WYPARNE WYMIENNIKI CIEPŁA

(SKRAPLACZE I CHŁODNICE CIECZY)

Powietrze jest czynnikiem dostępnym bez żadnych ograniczeń, ale

termodynamicznie znacznie gorszym od wody. Woda z kolei ma bardzo dobre
właściwości termodynamiczne, ale jej dostępność jest ograniczona ze względu
na występujący i nasilający się ciągle deficyt. Z tych względów najlepszym
rozwiązaniem wydaje się być jednoczesne zastosowanie wody i powietrza jako
czynników chłodzących. Doprowadzenie do bezpośredniego kontaktu
powietrza z wodą przy równoczesnym dopływie ciepła powoduje wystąpienie
procesu nieadiabatycznego odparowania wody do powietrza. W wyniku tego
procesu następuje odprowadzenie przez powietrze ciepła utajonego
nawilżającej je pary wodnej oraz w znacznie mniejszym stopniu, ciepła
jawnego, przejmowanego od powierzchni wody przez strumień powietrza.

Wymienniki ciepła, w których występuje wyżej opisany proces nazywa się

wyparnymi (w Polsce częściej używa się nazwy „wymienniki natryskowo-
wyparne”). Zależnie od tego, czy służą one do chłodzenia cieczy, czy skraplania
pary, noszą nazwę odpowiednio chłodnic wyparnych cieczy lub skraplaczy
wyparnych.

Chłodzenie wyparne w stosunku do chłodzenia powietrzem jest bardziej

efektywne i korzystniejsze termodynamicznie, ponieważ przebiega przy niższym
poziomie temperatur.

W stosunku do wymienników chłodzonych wodą w obiegu otwartym,

wymienniki wyparne charakteryzują się znacznie mniejszym zużyciem wody
ś

wieżej.

Budowa i zasada działania

Zasadniczą część urządzenia stanowią wężownice wykonane z rur

gładkich, w których następuje przepływ czynnika chłodzonego (pary lub
cieczy). Zastosowanie rur gładkich spowodowane jest koniecznością
zapewnienia łatwego ich czyszczenia, ponieważ narażone są na osadzanie się na
ich

powierzchni

zanieczyszczeń

i

kamienia

kotłowego.

W

celu

zminimalizowania

oporów

przepływu

powietrza

przy

jednoczesnym

zwiększeniu powierzchni wymiany ciepła niektórzy producenci stosują rury o
przekroju eliptycznym.

Wojciech Zalewski

2

1

2

3

4

5

6

P

o

w

ie

tr

z

e

P

o

w

ie

tr

z

e

Woda chłodz

ą

ca

Woda

uzupełniaj

ą

ca

Wlot

czynnika chłodzonego

Wylot

czynnika chłodzonego

Schemat ideowy wymiennika wyparnego: 1 – wężownica, 2 – zraszacz,

3 – odkraplacz, 4 – wentylator, 5 – zbiornik wody chłodzącej, 6 – pompa wody

Dla umożliwienia opróżnienia wymiennika, rury wężownic mają stałe

pochylenie w kierunku przepływu czynnika. Wężownice składa się w baterie w
ten sposób, aby uzyskać przestawny układ rur. Połączone są one kolektorami
rurowymi lub częściej - skrzynkowymi. W przypadku chłodnic cieczy
pracujących w obiegach otwartych do atmosfery lub przeznaczonych do
chłodzenia cieczy agresywnych stosuje się kolektory z otwieranymi pokrywami,
umieszczonymi

na

obu

końcach

prostoosiowych

odcinków

rur,

umożliwiającymi dostęp do wnętrza rur w celu ich mechanicznego
oczyszczenia. Powyżej wężownic znajduje się układ zraszający z dyszami
rozpylającymi wodę oraz odkraplacz. Powierzchnia zewnętrzna baterii rur
zraszana jest w sposób ciągły wodą podawaną za pomocą pompy ze zbiornika
wody obiegowej do układu zraszającego. Woda spływając po rurach wężownicy
kontaktuje się z przepływającym w przeciwprądzie powietrzem, którego
przepływ wymuszony jest wentylatorami. Dysze zraszające, o dużych otworach i
przez to niewrażliwe na zatykanie się, wykonane są z reguły z tworzywa
sztucznego. Odkraplacze charakteryzują się wysoką efektywnością działania
przy możliwie małym oporze hydraulicznym. Osiągane jest to przez co najmniej
trzykrotną zmianę kierunku przepływu powietrza i odpowiednią głębokość,
która wynosi od kilkudziesięciu milimetrów przy wentylatorach tłoczących

Wyparne wymienniki ciepła

3

powietrze przez wymiennik do ponad 300 mm w wymiennikach z
wentylatorami wyciągowymi. Dodatkową funkcję, jaką spełnia odkraplacz w
wymiennikach z wentylatorami tłoczącymi powietrze od dołu jest odchylanie
strugi powietrza opuszczającego urządzenie w kierunku przeciwnym do strony,
po której zamontowane są wentylatory, aby nie dopuścić do powrotu ciepłego,
wilgotnego powietrza na wlot wentylatorów. Stosuje się odkraplacze wykonane
z PCV lub stalowe, ocynkowane. Spływająca z wężownic woda zbierana jest w
zbiorniku (wannie), który pełni także funkcję odstojnika oczyszczającego wodę
będącą w obiegu. Oczyszczanie wody na wlocie do pompy realizowane jest
dwoma sposobami: poprzez zastosowanie filtra siatkowego lub dna z blachy
perforowanej, umieszczonego nad wlotem do rurociągu ssawnego pompy.
Zbiornik z pompą wody jest najczęściej integralną częścią składową aparatu,
ale może stanowić także element oddzielnego układu wody zraszającej.

1

2

Woda

uzupełniaj

ą

ca

Woda chłodz

ą

ca

Wyparny wymiennik ciepła z oddzielnym układem wody zraszającej:

1 – dodatkowy zbiornik wody, 2 – pompa wody

Niektóre rozwiązania konstrukcyjne skraplaczy wyparnych przewidują

specjalną sekcję wstępnego chłodzenia gorących par czynnika ziębniczego. W
sekcji tej, wykonanej z rur ożebrowanych i umieszczonej powyżej układu
zraszającego para oddaje ciepło przegrzania, a następnie jest kierowana do
części dolnej, zraszanej wodą, w której następuje jej skraplanie. Stosowanie tego
typu konstrukcji jest szczególnie uzasadnione w przypadku skraplaczy

Wojciech Zalewski

4

amoniakalnych, pracujących w układzie ze sprężarką tłokową, gdyż temperatura
pary przegrzanej dopływającej do skraplacza jest wówczas stosunkowo wysoka
(zwykle powyżej 120

o

C). Spotyka się także skraplacze wyposażone w specjalne

sekcje wężownic, przeznaczone do dochłodzenia ciekłego czynnika
ziębniczego.

Konstrukcje natryskowo-wyparnych skraplaczy i chłodnic cieczy różnią się

głównie rodzajem i sposobem rozmieszczenia wentylatorów oraz kierunkiem
przepływu powietrza.

Jednym z możliwych rozwiązań jest umieszczenie wentylatorów na

szczycie urządzenia (wymiennik ciepła po stronie ssawnej wentylatora). W
rozwiązaniu tym stosuje się wyłącznie wentylatory osiowe. Charakteryzuje się
ono prostotą konstrukcji sekcji wentylatorowej, możliwością zastosowanie
klasycznych wolnoobrotowych wentylatorów o napędzie bezpośrednim oraz
niższymi kosztami eksploatacyjnymi, związanymi z mniejszymi oporami
przepływu powietrza. Istotną cechą tego rozwiązania jest stosowanie z reguły
silników dwubiegowych, co pozwala na dalsze zmniejszenie kosztów
eksploatacyjnych oraz na obniżenie poziomu hałasu przez długie okresy ich
eksploatacji. Istnieje możliwość sterowania wydajnością cieplną urządzenia
przez wyłączanie wentylatorów bez konieczności stosowania przegród
dzielących wymiennik ciepła. Pionowy wyrzut powietrza z urządzenia eliminuje
możliwość wystąpienia recyrkulacji „zużytego” powietrza.

W innych rozwiązaniach wentylatory umieszczane są na wlocie powietrza

do wymiennika (wymiennik ciepła po stronie tłocznej wentylatora).
Rozwiązanie to posiada następujące zalety:

- istnieje możliwość zastosowania zarówno wentylatorów osiowych jak i

odśrodkowych (promieniowych), charakteryzujących się niższą
głośnością,

- wentylatory wraz ze wszystkimi ruchomymi częściami wymagającymi

konserwacji (elementy napędu, łożyska) znajdują się w wygodnym, łatwo
dostępnym miejscu,

- wentylatory umieszczone są w strumieniu chłodnego, suchego powietrza,

a więc nie wymagają specjalnej ochrony antykorozyjnej,

- umieszczenie wentylatorów z boku wymiennika kierunkuje hałas,

pozwala ustawić urządzenie tyłem do strefy najbardziej wrażliwej,

- możliwe jest umieszczenie urządzenia wewnątrz obiektu (w przestrzeni

zamkniętej).

Wyparne wymienniki ciepła

5

a)

b)

Wyparne wymienniki ciepła z wentylatorami osiowymi (a)

i odśrodkowymi (b)

W przypadku wentylatorów osiowych, w celu osiągnięcia wyższej

sprawności przy mniejszym poziomie hałasu stosuje się rozwiązania z dwoma
wirnikami i kierownicą umieszczoną pomiędzy nimi, co pozwala na pracę przy
niższych obrotach i mniejszym zużyciu energii.

Wentylatory odśrodkowe wyposażane są w przepustnice służące do

regulacji ich wydajności. Umieszczane są one wewnątrz obudowy wentylatora i
sterują ilością powietrza tłoczonego przez wentylator poprzez zmianę oporów
statycznych na tłoczeniu.

Warunki, w których pracują wymienniki natryskowo-wyparne wymuszają

stosowanie szczególnego sposobu zabezpieczenia antykorozyjnego. Standardem
jest cynkowanie na gorąco wszystkich elementów stalowych urządzenia. Aby
uniknąć źle zabezpieczonych połączeń spawanych, cynkuje się całe sekcje po
zespawaniu. Opcjonalnie oferowane są także konstrukcje, w których najbardziej
narażone na korozję elementy (wężownice, wanna) wykonane są ze stali

Wojciech Zalewski

6

nierdzewnej.

Każda

firma

stosuje

własny

system

zabezpieczenia

antykorozyjnego. Na przykład firma EVAPCO stosuje system polegający na
malowaniu zmontowanego w całość urządzenia farbą epoksydową, a następnie
farbą winylową cynkowo-aluminiową. Firma Baltimore Aircoil stosuje system
polegający

na

pokrywaniu

powierzchni

ocynkowanych

specjalnymi

polimerami natryskiwanymi elektrostatycznie.

Wymienniki o zraszanej powierzchni wymiany ciepła muszą posiadać

zabezpieczenie przed zamarzaniem wody w obiegu zraszania. Najlepszym
sposobem jest zainstalowanie zbiornika wody wraz z pompą w ogrzewanym
pomieszczeniu. Gdy jest to niemożliwe, wanna musi być wyposażona w
grzejniki utrzymujące temperaturę wody na poziomie około 4

o

C. Stosuje się

grzejniki elektryczne i wężownice grzejne, ogrzewane parą lub gorącą wodą.

W wymienniku wyparnym występuje złożona wymiana ciepła, które

przenika od czynnika chłodzonego do zraszającej powierzchnię zewnętrzną
wężownicy wody, a ta oddaje je przepływającemu przez wymiennik powietrzu.
Wymiana ciepła między wodą i powietrzem zachodzi zasadniczo w wyniku
wyparowania wody do strumienia powietrza, natomiast udział ciepła jawnego
jest stosunkowo mały i wynosi średnio kilkanaście procent. W związku z tym
temperatura powietrza nie ma istotnego znaczenia i może być niższa, równa
lub nawet wyższa od temperatury wody, w zależności od warunków pracy (por.
punkty 1 i W oraz 1* i W*). Istotnym czynnikiem warunkującym wymianę
ciepła między wodą i powietrzem jest entalpia powietrza, która - aby zachodził
proces musi być mniejsza od entalpii odpowiadającej stanowi nasycenia w
temperaturze wody. W każdym przypadku następuje w wymienniku wzrost
entalpii i zawartości wilgoci w powietrzu.

Przy stałych parametrach powietrza zewnętrznego temperatura wody

chłodzącej ustala się samoczynnie w zależności od aktualnego obciążenia
cieplnego. Z kolei przy stałym obciążeniu cieplnym temperatura wody zależy od
parametrów powietrza zewnętrznego. Zmiany temperatury wody są wynikiem
dążenia układu czynnik chłodzony - woda - powietrze do osiągnięcia stanu
równowagi cieplnej. Średnia temperatura wody ustala się najczęściej na
poziomie o kilka stopni wyższym od temperatury termometru mokrego
powietrza zewnętrznego. Nawet w warunkach ustalonych temperatura wody
zmienia się po wysokości wymiennika, przy czym zmiana ta nie jest duża i
wynosi kilka stopni.

Wyparne wymienniki ciepła

7

T

p1

1

x

p

h

p

ϕ

p

= 100%

T

p2

T

b1

W

x

1

x

2

2

W*

1*

2*

T

w

T

b2

h

W

h

2

h

1

Przebieg zmian parametrów powietrza w wymienniku wyparnym:

1, 1* - początkowy stan powietrza,
2, 2* - końcowy stan powietrza,
W, W*

- stan powietrza nasyconego w średniej temp. wody

T

k

temperatura

T

w

ś

r

T

b

T

w

w

y

s

o

k

o

ś

ć

s

k

ra

p

la

c

z

a

góra

dół

Przebieg zmian temperatur czynników w skraplaczu wyparnym:

T

b

- temperatura powietrza według termometru mokrego;

T

w

- temperatura wody zraszającej; T

k

- temperatura skraplania

Intensywność zraszania rur wężownicy wodą nie wpływa w zasadniczy

sposób na wydajność cieplną wymiennika, o ile zapewnione jest pełne
zwilżenie powierzchni wymiany ciepła. Z drugiej strony, wzrost intensywności
zraszania powoduje wzrost oporów przepływu powietrza, a tym samym

Wojciech Zalewski

8

zwiększa zużycie energii napędowej silników wentylatorów. System zraszania
powinien jednak zapewniać nie tylko całkowite zwilżenie powierzchni wymiany
ciepła, ale także spłukiwanie z wężownic gromadzących się na ich powierzchni
zanieczyszczeń i nie dopuszczać do osadzania się kamienia. Z tego względu
stosuje się duże gęstości zraszania, wynoszące od 2,0 do ponad 4,0 [kg/(m

2

s)]

(w odniesieniu do pola powierzchni czołowej wymiennika ciepła).

Eksploatacja

Podstawowy sposób regulacji wydajności cieplnej skraplaczy i chłodnic

cieczy polega na zastosowaniu do napędu wentylatorów silników
dwubiegowych. Stosuje się go zarówno w przypadku wentylatorów
umieszczonych na wylocie powietrza z wymiennika jak i wentylatorów
tłoczących powietrze przez wymiennik. Silniki dwubiegowe pozwalają
oszczędzać energię napędową i tym samym zmniejszać koszty eksploatacyjne.
Przy spadku prędkości obrotowej do 50% silniki pobierają mniej niż 15% mocy
znamionowej, a wydajność cieplna spada o 40%. Przy całkowicie wyłączonych
wentylatorach wydajność wymiennika spada do 10%. Ponieważ maksymalna
temperatura termometru mokrego rzadko nakłada się na maksimum obciążenia
cieplnego, urządzenie może nawet przez 80% godzin w roku pracować przy
zmniejszonej o połowę prędkości obrotowej.

Drugą, powszechnie stosowaną metodą regulacji wydajności wymienników

wyparnych, szczególnie wygodną w przypadku wentylatorów osiowych o
napędzie bezpośrednim, jest regulacja przez wyłączanie pojedynczych
wentylatorów w jednostkach wielowentylatorowych.

W urządzeniach wyposażonych w wentylatory odśrodkowe możliwy jest

sposób regulacji za pomocą przepustnic dławiących przepływ powietrza,
wmontowanych w obudowy wentylatorów. Umożliwiają one regulację
strumienia przepływającego powietrza przez zmianę ciśnienia statycznego po
stronie tłocznej wentylatora, co pozwala płynnie dostosować wydajność cieplną
wymiennika do obciążenia. Ta metoda jest szczególnie zalecana do precyzyjnej
regulacji wydajności, szczególnie wtedy, gdy występują gwałtowne zmiany
obciążenia.

W okresie zimowym, przy niskich temperaturach powietrza możliwa jest

praca „na sucho”, tzn. przy wyłączonej pompie wody zraszającej. Wyłączania
pompy wody nie traktuje się jako sposobu regulacji wydajności cieplnej. Jej
uruchamianie w sezonie zimowym może być po prostu zbyteczne.

W przypadku chłodnic cieczy istnieje niebezpieczeństwo zamarznięcia

chłodzonej cieczy, gdy temperatura powietrza będzie odpowiednio niska, a
chłodnica nie będzie obciążona cieplnie. Najlepszym sposobem jest
zastosowanie w obiegu cieczy o niskiej temperaturze krzepnięcia. Gdy to nie
jest możliwe, należy utrzymywać zawsze minimalny, dla danej chłodnicy,
strumień masy chłodzonej cieczy albo utrzymywać obciążenie cieplne
chłodnicy na poziomie zapewniającym temperaturę cieczy na wylocie nie

Wyparne wymienniki ciepła

9

niższą od 10

o

C. Można stosować także dodatkowe przepustnice, montowane na

wylocie powietrza z chłodnicy, które minimalizują straty ciepła do otoczenia
przy niskich temperaturach zewnętrznych. Nie należy stosować opróżniania
wężownic w celu zabezpieczenia przed zamarzaniem. Zbyt częste opróżnianie
może doprowadzić do korozji wnętrza rur.

Ważną rzeczą z eksploatacyjnego punktu widzenia jest stosowanie wody

chłodzącej (zraszającej) o odpowiednim składzie i właściwościach. Ma to
ograniczyć korodujące oddziaływanie wody na materiały, z których wykonane
jest urządzenie oraz zapobiegać odkładaniu się kamienia kotłowego na
powierzchni rur wymiennika. Istotne znaczenie ma także odpowiednia czystość
sanitarno-mikrobiologiczna wody. Nie zawsze woda stosowana do chłodzenia
wymienników wyparnych posiada pożądany skład. Ponadto, jeżeli część
używanej w obiegu wody odparowuje, to w pozostałej masie wody wzrasta
stężenie rozpuszczonych w niej substancji – głównie soli mineralnych. Jeżeli
taki proces przebiegałby bez jakiejkolwiek ingerencji z zewnątrz, wówczas
stężenie substancji mineralnych narastałoby coraz szybciej, uniemożliwiając w
praktyce dalszą pracę urządzenia. Najprostszym sposobem utrzymania stężenia
wody

na

odpowiednio

niskim

poziomie

jest

stosowanie

drenażu

regeneracyjnego wody obiegowej, polegającego na okresowym lub ciągłym
odprowadzaniu z układu zraszania co najmniej takiej samej ilości wody, jaka
odparuje. Jeżeli pomimo tego skład wody nie odpowiada wymaganym
kryteriom, wówczas należy przeprowadzić proces uzdatniania wody.

Pomimo używania wody obiegowej o odpowiednim składzie i

właściwościach, po pewnym okresie eksploatacji osadzi się na powierzchni rur
wymiennika kamień kotłowy. Jego obecność wpływa niekorzystnie na
efektywność pracy urządzenia. Warstwa kamienia o grubości 0,8 mm
zmniejsza wydajność wymiennika ciepła o około 30%, powodując wzrost
temperatury końcowej czynnika chłodzonego. Dlatego też wymagane jest
okresowe oczyszczanie powierzchni rur z kamienia. Można to przeprowadzić
metodą chemiczną przy użyciu kwasu solnego lub innych związków
chemicznych. Wadą tej metody jest w mniejszym lub większym stopniu
niszczące oddziaływanie kwasu na metal. W skraplaczach natryskowo-
wyparnych można stosować jeszcze inne metody usuwania kamienia kotłowego:
metodę polegającą na podgrzewaniu wnętrza rur skraplacza gorącą parą
przegrzaną czynnika ziębniczego oraz metodę wymrażania od wewnątrz rur
skraplacza. W pierwszej metodzie wykorzystuje się różnicę wartości
współczynnika rozszerzalności cieplnej rur skraplacza i osadzonej na nich
warstwy kamienia kotłowego. Na skutek tej różnicy, po podgrzaniu wężownic
dochodzi do pękania i odpadania warstwy kamienia. W drugiej metodzie obok
różnicy wartości współczynników rozszerzalności cieplnej wykorzystuje się
również efekt wzrostu objętości wody podczas zamarzania w porowatej
warstwie kamienia. Operację tę przeprowadza się podłączając skraplacz do

Wojciech Zalewski

10

instalacji chłodniczej w taki sposób, aby pracował on w tym czasie jako
parowacz.

Ponieważ w wymiennikach wyparnych granicę chłodzenia wyznacza

temperatura termometru mokrego powietrza, która jest przeważnie o kilka
stopni niższa od temperatury termometru suchego, możliwe jest osiągnięcie w
tych wymiennikach niższych o kilka stopni temperatur czynników (skraplania,
chłodzonej cieczy), w porównaniu z wymiennikami chłodzonymi powietrzem.
Wymienniki natryskowo-wyparne charakteryzują się, w stosunku do
wymienników powietrznych mniejszym zużyciem materiałów (od 30 do 50%),
wynikającym z mniejszej wymaganej powierzchni wymiany ciepła i mniejszej
liczby

wentylatorów.

Związane

to

jest

z

mniejszym

(do

50%)

zapotrzebowaniem miejsca. Zużycie energii napędowej wentylatorów jest około
trzykrotnie mniejsze niż w systemach chłodzenia powietrznego (mniejsze
strumienie powietrza), a moc napędowa pompy wody jest około czterokrotnie
mniejsza niż w systemach chłodzenia wodnego. Oszczędność wody w
porównaniu z otwartym systemem chłodzenia wodnego wynosi co najmniej
95%.

Przykładowe konstrukcje wymienników wyparnych

Oprócz skraplaczy i chłodnic cieczy o konstrukcjach standardowych,

niektórzy producenci oferują urządzenia o nietypowych rozwiązaniach
konstrukcyjnych i szczególnym przeznaczeniu. Takimi urządzeniami są na
przykład skraplacz typu CXV firmy Baltimore Aircoil i chłodnica cieczy typu
WDW produkcji EVAPCO.

Konstrukcja skraplacza CXV umożliwia schłodzenie za pomocą powietrza

wody zraszającej wężownice przed jej ponownym użyciem. Proces ten zachodzi
w specjalnym wkładzie (wet deck), umieszczonym pod wężownicą skraplacza.
Dzięki współprądowemu przepływowi powietrza i wody chłodzącej w
skraplaczu uzyskano mniejsze opory przepływu powietrza, co pozwoliło na
zwiększenie gęstości zraszania bez zwiększenia mocy napędowej silników
wentylatorów. W porównaniu z typowymi konstrukcjami skraplaczy, w
skraplaczu CXV uzyskuje się czterdziestoprocentowy wzrost wydajności
cieplnej.

Wyparne wymienniki ciepła

11

1

2

3

4

6

5

7

Skraplacz natryskowo-wyparny CXV: 1 – wymiennik ciepła, 2 – zraszacz,

3 – wentylator, 4 – odkraplacze, 5 – wkład zraszany, 6 – zbiornik wody

chłodzącej, 7 – pompa wody

Chłodnice typu WDW składają się z dwóch sekcji rur: jednej zbudowanej

z baterii rur lamelowanych i drugiej, wykonanej z rur gładkich, zraszanej wodą
obiegową. W zależności od warunków atmosferycznych (temperatury i
wilgotności powietrza) chłodnice te mogą pracować „na sucho” (chłodzenie
powietrzem - wykorzystywany jest wymiennik lamelowany), „na mokro”
(chłodzenie wyparne - pracuje wymiennik zraszany) lub w systemie
kombinowanym – wtedy chłodzona ciecz przepływa najpierw przez sekcję rur
lamelowanych, a następnie przez sekcję rur zraszanych wodą. W tym trybie
pracy działają wszystkie wentylatory, zarówno wymiennika chłodzonego
powietrzem, jak i wymiennika wyparnego. Chłodnice typu WDW
charakteryzują się zmniejszonym zużyciem wody chłodzącej (średnio przez 8
miesięcy w roku możliwa jest praca „na sucho”) i oszczędnością energii
napędowej.

Zasadniczo inną konstrukcję posiadają chłodnice wyparne wody stosowane

w kopalniach (np. miedzi) do chłodzenia wody dla skraplaczy agregatów
ziębniczych, chłodzących powietrze w przodkach wydobywczych. Ich
konstrukcja musi uwzględniać ograniczoną ilość miejsca w kierunku pionowym

Wojciech Zalewski

12

i porzecznym, a także bardzo trudne warunki eksploatacji związane z dużym
zanieczyszczeniem powietrza (pył, zanieczyszczenia chemiczne). Pionowy
układ prostoosiowych odcinków rur wężownic oraz duże gęstości zraszania
ułatwiają samoczynne oczyszczanie się powierzchni wymiennika ciepła z
zanieczyszczeń pochodzących z powietrza chłodzącego. Mała ilość miejsca w
chodnikach kopalnianych wymusza z kolei poziomy kierunek i wysokie
prędkości przepływu powietrza.

1

2

Chłodnica wyparna cieczy WDW: 1 – lamelowany wymiennik ciepła;

2 – gładkorurowy wymiennik ciepła (zraszany)

1

2

3

4

5

Schemat wyparnej chłodnicy wody o poziomym przepływie powietrza:

1 – zraszacze; 2 – wężownica; 3 – odkraplacz;

4 – zbiornik wody chłodzącej; 5 – wentylator

Wyparne wymienniki ciepła

13

Obliczenia cieplne wymienników chłodzonych wyparnie należą do

trudniejszych zagadnień z zakresu wymiany ciepła. Wynika to z faktu, że w
wymiennikach tych zachodzi wymiana ciepła pomiędzy trzema czynnikami:
chłodzonym płynem, wodą zraszającą i powietrzem. Dodatkową komplikację
stanowi konieczność określenia wymiany ciepła utajonego, związanego z
wymianą masy pomiędzy wodą chłodzącą i powietrzem.

Na

podstawie

wyników

obliczeń

cieplnych

można

wyznaczyć

charakterystyki wydajnościowe skraplacza dla różnych parametrów pracy.
Obrazują one zmianę wydajności cieplnej skraplacza w funkcji temperatury
termometru mokrego powietrza wlotowego T

b1

dla różnych temperatur

skraplania T

k

.

Temperatura powietrza wg termometru mokrego T

b1

W

y

d

a

jn

o

ś

ć

c

ie

p

ln

a

Q

k

V

p

= idem

G

w

= idem

T

k

= idem

Charakterystyki cieplne skraplacza natryskowo-wyparnego