Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для конденсаторов, не связанных с теплопередачей, см. Конденсатор (значения) .
Конденсаторный змеевик холодильника

В системах , включающих перенос тепла , A конденсатор представляет собой устройство или устройство , используемое , чтобы сконденсировать в газообразное вещество в жидкое состояние посредством охлаждения. При этом скрытое тепло выделяется веществом и передается в окружающую среду. Конденсаторы используются для эффективного отвода тепла во многих промышленных системах. Конденсаторы могут быть изготовлены в соответствии с многочисленными конструкциями и бывают разных размеров, от довольно маленьких (ручные) до очень больших (промышленные блоки, используемые в производственных процессах). Например, в холодильнике используется конденсатор, чтобы отводить тепло, отводимое из внутренней части устройства, в наружный воздух.

Конденсаторы используются в системах кондиционирования воздуха , промышленных химических процессах, таких как дистилляция , паровых электростанциях и других теплообменных системах. Во многих конденсаторах обычно используется охлаждающая вода или окружающий воздух в качестве охлаждающей жидкости. [1]

История [ править ]

Самый ранний лабораторный конденсатор, « Gegenstromkühler » (противоточный конденсатор), был изобретен в 1771 году шведско-немецким химиком Кристианом Вайгелем . [2] К середине 19 века немецкий химик Юстус фон Либих представил свои собственные улучшения по сравнению с предыдущими конструкциями Вейгеля и Иоганна Фридриха Августа Гёттлинга , при этом устройство стало известно как конденсатор Либиха . [3]

Принцип работы [ править ]

Конденсатор предназначен для передачи тепла от рабочей жидкости (например, воды в паровой электростанции) вторичной жидкости или окружающему воздуху. Конденсатор полагается на эффективную теплопередачу, которая происходит во время фазовых переходов, в данном случае во время конденсации пара в жидкость. Пар обычно поступает в конденсатор с температурой выше температуры вторичной жидкости. Когда пар охлаждается, он достигает температуры насыщения , конденсируется в жидкость и выделяет большое количество скрытой теплоты.. По мере того как этот процесс происходит вдоль конденсатора, количество пара уменьшается, а количество жидкости увеличивается; на выходе из конденсатора остается только жидкость. Некоторые конструкции конденсаторов содержат дополнительную длину для переохлаждения этой конденсированной жидкости ниже температуры насыщения. [4]

Существуют бесчисленные вариации конструкции конденсатора с такими переменными, как рабочая жидкость, вторичная жидкость, геометрия и материал. Обычные вторичные жидкости включают воду, воздух, хладагенты или материалы с фазовым переходом .

Конденсаторы имеют два значительных конструктивных преимущества по сравнению с другими технологиями охлаждения:

  • Передача тепла за счет скрытой теплоты намного эффективнее, чем передача тепла только за счет явного тепла.
  • Температура рабочей жидкости остается относительно постоянной во время конденсации, что максимизирует разницу температур между рабочей и вторичной жидкостью.

Примеры конденсаторов [ править ]

  • Поверхностный конденсатор , при которой конденсации среда и пары физически разделены и используются при непосредственном контакте не требуется. Это кожухотрубный теплообменник , установленный на выходе из каждой паровой турбины в тепловых электростанциях . Обычно охлаждающая вода проходит через трубную сторону, а пар входит в кожух, где конденсируется снаружи теплообменных труб. Конденсат стекает вниз и собирается на дне, часто во встроенном поддоне, который называется горячим колодцем . Кожух часто работает при вакуумеили частичный вакуум, создаваемый разницей в удельном объеме пара и конденсата. И наоборот, пар может подаваться через трубы с охлаждающей водой или воздухом, текущим снаружи.
  • В химии конденсатор - это устройство, которое охлаждает горячие пары , заставляя их конденсироваться в жидкость . См. « Конденсатор (лаборатория) » для конденсаторов лабораторного масштаба в отличие от конденсаторов промышленного масштаба. Примеры включают в себя конденсатор Либиха , Graham конденсатор , и конденсатор Аллина . Это не следует путать с реакцией конденсации, которая связывает два фрагмента в единую молекулу посредством реакции присоединения и реакции элиминирования.
В лабораторных испарителях дистилляции , флегмы и роторных испарителях обычно используются несколько типов конденсаторов. Конденсатор Либиха представляет собой прямую трубку в рубашке охлаждающей воды и является самой простой (и относительно наименее дорогой) формой конденсатора. Конденсатор Грэма представляет собой спиральную трубку в водяной рубашке, а конденсатор Аллина имеет ряд больших и малых сужений на внутренней трубке, каждая из которых увеличивает площадь поверхности, на которой могут конденсироваться парообразные компоненты. Поскольку эти последние формы более сложные в изготовлении, их приобретение также обходится дороже. Эти три типа конденсаторов представляют собой лабораторную посуду.предметы, поскольку они обычно сделаны из стекла. Имеющиеся в продаже конденсаторы обычно имеют стыки из матового стекла и бывают стандартной длины 100, 200 и 400 мм. Конденсаторы с воздушным охлаждением не имеют кожуха, а конденсаторы с водяным охлаждением имеют кожух для воды.
  • Более крупные конденсаторы также используются в процессах перегонки в промышленных масштабах для охлаждения дистиллированного пара до жидкого дистиллята. Обычно охлаждающая жидкость протекает через трубную сторону, а дистиллированный пар - через кожух, при этом дистиллят собирается на дне или выходит из него.
Конденсаторная установка для центрального кондиционирования в типичном доме
  • Конденсаторный блок используется в центральных кондиционирования системах , как правило , имеет секцию теплообменника для охлаждения и конденсации поступающего хладагента пара в жидкость, компрессор , чтобы поднять давление хладагента и перемещать его вдоль, и вентилятор для продувки воздуха снаружи через тепла секция теплообменника для охлаждения хладагента внутри. Типичная конфигурация такого конденсаторного агрегата выглядит следующим образом: секция теплообменника охватывает стороны агрегата с компрессором внутри. В этой секции теплообменника хладагент проходит через несколько проходов труб, которые окружены ребрами теплообмена, через которые охлаждающий воздух может циркулировать снаружи внутрь агрегата. Есть моторизованный вентиляторвнутри конденсаторного блока рядом с верхом, который прикрыт решеткой для предотвращения случайного падения любых предметов на вентилятор. Вентилятор используется для втягивания наружного охлаждающего воздуха через боковые секции теплообменника и выдува его через решетку сверху. Эти конденсаторные блоки расположены снаружи здания, которое они пытаются охладить, с трубками между блоком и зданием, одна для входа паров хладагента, а другая для жидкого хладагента, выходящего из блока. Конечно, для компрессора и вентилятора внутри агрегата требуется электропитание .
  • В конденсаторе прямого контакта горячий пар и холодная жидкость вводятся в сосуд и смешиваются напрямую, а не разделяются барьером, таким как стенка трубы теплообменника. Пар отдает скрытое тепло и конденсируется в жидкость, в то время как жидкость поглощает это тепло и подвергается повышению температуры. Входящие пар и жидкость обычно содержат одно конденсируемое вещество, такое как водяная струя, используемая для охлаждения воздуха и регулирования его влажности.

Другие типы конденсаторов

В системах HVAC используются еще три конденсатора:

  • С водяным охлаждением
  • С воздушным охлаждением
  • Испарительный

Приложения:

  • С воздушным охлаждением - если конденсатор расположен снаружи агрегата, конденсатор с воздушным охлаждением может обеспечить наиболее простую установку. Эти типы конденсаторов отводят тепло наружу и просты в установке.

   Чаще всего этот конденсатор используется в бытовых холодильниках, вертикальных морозильных камерах и в бытовых агрегатах кондиционирования воздуха. Отличительной особенностью конденсатора с воздушным охлаждением является то, что его очень легко чистить. Поскольку грязь может вызвать серьезные проблемы с работой конденсаторов, настоятельно рекомендуется держать их подальше от грязи.

  • С водяным охлаждением - хотя установка и немного дороже, эти конденсаторы являются более эффективным типом. Эти конденсаторы, обычно используемые для плавательных бассейнов и конденсаторов, пропускающих городскую воду, требуют регулярного обслуживания и ремонта.

    Им также требуется градирня для экономии воды. Для предотвращения коррозии и образования водорослей конденсаторы с водяным охлаждением требуют постоянной подачи подпиточной воды и водоподготовки.

    В зависимости от области применения вы можете выбрать трубчатые конденсаторы, кожухотрубные или кожухотрубные конденсаторы. По сути, все они созданы для получения одного и того же результата, но каждый по-своему.

  • Испарительные - хотя они остаются наименее популярным выбором, они используются, когда либо подача воды недостаточна для работы конденсатора с водяным охлаждением, либо температура конденсации ниже, чем может достигаться конденсатор с воздушным охлаждением. Испарительные конденсаторы могут использоваться внутри или снаружи здания и в типичных условиях работать при низкой температуре конденсации.

    Обычно они используются в больших коммерческих установках кондиционирования воздуха. Хотя они эффективны, они не обязательно самые эффективные.

Уравнение [ править ]

Для идеального однопроходного конденсатора, охлаждающая жидкость которого имеет постоянную плотность, постоянную теплоемкость, линейную энтальпию во всем температурном диапазоне, идеальную теплопередачу в поперечном сечении и нулевую продольную теплопередачу, а также чьи трубки имеют постоянный периметр, постоянную толщину и постоянную теплоту проводимость, и чья конденсируемая жидкость идеально перемешана и при постоянной температуре температура охлаждающей жидкости изменяется вдоль трубки в соответствии с:

куда:

  • x - расстояние от входа теплоносителя;
  • T (x) - температура охлаждающей жидкости, а T (0) - температура охлаждающей жидкости на ее входе;
  • T H - температура горячей жидкости;
  • NTU - количество единиц передачи;
  • m - массовый (или иной) расход теплоносителя;
  • c - теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении на единицу массы (или другое);
  • h - коэффициент теплоотдачи трубки теплоносителя;
  • P - периметр трубки охлаждающей жидкости;
  • G - теплопроводность трубки охлаждающей жидкости (часто обозначается UA );
  • L - длина трубки охлаждающей жидкости.

См. Также [ править ]

  • Конденсатор (лаборатория)
  • Воздуховод (конденсатор)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Hindelang, Man jjhat; Палаццоло, Джозеф; Робертсон, Мэтью, «Конденсаторы», Энциклопедия химического инженерного оборудования , Мичиганский университет , заархивировано с оригинала 24 декабря 2012 г.
  2. ^ Вейгель, Кристиан Эренфрид (1771). Кристиан Эренфрид Вейгель, Том 1 (на латыни). Goettingae ( Геттинген ): Aere Dieterichiano. С. 8–11 . Дата обращения 16 сентября 2019 .
  3. ^ Либих, Юстус фон ; Поггендорф, JC ; Вёлер, о. (ред.) (1842 г.), Handwörterbuch der reinen und angewandten Chemie [Словарь чистой и прикладной химии], т. 2 (на немецком языке). Брауншвейг , Германия: Friedrich Vieweg und Sohn . Статья: «Дистилляция», с. 526–554.
  4. ^ Кейс, WM; Лондон, Алабама, «Конденсаторы», Компактные теплообменники , OSTI, OSTI 6132549