В этом разделе приведены примеры наиболее распространенных теплообменников, показывающие, как на практике решаются указанные выше проблемы. Рассмотрены теплообменники хладоагента с воздухом, водой и, наконец, хладоагентом.
Отличительная особенность всех теплообменников с воздушным охлаждением состоит в максимальном развитии поверхности со стороны воздуха. Причина в том, что коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха в 5—10 раз ниже, чем со стороны хладоагента, и это надо компенсировать увеличением площади.
Иногда оребрение осуществляется поперек всех витков, причем трубки вставлены в пластины, играющие роль ребер, а иногда оре-бряется каждая трубка. Для прокачки воздуха через теплообменник требуется вентилятор, и поэтому характер оребрения определяется многими факторами: расходом и давлением хладоагента, технологией производства, совместимостью материалов, разностью температур, стоимостью и т. п. Подробнее оребренные конструкции описаны в [9].
На рис. 3.20 показан подвод жидкого хладоагента к испарителю от дросселя. Прямоточный теплообменник такого типа применяют в тех случаях, когда перепад давления по хладоагенту достаточен, чтобы вызвать заметный перепад температуры при испарении. Последний ряд трубок перед входом в компрессор размещен в начале течения с целью получения максимального перегрева. Такая схема чаще применяется для низкотемпературных приложений, а для высокотемпературных больше распространен прямоток. Необходима правильная установка конструкции по отношению к вертикали.
Нарис. 3.20 показаны теплообменники хладоагент — вода. Вода протекает снаружи пучка трубок по зигзагообразному каналу между сегментными перегородками, многократно пересекая трубки.
Это делается для повышения теплоотдачи к воде и достигается ценой увеличения потерь давления. Следует отметить, что внешний кожух, показанный на нижнем образце рис. 3.21, окружен слоем теплоизоляции, что объясняет разницу в диаметрах между двумя образцами. Изоляция необходима при охлаждении воды, когда температура в испарителе значительно ниже окружающей. В теплонасосном варианте это не всегда так и теплоизоляция зачастую не требуется.
Рис. 3.20. Схема испарителя с хладоаген-том внутри трубок.
/ — поток воздуха; 2 — коллектор иа всасе; 3 — Дроссель и регулятор жидкости; 4 — вход жидкого хладоагента; 5 — уравнительная трубка; 6 — на всасывание.
Теплообменники, показанные на рис. 3.21, называются кожухотрубными. В них хладоагент может быть как внутри трубок, так и снаружи, при этом ось кожуха может быть вертикальной или горизонтальной. Вертикальная установка облегчает отвод жидкости от кондесатора, но не всегда повышает теплообмен при конденсации. Этот теплообмен зависит от толщины жидкой пленки хладоагента на стенке трубки. Если трубка горизонтальная, жидкость покрывает только один сектор периметра, а при вертикальной установке вся поверхность может быть покрыта жидкостью.
Разновидностей кожухотрубных теплообменников довольно много, две нз них с оребрением трубок показаны на рис. 3.22. Теплообменники с U-образными трубками называют также двухходовыми. Они имеют большое преимущество в том, что различное термическое расширение трубок, например медных, и кожуха, который может быть стальным, не имеет значения, так как на другом конце теплообменника нет уплотнений. Одноходовой теплообменник имеет либо скользящие уплотнения, либо одинаковые металлы, либо компенсаторы расширения.
Кожухотрубные теплообменники наиболее широко применяются в случае теплообмена между хладоагентом и водой. Конструкция теплообменников очень проста, она содержит различные запатентованные усовершенствования для повышения коэффициента теплоотдачи.
Два типа трубок для испарителей показаны на рис. 3.23. Одна из трубок медная и содержит внутри алюминиевую вставку, увели-* чивающую поверхность и повышающую теплообмен. Другая трубка имеет внутреннюю поверхность, покрытую пористым слоем, создающим множество очагов для образования пузырьков при кипении хладоагента. Это ведет к снижению разности температур при заданном тепловом потоке, что очень важно для теплового насоса. С той же целью иногда применяют фитили из мелкой металлической сетки.
Разновидностью таких теплообменников является теплообменник труба в трубе, где обеспечиваются настоящие условия противотока, однако размеры при этом возрастают.
Более компактны теплообменники с витыми трубками внутри кожуха (рис 3.24). Здесь достигается высокий коэффициент теплообмена как внутри, так и снаружи труб в результате турбулентности, вызванной формой течения. Они применяются реже по сравнению с прямыми трубками из-за повышенной стоимости.
Промежуточный теплообменник, называемый также переохладителем или пароперегревателем, обеспечивает теплообмен между хладоагентом в парообразном и жидком состоянии. Он устанавливается на всасывающей линии между испарителем и компрессором и должен создавать возможно меньшее сопротивление потоку пара. Поэтому со стороны пара проходное сечение велико, а поверхность теплообмена увеличивается оребрением (рис. 3.25). Для мелких тепловых насосов подобный теплообменник можно выполнять из концентрических труб или в виде сборки из паяных трубок.