации примерно на 10ºC и сократить энергопотребление до 40%.

Улавливатели

Для снижения выноса нагретых недоиспарившихся капель из системы используют различные устройства для их улавливания, которые размещаются перед вентилятором.

Они обычно состоят из рядов изогнутых пластин, которые «перехватывают» капельки воздуха, несущиеся потоком, и направляют их обратно в резервуар с рециркулирующей водой.

Невозможно поймать все капли, но значительная часть из них возвращается в систему благодаря использованию таких устройств для улавливания. Более детальную информацию о таких устройствах можно найти в статье о градирнях.

Преимущества и недостатки

Перейдем к рассмотрению как положительных, так и негативных сторон испарительных модификаций, чтобы более полно оценить их эффективность и ограничения. В данном разделе мы обозначим ключевые преимущества и недостатки этого типа конденсаторов.

Преимущества

К преимуществам можно отнести следующие:

• Более низкие требования к качеству охлаждающей воды по сравнению с водяными кожухотрубными типами.
• Более низкий уровень шума благодаря обычно меньшей скорости вращения вентиляторов испарительных модификаций по сравнению с вентиляторами воздушных видов при одинаковой производительности охладительных систем.
• Экономия электроэнергии на уровне ~ 15% (до 45%) по сравнению с воздушными и кожухотрубными разновидностями.
• Сокращение площади теплообмена также уменьшает внутренний объем, что приводит к меньшему использованию хладагента, что в свою очередь экономит ресурсы и подчеркнет экологичность.
• Улучшенный теплообмен требует меньше площади для блока оребренных трубок (основной дорогостоящий компонент), что приводит к более низкой закупочной цене для крупных промышленных охладительных систем, даже учитывая оборудование в виде насоса, резервуара и форсуночного блока.
• Большая часть воды остается в системе, расход воды значительно ниже, чем у водяных решений (до 95% в сравнении с комбинацией кожухотрубного типа и градирни с аналогичной производительностью). Подпиточная вода дополняет лишь испарившуюся и унесенную потоком воздуха частично испарившуюся нагретую диспергированную воду. Это особенно актуально в местах с ограниченным доступом к большим объемам приточной воды.
• Компактнее по сравнению с воздушными конденсаторами, до 50% экономии площади установки под и вокруг конденсатора при одинаковой мощности.

Недостатки

Основным недостатком, который следует выделить, заключается в ограничении использования таких систем в холодных климатических условиях. При падении температур ниже нуля, насосы отключаются, и водяной контур подвергается консервации.

В этой ситуации система может функционировать лишь как обычный воздушный конденсатор, но это может быть недостаточно эффективно без возможности распыления воды и использования принципа испарения, особенно при наличии ограниченной теплообменной поверхности. В зимний период для поддержания работы требуется дополнительная теплообменная поверхность в виде дополнительного воздушного конденсатора.

В регионах с продолжительной зимой использование испарительных конденсаторов становится нецелесообразным, так как они в большей части времени функционируют как обычные воздушные. Это сопровождается более сложным обслуживанием, а также процедурами консервации и деактивации.

В совокупности эти факторы ограничивают широкое внедрение испарительных систем в холодных климатических условиях для производства охладительных систем.

Транспортировка и техническое обслуживание

Стандартные размеры испарительных конденсаторов обычно не превышают 3 метров, что делает транспортировку устройства довольно удобной. Для перевозки не требуется специальных документов или спецтехники, так как градирню можно поместить в обычный автомобиль. Это существенно сокращает затраты на доставку до места установки.

Такая технология представляет собой очень надежное устройство. При условии, что вы получили исправный образец, его эксплуатация не потребует большого вмешательства. Единственное, что может потребоваться регулярно, это замена форсунок, отвечающих за распределение воды. Это относительно простая процедура, которую можно выполнить самостоятельно.

Особенности эксплуатация и возможные трудности

В конденсаторе непрерывно происходит процесс образования пара, во время которого объем воды уменьшается, а количество растворенных в ней минералов остается неизменным. В результате этих минеральных примесей может происходить их оседание на различных компонентах градирни. В первую очередь подвержены такому оседанию теплоносители.

Причины образования накипи

Исходная вода, используемая в испарительных конденсаторах, содержит определенное количество растворенных минералов (солей). Во время процесса испарения, объем воды уменьшается, но количество растворенных солей остается неизменным. В результате, на каждый объемный элемент воды приходится больше минералов, что приводит к увеличению концентрации солей.

Образовавшаяся накипь ухудшает способность устройства проводить тепло. Это может вызвать работу устройства на предельных режимах и сокращение срока его службы.

Кроме того, еще одной проблемой для конденсаторов является биологический налет. В процессе обмена воды и воздуха в систему попадают бактерии и грибки. Со временем они начинают разрастаться, покрывая поверхность градирни слизью, известной как «био-пленка». Этот процесс также снижает эффективность работы устройства и может вызвать быстрое повреждение его элементов из-за коррозии.

Вывод

В заключение можно сделать вывод, что испарительные конденсаторы представляют собой технологически продвинутые системы, способные обеспечивать эффективное охлаждение в различных условиях.

Их преимущества, такие как экономия энергии, компактность и минимальное потребление воды, делают их привлекательным выбором для множества промышленных приложений. Однако стоит также учитывать недостатки, включая ограничения в холодных климатических условиях и потенциальные проблемы с накипью и био-обрастанием.

В целом, рациональный выбор использования испарительных конденсаторов зависит от конкретных потребностей и условий эксплуатации, с учетом их преимуществ и ограничений.