Przeprowadzono badania eksperymentalne procesu skraplania czynnika chłodniczego R404A w kanale rurowym w obecności gazu inertnego – powietrza. Wykazano negatywny wpływ zawartości powietrza w skraplaczu na proces kondensacji czynnika chłodniczego, co objawia się obniżeniem współczynnika przejmowania ciepła, wydłużeniem długości strefy skraplania oraz wzrostem spadku ciśnienia podczas przepływu mieszaniny w kanale rurowym. Opracowano zależność pozwalającą wyznaczać wartość współczynnika przejmowania ciepła w funkcji objętościowego udziału gazu inertnego w skraplaczu. Uzyskane wyniki pomiarów jednoznacznie wykazały konieczność zachowania czystości i szczelności instalacji chłodniczej, ponieważ w przypadku jej zapowietrzenia, wystąpi bardzo niekorzystna zmiana parametrów pracy i spadek wydajności cieplnej całego urządzenia.

    W wielu urządzeniach energetycznych stosowanych w siłowniach parowych, chłodziarkach, klimatyzatorach oraz w inżynierii chemicznej występują wymienniki ciepła, zwane skraplaczami. Proces skraplania rozumiany jest ogólnie, jako przemiana fazowa pary w ciecz, której towarzyszy transport energii za pomocą ciepła. Szczególnym przykładem zastosowania tego sposobu przenoszenia energii jest lewobieżny obieg termodynamiczny występujący w sprężarkowych, parowych urządzeniach chłodniczych i pompach ciepła. Obok wrzenia w przepływie, istotną rolę odgrywa tutaj proces skraplania. Należy podkreślić, że efektywność energetyczna układu zależy w bardzo dużym stopniu od sprawności przemian fazowych, zachodzących w wymiennikach ciepła. W chłodniczych skraplaczach chłodzonych powietrzem, proces skraplania odbywa się zwykle wewnątrz rur prostych połączonych kolanami, z których zbudowane są wężownice rurowe. Wewnątrz wężownic występuje z reguły skraplanie błonowe, podczas którego po wstaje na powierzchni wewnętrznej kanału rurowego film cieczy. Nie można jednak wykluczyć istnienia warunków skraplania kroplowego lub mieszanego. Przepływ skraplającego się czynnika chłodniczego ograniczony jest poza tym ściankami kanału rurowego. Ruch powstającego filmu kondensatu może mieć charakter laminarny lub turbulentny. Mechanizm tego procesu jest jednak odmienny od innych rodzajów skraplania, ponieważ występują ograniczone warunki odpływu powstającego kondensatu. (…)

Proces skraplania w obecności gazu inertnego

    Szczególną rolę w procesie skraplania odgrywają nieskraplające się gazy, zwane inertnymi. Stanowią one dodatkowe wypełnienie skraplacza, które utrudnia proces skraplania czynnika chłodniczego. W skraplaczu stosowanym w sprężarkowym urządzeniu chłodniczym gazem inertnym jest zwykle powietrze. Jego zawartość może być wynikiem niedostatecznego odpowietrzenia instalacji przed jej napełnieniem czynnikiem chłodniczym. Inną przyczyną są także różnego rodzaju nieszczelno ści instalacji, przede wszystkim po stronie ssawnej, gdzie występuje podciśnienie. Zassane powietrze gromadzi się w skraplaczu, po uprzednim sprężeniu w sprężarce. Ciśnienie cząstkowe gazu inertnego podnosi ciśnienie całkowite skraplania w układzie chłodniczym, co zmniejsza wydajność chłodniczą oraz zwiększa pracę sprężania i w efekcie pogarsza sprawność całego układu. Udział gazu inertnego pogarsza intensywność wymiany ciepła, pędu i masy w procesie skraplania [3, 4, 6]. Na rys. 1 pokazano schemat rozkładu temperatury i ciśnienia w pobliżu ścianki, na której odbywa się proces skraplania czynnika chłodniczego w obecności gazu inertnego. (…)

    Na rys. 4 przedstawiono przykładowo rozkład temperatury czyn nika chłodniczego R404A w prze pływie w wężownicy rurowej, dla trzech poziomów zawartości objętościowej powietrza η = 0; 1,5 i 3%. W każdym przypadku można wyraźnie wyodrębnić trzy strefy wymiany ciepła występujące w skraplaczach stosowanych w urządzeniach chłodniczych. Pierwsza strefa charaktery zuje się gwałtownym obniżaniem temperatury czynnika, co jest związane z odbio rem ciepła pary prze grzanej w układzie jednofazowym. Druga strefa dotyczy skraplania właściwego, gdy temperatura czynnika jest praktycznie stała. Spadek temperatury w tej strefie wy nikać może z poślizgu temperaturowego czynnika chłodniczego oraz jest spowodowany oporami przepływu. W strefie trzeciej następuje dochłodzenie cieczy. Analizując wyniki pomiarów wyraźnie zauważa się, że wzrost udziału gazu inertnego w skraplaczu wydłuża drogę skraplania właściwego, co w konsekwencji oznacza spadek inten sywności wymiany ciepła.