Воздушные конденсаторы — виды и принцип работы

Назначение оборудования

Конденсатор – это теплообменник, который в зависимости от своей конструкции может передавать тепловую энергию определенному веществу. Часто такими веществами являются воздух или вода. Основная сфера наличия такого теплообменника – холодильное оборудование. Использование движения холодильного агента для передачи тепловой энергии окружающей среде позволяет повысить производительность всего оборудования более чем на 30%.

Всего существует 2 типа таких теплообменников – воздушные конденсаторы с воздушным или водяным охлаждением. Наиболее распространены машины первого типа. Их использование эффективно в холодильных машинах малой и средней мощности. Вторые же системы также эффективны, но их использование может иметь недостаток. Из-за высокого показателя жесткости воды на внутренних стенках теплообменника может образовываться осадок, который негативно влияет на теплопередачу.

Зачем нужен конденсатор

Выносной конденсатор воздушного охлаждения – оборудование, которое связано с чиллерами, холодильными установками. Это система конденсации, которая находится не внутри холодильной системы, а отдельно. Вынесенное в отдельный блок устройство можно установить в любом удобном месте на улице. Установка отлично подходит для крыш, также конденсаторы ставят рядом с объектом. Сюда поступает хладагент для охлаждения.

Устройства воздушного охлаждения

Воздушный конденсатор водяного охлаждения состоит из нескольких узлов. В его конструкцию входят:

• теплообменник;
• вентилятор;
• электродвигатель.

Для изготовления теплообменника часто используют металлические трубки диаметром в 6 или 19 мм. Благоприятно воздействует на работу системы их оребрение с шагом в 1,5–3 мм. В качестве основного материала используется медь, которой свойственны высокие показатели теплопроводности. Оребрение же – алюминиевое.

Конструкция ребер может быть разной. Точная модель определяется целевым использованием теплообменника. Жесткий профиль из алюминия с просечкой или выступом будет способствовать повышению движения потока воздуха вблизи самого ребра.

И также свои особенности имеет движение воздуха в теплообменнике. Наиболее распространенный агент фреон поступает в систему сверху, где начинает интенсивно охлаждаться, растекаясь вниз. Заняв 90% полезной площади теплообменника, фреон достигает привычной нормы температур.

Типы конденсаторов

Выносные воздушные конденсаторы бывают разными. Их разделяют на категории по ряду критериев:

• уровню шума;
• используемому хладагенту;
• производительности установки;
• типу используемых вентиляторов (центробежные, осевые);
• количеству вентиляторов в установке;
• по расположению теплообменника и направлению нагнетания, всасывания воздуха.

По расположению теплообменников устройства бывают четырех типов: горизонтальными, вертикальными, V-образными, комбинированными.

От конструкции зависит нагнетание и всасывание воздуха в системе. Установки бывают классическими (стандартными) по уровню шума, а также малошумными. Последнее поколение выносных воздушных конденсаторов включает также сверхмалошумные модели.

Конструкция и принцип действия

Устройство конденсатора заключается в двух обкладках с диэлектриком между ними. На всех схемах они так и отображаются.

S – площадь поверхности обкладок в м2, d – расстояние от обкладок, м, С – емкость, Ф, е – проницаемость диэлектрика. Все показатели выражены в системе СИ. Формула подходит плоскому конденсатору, помещают две пластины из металла с выводами, диэлектрик не нужен, так как им будет являться воздух.

Это показывает: емкость плоского конденсатора прямо зависит от площади пластин, и имеет обратную зависимость расстояния от пластин. Если геометрическая форма конденсатора иная, то формула емкости будет отличаться. Для вычисления кабеля. Но смысл зависимости остается таким же.

Пластины конденсаторов бывают и другой формы. Существуют металлобумажные конденсаторы с обкладками из алюминиевой фольги, которая свернута вместе с бумагой в клубок по форме корпуса.

Для повышения электрической прочности бумага конденсатора пропитывается специальным составом для изоляции, в основном это масло для трансформатора. Такое устройство дает возможность повысить емкость в разы. По такому же принципу сделаны конденсаторы других конструкций.

В формуле нет ограничений на размер пластин S и расстояние d. Если пластины отодвинуть далеко, и уменьшить их площадь, то малая емкость останется. Два соседних провода имеют электрическую емкость.

В технике высокой частоты такое свойство широко применяется. Конструкцию конденсаторов выполняют дорожками на печатном монтаже или скручивают два провода в полиэтилене. Простой провод, который называют «лапшой», имеет свою емкость. Чем длиннее провод, тем больше емкость.

Все кабели еще имеют сопротивление R, кроме емкости С. Свойства распределяются по длине кабеля, во время сигналов в виде импульсов являются цепочкой интеграции RС.

Импульс искажается специально. Для этого собрана схема. Емкость кабеля влияет на сигнал. На выходе появится измененный сигнал – «колокол», при коротком импульсе сигнал совсем пропадает.

Классификация и основные характеристики конденсаторов

Воздушные конденсаторы малых холодильных машинах можно клас­сифицировать следующим образом.

По способу циркуляции охлаждающего воздуха различают конден­саторы с естественной циркуляцией (свободное движение) и с прину­дительным движением воздуха.

По условиям движения хладагента в секциях аппарата конденсаторы разделяются на следующие типы: с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным движением.

По месту установки конденсаторы классифицируют на встроенные (установленные непосредственно на раме агрегата рядом с компрессо­ром) и выносные (установленные отдельно от компрессора, обычно снаружи здания, сбоку или на крыше машинного отделения).

По виду выполнения теплопередающих поверхностей конденсато­ры могут быть гладкотрубные, ребристо-трубные, листотрубные и па­нельные.

Аппараты с естественной циркуляцией (конвекцией) воздуха ис­пользуют преимущественно в бытовых холодильниках. Такой аппарат имеет односекционную конструкцию с последовательным движением хладагента. Наибольшее распространение имеют два типа конструкции: листотрубная (представляющая собой плоский змеевик из круглой труб­ки, обычно диаметром 6 мм, плотно прижатый к металлическому листу, имеющему просечки различного вида) и ребристо-трубная (представля­ющая собой плоский трубчатый змеевик, аналогичный предыдущей конструкции, но имеющий снаружи оребрение, выполненное из отрезков толстой проволоки диаметром 1,5-2 мм, приваренной к трубкам по вы­соте всего змеевика).

В отдельных случаях конденсатор бытового холодильника может иметь панельную конструкцию, где, как и в испарителе, хладагент про­ходит по каналам внутри двухслойного листа.

Аппараты с принудительным движением воздуха выполняют преиму­щественно ребристо-трубными путем насадки на гладкие трубы плас­тинчатых ребер. Последние могут иметь различную форму (подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). Такие аппараты называют также пластинчато-ребристыми. Широкое распространение такие аппараты получили вследствие сравнительно низкой трудоемкости их изготов­ления.

Оребрение может выполняться также путем навивки на трубу ленты или выдавливанием ребер непосредственно из материала трубы. Иногда оребрение делают не только снаружи, но и внутри путем использования различных вставок-насадок на стороне хладагента. Как будет показано ниже, такие аппараты (имеющие двустороннее оребрение) обладают вы­сокой теплопередающей способностью, но из-за технологических слож­ностей изготовления еще не нашли широкого применения в отечествен­ной и мировой практике.

Воздушный конденсатор малой холодильной машины является од­ним из конструктивных узлов (элементов) холодильного агрегата, поэтому его характеристики и пути их совершенствования тесно свя­заны с развитием и совершенствованием других элементов: компрес­сора, ресивера, рамы и др.

В целях определения основных современных тенденций конструирования и оценки возможности прогнозирования характеристик малых холодильных агре­гатов  авторами проведен анализ характеристик агрегатов, выпускаемых де­сятью ведущими фирмами в девяти промышленно-развитых странах мира. Рас­смотрены средне- и низкотемпературные агрегаты холодопроизводительностъю от 200 до 6000 Вт. Анализировались следующие их основные характеристики: хо­лодильный коэффициент е; удельная материалоемкость М; удельный занимае­мый объем V; корректированный уровень звуковой мощности U.

Принцип работы системы

Выносные конденсаторы воздушного охлаждения работают по стандартному принципу. Когда хладагент нагревается, он поступает в теплообменник конденсатора. В этот момент фреон находится в парообразном состоянии. От горячего хладагента теплообменник нагревается, его охлаждают вентиляторы. Фреон конденсируется и охлаждается, в жидком состоянии он возвращается в чиллер.

Объем воздуха, который нужен для охлаждения фреона, зависит от ситуации. Именно поэтому работу оборудования можно регулировать. Вентиляторы выносного воздушного конденсатора настраивают на определенную скорость работы.

Разумеется, у устройства есть предел производительности. Поэтому при покупке такого оборудования надо учитывать потребности объекта в охлаждении. Если приобрести устройство недостаточно мощное, то оно не будет справляться с нагрузкой.

Накопление энергии в конденсаторе

На схеме показан конденсатор с большой емкостью для медленного течения разряда. Можно взять лампочку от фонарика и проверить работу схемы. Такую лампочку можно найти в любом магазине электротоваров. Когда переключатель SA находится во включенном состоянии, то конденсатор получает заряд от батареи через резистор. Процесс изображен на рисунке.

Напряжение повышается по кривой — экспоненте. Ток отражается на графике в зеркальном виде, и имеет обратную зависимость от напряжения. Только в самом начале он подходит для приведенной формулы.

Через определенное время конденсатор получит заряд от источника до значения 4,5 вольт. Как можно вычислить время заряда конденсатора?

В формуле τ = R*C величины умножаются, итог получается в секундах. Это количество времени  нужно для заряда уровня 36,8% от источника. Чтобы зарядить конденсатор полностью, нужно время = 5*т.

Если в формулу ставить емкость в мкФ, сопротивление в Ом, то время будет в микросекундах. Для нас удобнее секунды. На схеме емкость 2000 мкФ, сопротивление 500 Ом, время получается т = R * C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд. Это равнозначно одной секунде. В итоге, чтобы конденсатор получил полный заряд, необходимо время 5 секунд.

После этого времени переключатель переводим вправо, конденсатор разряжается по лампочке. Будет видна вспышка разряда конденсатора. Время, необходимое для разряда вычисляется величиной «т».

По схеме можно убедиться в вышеописанном утверждении.

При замыкании переключателя лампа вспыхивает — конденсатор получил заряд по лампочке. На графике видно, что в момент включения значение тока наибольшее, с течением заряда ток снижается до полного прекращения. При качественном конденсаторе и небольшой степенью саморазряда включение не выдаст вспышку лампы. Чтобы лампа снова вспыхнула, нужно разрядить конденсатор.

Любой проводник создает вокруг себя электрическое поле. Электрическое поле можно описать с помощью такой величины, как электрический потенциал. В каждой точке пространства потенциал имеет какое-то значение. Потенциал на бесконечном расстоянии равен нулю. Приближаемся мысленно от бесконечности к проводнику. Чтобы пробиться к проводнику, необходимо совершить работу. Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии пробного заряда.

Максимальное значение потенциальная энергия достигнет тогда, когда мы вплотную подойдем к проводнику. После проникновения внутрь проводника, потенциальная энергия перестает меняться. Если мы разделим потенциальную энергию на величину пробного заряда, то получим электрический потенциал.

Потенциал проводника зависит от заряда. Если мы удвоим заряд проводника, то потенциал так же удвоится. Потенциал проводника прямо пропорционален заряду, который несет на себе этот проводник. Отношение заряда проводника к потенциалу является характеристикой проводника, называется электрической емкостью.

Чтобы понять это определение электроемкости, представим себе высоту жидкости в сосуде, имеющим широкое дно. Высота жидкости будет мала, то есть, потенциал мал. Если сосуд узкий и высокий, то такое же количество жидкости приведет к тому, что уровень жидкости будет высоким.

Свойства материалов-диэлектриков

В формуле значение проницаемости диэлектрика находится в знаменателе, увеличение ведет к повышению емкости. Для воздуха, лавсана, фторопласта величина не отличается от вакуумного состояния. Существуют вещества-диэлектрики, у которых проницаемость больше. Конденсатор, залитый спиртом, повышает свою емкость в 20 раз.

Такие вещества кроме проницаемости имеют хорошую проводимость. Конденсатор с таким веществом держит заряд хуже, разряжается быстрее. Это свойство назвали током утечки. В качестве диэлектриков применяют материалы, позволяющие создавать нормальные токи утечки при большой удельной емкости. Поэтому существует много видов конденсаторов для различных условий применения.

Конденсатор воздушный Prima

Prima — серия легких воздушных конденсаторов. Разработана для применения в кондиционировании и коммерческой холодильной технике.

Конденсатор воздушный Norma

Norma серия коммерческих воздушных конденсаторов разработана для применения в вентиляции, кондиционировании и холодильной технике. Конденсатор имеет усиленный корпус из оцинкованной стали, покрытый порошковой краской. Серия Norma имеет как вертикальное, так и горизонтальное исполнение.

Диапазон мощностей

Norma 630 25,7 (21,7) — 476,8 (384,6) кВт

Конденсатор воздушный BVCA

V-образный конденсатор представляет собой оптимальное сочетание трубчато-оребренных теплообменников, высокоэффективных вентиляторов и конструкции корпуса. Это все позволяет обеспечить максимальную мощность по отношению к размерам оборудования.

Диапазон мощностей

BVCA 080 96,4 — 948,7 кВт

BVCA 091 107,3 — 1149,6 кВт

Конденсатор воздушный Alta

Серия — серия промышленных воздушных конденсаторов. Серия Alta имеет вертикальное, горизонтальное, а также реверсное исполнение.

Диапазон мощностей

Norma 630 25,7 (21,7) — 476,8 (384,6) кВт

[spoiler title=»Источники»]

• https://vozduhstroy.ru/kondicionery/vozdushnyj-kondensator.html
• https://zip-24.com/vynosnoy-kondensator-vozdushnogo-okhlazhdeniya.html
• https://zen.yandex.ru/media/id/5c615e3c9e391400ae5f8253/ploskii-vozdushnyi-kondensator-konstrukciia-i-princip-deistviia-5d661e67fbe6e700ad09ca68
• https://cp-h.ru/informatsiya-o-chillerah-i-proizvodstve-chillerov/vozdushnie-kondensatori.html
• https://teplomagnat.ru/terma-vozdushnye-condensatory.html

[/spoiler]