Kondenzátor je zařízení pro výměnu tepla, ve kterém chladivo předává teplo okolnímu vzduchu. Když se z vysokotlakého parního chladiva odebírá teplo, dochází ke kondenzaci. Domácí chladničky a mrazničky využívají především vzduchem chlazené kondenzátory. Konvekční chladicí kondenzátory s drátěnými žebry se rozšířily. Jedná se o potrubí ohýbané do tvaru svitku, které je vyrobeno z ocelové trubky o průměru 4,7. 6,5mm s tloušťkou stěny 0,7. 0,8mm.
K cívce jsou bodovým svařováním oboustranně přivařena žebra z ocelového drátu o průměru 1,2. 2 mm. První modely chladniček používaly plechové trubkové kondenzátory, vyrobené ve formě trubkové cívky přivařené nebo připevněné deskami k ocelovému plechu.
Délka potrubí výměníku kondenzátoru závisí na velikosti chladicí jednotky. Cívka může být horizontální nebo vertikální. Kondenzátor je na jedné straně připojen potrubím k výtlačnému potrubí kompresoru chladiva a na druhé straně přes filtrdehydrátor a kapilární trubici k výparníku. Pro ochranu proti korozi je kondenzátor natřen černým smaltem.
KAPACITOR – výměník tepla, ve kterém pára chladiva ochlazena na svou kondenzační teplotu přechází do kapalného stavu. K tomu musí být z chladiva odstraněno teplo, za prvé, přijaté z chlazeného předmětu a za druhé, dodatečně přijato před vstupem do kondenzátoru.
V kompresní chladicí jednotce je pára chladiva vysoce zahřátá před vstupem do kondenzátoru, když je stlačena ve válci kompresoru; v absorpční jednotce se páry chladiva ohřívají v generátoru z dodaného tepla, aby se uvolnily z roztoku. Kondenzátor je potrubí, obvykle zahnuté ve formě spirály, do kterého vstupuje pára chladiva. Cívka je chlazena zvenčí okolním vzduchem nebo vodou (u velkých chladicích jednotek). Vnější povrch spirály obvykle nestačí k odvodu tepla vzduchem, proto se při vzduchovém chlazení kondenzátoru povrch spirály zvětší díky velkému počtu žeber, připevněním spirály ke kovovému plechu a jiným způsoby. Cívka je obvykle umístěna vodorovně s chladivem přiváděným do horní cívky.
ETAPA 1. Když kompresor neběží, spodní závity spirály kondenzátoru jsou naplněny kapalným chladivem a zbývající otáčky jsou naplněny nasycenou párou. Teplota chladiva v kondenzátoru se bude rovnat teplotě chladicího média (vody nebo okolního vzduchu) a jeho tlak bude odpovídat tlaku nasycených par chladiva při dané teplotě.
FÁZE 2. Když kompresor pracuje, přehřátá pára chladiva stlačená v jeho válci vstupuje do kondenzátoru při teplotě přibližně o 30 °C vyšší, než je teplota chladicího média. Vzhledem k tomu, že výkon z kondenzátoru je omezen malou kapacitou regulačního ventilu a kompresor čerpá páry chladiva, jejich tlak v kondenzátoru se postupně zvyšuje. Dochází k přesycení par a jejich postupné kondenzaci. Teplo uvolněné při kondenzaci zvýší teplotu kapalného chladiva a jeho nasycených par. Kondenzační teplota se bude zvyšovat, dokud teplotní rozdíl mezi kondenzujícím chladivem a chladicím médiem nebude dostatečný k přenosu veškerého tepla, které se uvolní v kondenzátoru za jednotku času, do chladicího média.
FÁZE 3. Během normálního provozu chladničky je teplota kondenzace nastavena přibližně o 10 °C nad teplotou chladicího média a tlak kondenzace odpovídá tlaku nasycených par chladiva při této teplotě. Kapalné chladivo, plnící poslední závity spirály, tvoří kapalinové těsnění před regulačním ventilem, které zabraňuje vnikání částic parního chladiva do výparníku.
KROK 4. Zvýší-li se teplota chladicího média (chladícího vzduchu nebo vody), podmínky pro kondenzaci chladiva se zhorší se zvýšením teploty a kondenzačního tlaku. Zvýšení teploty a tlaku kondenzace povede ke snížení chladicí kapacity jednotky, protože se zvýšením protitlaku se sníží výkon kompresoru a se zhoršením podmínek pro kondenzaci chladiva, do výparníku bude vstupovat směs pára-kapalina, která sníží množství tepla odebraného z chlazeného předmětu chladiva při varu (vypařování) ve výparníku. S rostoucím protitlakem se však nejen sníží výkon kompresoru, ale zvýší se i spotřeba motoru. To vše, stejně jako nevyhnutelné zvýšení toku vnějšího tepla do chlazeného objektu při zvýšení okolní teploty, povede ke zvýšení spotřeby energie. Vysoký kondenzační tlak také zhoršuje těsnící podmínky chladicí jednotky, podporuje úniky chladiva a může vést k nehodám, pokud překročí tlak akceptovaný při výpočtu pevnosti součástí jednotky.
KLASIFIKACE KONDENZÁTORŮ.
Vzduchem chlazené žebrové a deskové kondenzátory se používají v chladicích jednotkách domácích chladniček. Chlazení takovýchto kondenzátorů okolním vzduchem zajišťuje kondenzaci chladiva a nezpůsobuje žádné nepříjemnosti spojené s použitím tekoucí vody pro vodní chlazení.
Designy kondenzátorů pro chladicí jednotky domácích chladniček jsou velmi rozmanité. To je vysvětlováno především ekonomickými úvahami – cenami materiálu, mzdovými náklady, kovovým náročným provedením, možností mechanizace a automatizace výroby atd.
VZDUCHEM CHLAZENÉ ŽEBROVÉ KONDENZÁTORY.
U žebrovaných trubkových kondenzátorů je vnější povrch cívky zvětšen díky velkému počtu žeber. Cívka je obvykle vyrobena z ocelové trubky. Žebra jsou lisována z ocelových nebo hliníkových plátů obdélníkového nebo kulatého tvaru. V kondenzátorech a kompresních jednotkách se pro žebrování cívky používá také ocelový drát. Pro lepší odvod tepla je nutný dobrý kontakt mezi trubkou a žebry na ní umístěnými. K tomu se u lamelových žeber v místech, kde navazují na trubku, zhotoví příruby (límce) a žebra se připájejí. Cívka a lamelová žebra jsou často po vyražení pocínovány a po sestavení procházejí pecí k pájení. Pro ochranu proti korozi jsou kondenzátory lakovány.
V závislosti na způsobu chlazení jsou k dispozici žebrové kondenzátory s deskovými žebry s nuceným a volným pohybem vzduchu. Nucený pohyb vzduchu zajišťuje ventilátor (obr. 3.22.a). Kondenzátory, které nemají ventilátory, jsou chlazeny přirozenou konvekcí vzduchu. Ventilátor se instaluje za kondenzátor (ve směru proudění vzduchu kondenzátorem). Ventilátorem chlazené kondenzátory jsou kompaktnější a díky lepším chladicím podmínkám mají menší chladicí plochu než volně chlazené kondenzátory. V domácích chladničkách se však raději nepoužívají, protože ventilátor spotřebovává další elektřinu a zvyšuje hladinu hluku v místnosti.
Kondenzátory FORCED AIR MOVEMENT se v současnosti používají v kompresních chladicích jednotkách pro velké dvoukomorové chladničky pro domácnost, v nízkoteplotních chladničkách a také v klimatizačních jednotkách malých místností. V takových chladicích jednotkách je motor-kompresor umístěn tak, že proud vzduchu za kondenzátorem je směrován na něj a ochlazuje jej.
ŽEBROVANÉ TRUBKOVÉ KONDENZÁTORY S PLATNÝMI ŽEBRAMI
v současnosti se používá především v absorpčních chladicích jednotkách. Trubky kondenzátoru jsou umístěny vodorovně,
často se společnými žebry nebo se sklonem pro odvod kapalného chladiva a se samostatnými žebry pro každou otáčku (obrázek 3.13.b,c). Poslední provedení je výhodnější.
Mnoho kompresních jednotek používá ŽEBROVOVÉ KONDENZÁTORY S DRÁTĚNÝM ŽEBROU. U takovýchto kondenzátorů jsou žebra vyrobena z ocelového drátu o průměru 1 mm a jsou svařena na obou stranách cívky proti sobě. Kondenzátory s drátěnými žebry se rozšířily díky možnosti nejúplnější automatizace jejich výroby.
U deskových kondenzátorů (obr. 3.13d) je teplosměnná plocha zvětšena díky tenkému ocelovému (méně často hliníkovému) plechu, ke kterému je cívka připevněna. Dobrý kontakt trubky s plechem lze zajistit různými způsoby upevnění:
Trubkové kondenzátory s perforací ve formě žaluzií v plechu fungují efektivně. U rolet se zlepšuje cirkulace vzduchu a mírně se zvětšuje teplosměnná plocha plechu.
V takovém kondenzátoru jsou cívka a plech vyrobeny současně. K efektivnímu provozu takových kondenzátorů přispívá dobrá tepelná vodivost hliníku, stejně jako absence jakýchkoliv spojení mezi trubicí a plechem.V plechových kondenzátorech na rozdíl od žebrových kondenzátorů dochází k přenosu tepla více sáláním než konvekcí.
Pára chladiva kondenzuje uvnitř trubek kondenzátoru při kontaktu s jejich stěnami, jejichž teplota je pod teplotou nasycení páry odpovídající tlaku v zařízení. Intenzita přenosu tepla závisí na povaze tvorby kondenzátu, rychlosti a směru pohybu chladiva, stavu povrchu potrubí, obsahu vzduchu v páře, konstrukci výměníku tepla a rychlosti pohybu. vnějšího chladicího média.
Při filmové kondenzaci se kapalina ukládá na studené stěně potrubí ve formě souvislého filmu, při kapkové kondenzaci – ve formě jednotlivých kapek. Ten je pozorován, když kondenzát nesmáčí chladicí povrch nebo když je znečištěný olejem nebo různými usazeninami. Většina výměníků tepla pracuje se smíšenou kondenzací, kdy v jedné části zařízení dochází ke kondenzaci kapiček a ve druhé ke kondenzaci filmu. Vzniklé kapalné chladivo musí být rychle odstraněno z teplosměnné plochy. Tloušťka filmu kondenzátu závisí na stavu vnitřního povrchu. S drsným povrchem se zvyšuje a to je doprovázeno poklesem součinitele prostupu tepla.
Tento koeficient silně závisí na přítomnosti usazenin na vnitřní a vnější straně potrubí (olej, vodní kámen, rez, prach, barva). Přítomnost vzduchu v parách chladiva výrazně snižuje koeficient prostupu tepla.
Povaha a rychlost pohybu kondenzátu v něm a vnějšího chladicího média zařízením závisí na konstrukci zařízení. S rostoucí rychlostí se zvyšuje koeficient prostupu tepla a spotřeba energie pro pohyb chladicího vzduchu nebo vody. Se zvýšením rychlosti pohybu kapalného chladiva v potrubí se laminární (klidný) režim pohybu kapaliny mění na turbulentní (s turbulencí), ve kterém se zintenzivňují procesy přenosu tepla.
PŘENOS TEPLA KONDENZÁTORŮ.
Znečištění a povlak (kromě zinku) na teplosměnné ploše zhoršují přenos tepla, takže v provozu jsou koeficienty prostupu tepla kondenzátorů o 15 % nižší než hodnoty vypočítané pro čistá zařízení. Z toho vyplývá, že za provozu je nutné pravidelně čistit výměníky profukováním a mytím. zhoršení přenosu tepla v kondenzátoru způsobuje zvýšení kondenzačního tlaku, což vede ke snížení chladicí kapacity instalace a zvýšení spotřeby energie pro pohon kompresoru. Intenzitu přenosu tepla charakterizuje součinitel prostupu tepla (a), který závisí na fyzikálních vlastnostech média a chladiva, povaze a rychlosti jejich pohybu. Je obtížné určit hodnoty (a35 a (a1) pro kondenzátor jako celek, protože hodně závisí na distribuci a rychlosti chladiva a vzduchu v jednotlivých oblastech povrchu kondenzátoru, čistotě povrchů a rychlost odvodu kondenzátu Rychlost pohybu vzduchu ochlazujícího kondenzátor je obvykle 2 m/s, voda 3 m/s, parní chladivo 8 m/s, kapalina 1 m/s.
Hodnoty součinitelů prostupu tepla a[W/mv sq. *K] při kondenzaci jsou: pro čistý amoniak – 7200. 10500, pro amoniak s 5% obsahem vzduchu – 4500. 5800, pro freon -12-1150. 2300, pro freon R-22 -1500. 2900, za vodu -1750. 4500.
Součinitel přestupu tepla z trubek kondenzátoru do chladicího vzduchu při volném pohybu je a2 = 1,2/14 W/(m na čtvereční * K), při nuceném pohybu a2 = 20/90 W/(m na čtvereční * K ).
Pokud je součinitel prostupu tepla na jedné straně stěny výrazně nižší než na druhé, pak se celkový součinitel prostupu tepla blíží hodnotě menšího z těchto součinitelů. V tomto případě je pro zvýšení intenzity prostupu tepla nutné zvětšit plochu na straně s nižším součinitelem prostupu tepla. Toho se obvykle dosáhne žebrováním trubek. Ve freonovém vzduchem chlazeném kondenzátoru musí být žebra na trubkách vytvořena na straně vzduchu, protože koeficient přenosu tepla do vzduchu je přibližně 50krát menší než z kapalného chladiva do potrubí. Pokud je freonový kondenzátor chlazen vodou, může být potřeba žebra na straně freonu-12, protože součinitel prostupu tepla ze strany vody je 2x vyšší. Žebra musí být v těsném kontaktu s povrchem trubky. I malá mezera mezi trubkou a žebrem dramaticky zvyšuje tepelný odpor pro přenos tepla a snižuje účinnost žebra.
