Добро пожаловать.

Вас ждет море полезной информации.

Контакт: kondicionerkin@ya.ru

Основные конструктивные элементы кондиционера

Компрессор

В бытовых и полупромышленных кондиционерах в настоящее время используются три основных типа компрессоров — ротационный, спиральный и поршневой, причем на долю ротационных компрессоров приходится около 90%. Так, из 23 млн. компрессоров, проданных по всему миру в 1995 г. для применения в климатических системах, более 20 млн. были ротационного типа. В климатических системах большой мощности (от 160 до 3500 кВт) применяются винтовые компрессоры, рассмотрение которых выходит за рамки данной статьи.

Ротационные компрессоры (рис. 1.8.1) осуществляют всасывание и сжатие газа с помощью вращающегося на валу ротора. За счет вращательного движения рабочих органов в компрессорах этого типа (также как в спиральных и винтовых) существенно снижены пульсации давления и пусковые токи.

Ротационные компрессоры производятся в двух вариантах: со стационарными и вращающимися пластинами. Рабочий цикл компрессора со стационарной пластиной отображен на рис. 1.8.2. Ротор эксцентрично закреплен на валу компрессора. При вращении вала эксцентрик обкатывается по внутренней поверхности цилидра, сжимая перед собой очередную порцию хладагента. Пластина разделяет области высокого и низкого давления.

Ряд фирм-производителей (Panasonic, Sanyo и др.) применяют в своих мультисплит-системах ротационные компрессоры с двумя роторами (рис. 1.8.3). На валу компрессора эксцентрично вращаются два ротора, каждый из которых осуществляет сжатие хладагента в своем цилиндре. Эксцентрики расположены на валу противофаз-но (рис. 1.8.4), благодаря чему уменьшается суммарная вибрация при их совместной работе. Цилиндры двухроторного компрессора соединены между собой перепускной трубкой (байпасом) с управляющим клапаном, что позволяет эффективно регулировать производительность при использовании компрессоров данного типа в мультисплит-системах.

В компрессорах с вращающимися пластинами эти пластины (две или более), разделяющие области высокого и низкого давления, установлены на роторе. Рабочий цикл ротационного компрессора с двумя вращающимися пластинами отображен на рис. 1.8.5.

Одна из проблем ротационных компрессоров связана с эффектами высоко-температурного разложения смазочных материалов. В результате трения лопасти о вращающийся ротор происходит разогрев ее кромки, где образуется так называемая «горячая точка». Если температура этой точки превышает 200 °С, синтетическое эфирное масло, используемое при работе на хладагенте R407c, разлагается на спирт и жировые кислоты, которые забивают капиллярные трубки и снижают расход хладагента. Лабораторные испытания ротационных компрессоров показывают, что после 2000 ч работы на хладагенте R407c уменьшение расхода хладагента может достигать 30% и сопровождаться значительным снижением холодопроизводительности.

В 1998 г. фирма Daikin предложила новый вид ротационного компрессора — с качающимся ротором (Swing компрессор). В этом компрессоре при повороте вала пластина, жестко связанная с ротором, совершает сложное движение (возвратно-поступательное и колебательное одновременно). Поскольку лопасть и ротор представляют собой единое целое, снижаются потери на трение и отсутствует зона местного нагрева («горячая точка»). Кроме того, отсутствие перетечек хладагента между пластиной и ротором сокращает общие перетечки в компрессоре. Рабочий цикл Swing-компрессора отображен на рис. 1.8.6.

В климатических системах малой и средней мощности (от 5 до 40 Вт) используются также спиральные компрессоры (компрессоры Scroll). Компрессор (рис. 1.8.7) состоит из двух стальных спиралей, расширяющихся от центра к периферии цилиндра и вставленных одна в другую. Одна из спиралей закреплена неподвижно, вокруг нее вращается подвижная спираль. Профиль спиралей образован эвольвентной кривой. Подвижная спираль установлена на эксцентрике и при вращении ее внешняя поверхность как бы катится по внутренней поверхности неподвижной спирали. Благодаря этому точка контакта спиралей постепенно перемещается от периферии к центру, сжимая перед собой пары хладагента и вытесняя их в центральное отверстие в верхней крышке цилиндра. Так как точек контакта несколько (они расположены на каждом витке подвижной спирали, то происходит более плавное сжатие паров, уменьшается нагрузка на электродвигатель, особенно в момент пуска.

В технологическом плане компрессор Scroll более сложен, поскольку необходимо обеспечить герметичность по торцам спиралей и очень точное прилегание профилей спиралей.

Поэтому компрессоры данного типа пока нашли ограниченное применение.

В поршневом компрессоре (рис. 1.8.8) сжатие газа происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре. В фазе всасывания (а) поршень движется вниз от верхней, так называемой «мертвой точки». При этом над поршнем создается разрежение и через открытый впускной клапан хладагент поступает в цилиндр. В фазе сжатия (б) поршень движется вверх и сжимает хладагент, который выходит из цилиндра через выпускной клапан. При движении в цилиндре поршень никогда не касается головки клапанов, оставляя свободное пространство, то называют «мертвым объемом».

В зависимости от типа конструкции различают герметичные, полугерметичные и открытые поршневые компрессоры. В герметичном компрессоре электродвигатель и компрессор находятся в едином герметичном корпусе. Такие компрессоры, мощностью 1.7...35 кВт применяются в холодильных машинах малой и средней мощности. В полугерметичных компрессорах, мощность которых варьируется от 30 до 300 Вт, электродвигатель и компрессор закрыты, соединены напрямую и расположены по горизонтали в едином разборном контейнере. В случае повреждения можно извлекать электродвигатель, получая доступ к клапанам, поршню, шатунам и другим элементам конструкции. В открытых компрессорах электродвигатель расположен снаружи (вал с соответствующими сальниками выведен за пределы корпуса).

Основным недостатком поршневого компрессора является наличие пульсаций давления паров хладагента на выходе из компрессора, а также большие пусковые нагрузки. Поэтому электродвигатель должен иметь запас мощности для пуска компрессора и иметь акустическую защиту для снижения уровня шума.

Количество запусков компрессора является наиболее критичным для его срока службы. Именно на режиме запуска происходит наибольшее количество отказов, поэтому приходится ограничивать время между повторными пусками компрессора (как правило, не менее 6 мин), и время между остановом компрессора и его повторным пуском (2...4 мин).

Теплообменник

Теплообменники кондиционеров обычно изготавливают из медных трубок диаметром от 6 до 19 мм. Трубки многократно пронизывают пакет радиаторных пластин, расстояние между которыми обычно составляет 1.5...3 мм (рис. 1.8.9). Пакет пластин и трубки могут иметь различную конфигурацию, к примеру, пластины могут быть гофрированными, иметь сквозные отверстия, просечки, выступы, а трубки могут иметь как гладкую, так и рифленую внутреннюю поверхность, пронизывать пакет пластин в шахматном порядке и т. д. Все эти приемы служат решению задачи максимальной интенсификации теплообмена между протекающим по трубкам хладагентом и обтекающим теплообменник воздухом. Однако развитие наружной поверхности теплообмена и турбулиза-ция потока воздуха вблизи поверхности пластин оборачивается ростом гидравлического сопротивления устройства, что требует повышения мощности вентилятора.

Скорость воздушного потока, проходящего через теплообменник, обычно составляет 1,0...3,5 м/с.

Для максимальной интенсификации процесса теплоотдачи теплообменник выполняется сочлененным из нескольких (до 4) секций. В современных сплит-системах теплообменник как бы обнимает крыльчатку вентилятора, из-за чего внутренние блоки стали «круглее». Фирмы-производители называют такие конструкции С-об-разными (Sanyo), лямбда-образными (Fujitsu General) и т. п. На рис. 1.8.10 отображена, к примеру, конструкция трехсекционного (triple-bend) теплообменника, применяемого во внутренних блоках сплит-систем Panasonic.

Рядом фирм разработаны специальные антикоррозийные покрытия поверхности темлооб-менников (Blue Fin в кондиционерах Panasonic. Gold Fin в кондиционерах LG), благодаря нанесению которых увеличивается срок службы этого элемента конструкции, особенно в районах с морским климатом.

Регулятор потока хладагента

Регулятор потока служит для дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

Простейшим регулятором потока служит свернутая в спираль тонкая длинная трубка (капиллярная трубка), диаметром 0,6...2.25 мм (рис. 1.8.11). Благодаря низкой стоимости, надежности и простоте конструкции капиллярные трубки широко применяются в сплит-системах малой мощности.

Недостатком этого простого устройства является то обстоятельство, что расход хладагента через трубку зависит только от перепада давления на ней и не поддается регулированию при изменении условий работы кондиционера. к примеру, при понижении давления конденсации из-за снижения температуры наружного воздуха заполнение испарителя хладагентом окажется недостаточным, вследствие чего упадет холодопроизводительность кондиционера.

В более мощных установках применяется терморегулирующий вентиль (ТРВ), регулирующий подачу хладагента в испаритель таким образом, чтобы поддерживать заданное давление испарения и перегрев в испарителе при изменении условий работы климатической инфраструктуры.

На рис. 1.8.12 отображен ТРВ с внутренним уравниванием, применяемый в климатических системах малой и средней мощности.

Расход хладагента через ТРВ определяется проходным сечением регулирующего клапана. На регулирующую мембрану 4 воздействует усилие пружины 2 и давление за клапаном (давление испарения), направленное на закрытие проходного сечения ТРВ. Над мембраной 4 термобаллоном 6 создается давление, направленное на открытие проходного сечения ТРВ.

Термобаллон крепится к трубопроводу на выходе испарителя, поэтому давление в баллоне и, следовательно, над мембраной, определяется температурой на выходе испарителя (или перегревом в испарителе).

При увеличении температуры наружного воздуха хладагент начинает кипеть более интенсивно. Перегрев хладагента увеличивается, и, соответственно, растет температура термобаллона. Возросшее давление в баллоне воздействует на мембрану и открывает проходное сечение ТРВ, увеличивая подачу хладагента в испаритель и восстанавливая состояние равновесия.

При уменьшении температуры наружного воздуха процесс идет в обратную сторону: ТРВ прикрывается и уменьшает подачу хладагента в испаритель.

С помощью регулировочного винта можно изменять настройку ТРВ.

Однако при изменении гидравлического сопротивления испарителя вследствие изменений условий работы климатической инфраструктуры ТРВ с внутренним уравниванием не позволяет точно поддерживать постоянное давление испарения на выходе. В климатических системах средней и большой мощности применяют ТРВ с внешним уравниванием (рис. 1.8.13), в котором давление замеряется не за клапаном, а на выходе из испарителя с помощью дополнительной управляющей трубки. Благодаря такому подключению, ТРВ обеспечивает стабильное поддержание давления испарения и перегрева при переменном гидравлическом сопротивлении в испарителе.

Четырехходовой клапан

Четырехходовой (реверсивный) клапан применяется в кондиционерах, имеющих как режим охлаждения, так и режим обогрева, и служит для переключения между этими режимами (реверсирования цикла). Схема работы четырехходового клапана отображена на рис. 1.8.14.

В режиме охлаждения (а) обмотка соленоида обесточена и управляющий клапан соединяет левую полость поршня клапана с линией всасывания перед компрессором. Поршень смещен влево и соединяет выход компрессора с теплообменником наружного блока, в вход — с теплообменником внутреннего блока.

В режиме обогрева (б) электропитание подается на обмотку соленоида и управляющий клапан соединяет правую полость поршня с линией всасывания перед компрессором. Поршень смещается вправо и соединяет выход компрессора с теплообменником внутреннего блока, а вход — с теплообменником наружного блока.

Описанная схема работы четырехходового клапана предполагает подачу тока на обмотку соленоида только в режиме обогрева. Однако существуют разновидности четырехходового клапана, в которых обмотка соленоида запиты-вается. наоборот, только в режиме охлаждения.

Электромагнитный клапан

Электромагнитные клапаны (ЭК) предназначены для перекрытия отдельных участков контура циркуляции хладагента. Схема ЭК отображена на рис. 1.8.15. При замыкании электрической цепи клапана под действием магнитного поля катушки 1 электромагнита в нее втягивается сердечник 3, вследствие чего открывается проходное отверстие клапана. При размыкании электрической цепи ЭК сердечник электромагнита под действием силы пружины опускается, перекрывая проходное отверстие.

Обратный клапан

Обратный клапан (рис. 1.8.16) позволяет хладагенту течь только в одном направлении. При возникновении возвратного потока хладагента шток клапана перекрывает его проходное сечение.

Ресивер

Ресивер или отделитель жидкости (рис. 1.8.17) устанавливают перед компрессором, чтобы исключить попадание жидкого хладагента в компрессор при изменении режима работы кондиционера с охлаждения на обогрев и обратно. В англоязычной технической документации он обозначается «accumulator» и иногда переводится на русский язык также как «аккумулятор», хотя этот термин имеет устоявшийся электротехнический смысл.

Накопитель хладагента

Изменения объема хладагента в контуре климатической инфраструктуры, вызванные процессами конденсации и испарения, могут привести к уменьшению производительности кондиционера. Для компенсации этих изменений в резервуаре накопителя (рис. 1.8.18) имеется нето дополнительное количество хладагента.

Фильтр-осушитель

Вода плохо растворяется в хладагентах климатических систем, а присутствие свободной влаги может вызвать коррозию металлических частей, пробой электрической изоляции электрических компонентов, ухудшение смазки и другие отклонения от нормальной работы кондиционера. Для осушения контура циркуляции хладагента применяются фильтры-осушители (рис. 1.8.19), подобные тем, что используются в холодильных системах. Фильтр-осушитель может быть заполнен насыпным адсорбентом влаги, либо иметь внутреннюю кассету, содержащую адсорбент.

Сеточный фильтр

Попадание пыли, металлической стружки или иных загрязнений в контур циркуляции хладагента может привести к засорению капиллярной трубки, клапанов и других элементов конструкции кондиционера. Для улавливания этих загрязнений применяются фильтры из тонкой металлической сетки (рис. 18.20).

Глушитель

Глушитель служит для уменьшения шума, связанного с пульсациями выходящего из компрессора хладагента. Традиционный глушитель представляет собой полую цилиндрическую емкость (рис. 1.8.21). Как будет отображено в конце данного параграфа, в современных кондиционерах с рекордно низким уровнем шума применяются более компактные глушители специальной конструкции, с резким расширением и последующим сужением потока.

Дренажный насос

При работе кондиционера в режиме охлаждения на поверхности испарителя происходит конденсация влаги из окружающего воздуха. По специальной дренажной трубке производится вывод конденсата в дренажный поддон или непосредственно в систему его удаления (канализацию, на улицу и т. д.). В крупных климатических системах, где объем образующегося конденсата велик, в качестве вспомогательного оборудования применяются дренажные насосы (помпы), позволяющие эффективно откачивать конденсат. Один из вариантов конструкции такого насоса отображен на рис. 1.8.22. Крыльчатка насоса, приводимая в движение электродвигателем, создает напор, достаточный для вывода конденсата на уровень, превышающий уровень расположения емкости для сбора конденсата. Насос может иметь датчик уровня конденсата в дренажном поддоне либо включаться в работу одновременно с включением кондиционера в режиме охлаждения.

Вентилятор наружного блока

В наружных блоках сплит-систем применяются вентиляторы осевого типа с 3...6 лопастями (рис. 1.8.23), в которых воздух не меняет направления своего движения. Статическое давление, создаваемое такими вентиляторами, невелико, но они обеспечивают достаточную производительность при работе и, как следствие, эффективную теплоотдачу на пластинах теплообменника наружного блока.

При необходимости изменения направления воздушного потока применяются реверсивные вентиляторы (реверс осуществляется изменением направления вращения вала на обратное). При этом принимаются меры по улучшению их реверсивных свойств, обеспечивающие идентичность характеристик при обоих направлениях движения воздуха за счет совершенствования формы лопастей. Для улучшения акустических характеристик вентилятора уменьшают количество лопастей до трех, придавая им большую ширину.

Для того, чтобы снизить гидравлические потери и шум при работе вентилятора, связанные с отрывом пограничного слоя на его лопастях, фирмы-производители совершенствуют аэродинамику вентиляторов. taK, в сплит-системах Panasonic применен реверсивный вентилятор с лопастями в виде крыла чайки, которые более эф фективно перемещают воздух.

На поверхности лопастей выполнены углубления (рис. 1.8.24), благодаря которым происходит турбулизация пограничного слоя и вследствие смещения точки отрыва пограничного слоя снижается гидравлическое сопротивление лопасти1. Эти меры позволили снизить уровень шума при работе вентилятора.

Вентилятор внутреннего блока

Во внутренних блоках сплит-систем применяются вентиляторы с крыльчаткой тангенциального типа, поток воздуха в которых поступает в крыльчатку с одной стороны, а выходит с другой, изменив направление своего движения.

Поперечное сечение такого вентилятора отображено на рис. 1.8.25. Срыв потока с кромок лопаток крыльчатки приводит к образованию ядра завихрения, служащего источником шума и гидравлических потерь устройства. Для обеспечения максимального акустического комфорта при работе сплит-инфраструктуры и максимальной дально бойности воздушной струи фирмы-производители уделяют большое внимание отработке конфигурации направляющего аппарата.

В ряде моделей кондиционеров Daikin и Toshiba крыльчатка вентилятора имеет переменный шаг лопастей, что исключает возможность возникновения резонансных частот и связанного с ними шума.

На рис. 1.8.26 отображена картина течения воздуха в тщательно спрофилированном воздушном тракте внутреннего блока сплит-инфраструктуры LG. Совершенствование аэродинамики позволило снизить шум при работе внутреннего блока до уровня 26...27 дБ, что соответствует уровню шепота, слышимого на расстоянии порядка 3 м.

Конструкторы внутренних блоков сплит-систем стараются увеличить диаметр крыльчатки вентилятора, чтобы при том же расходе воздуха снизить его скорость.

Чтобы избежать возникновения пульсаций воздушного потока на резонансных частотах, лопатки вентилятора располагают под разными углами к оси вращения. Эти приемы, а также минимизация отрывных зон в воздушном тракте, наличие таких элементов конструкции, как глушитель, амортизирующие опоры компрессора, звукопоглошающие фетровые панели и т. д., служат решению задачи ослабления шума, возникающего при работе кондиционера. Для большинства бытовых кондиционеров уровень шума внутреннего блока составляет 26...36 дБ, наружного блока — 38...54 дБ. Каждый из режимов работы кондиционера имеет свой уровень шума.

Многие производители в каталогах приводят уровень шума кондиционера для трех скоростей вращения крыльчатки вентилятора внутреннего блока — низкой, средней и высокой. При оптимальной проработке всех элементов внутреннего блока эти значения могут составлять примерно 27–31–34 дБ соответственно.

Рекордными показателями на сегодняшний день являются звуковые характеристики инвер-торных сплит-систем Mitsubishi Electric:

— 22 дБ на низкой скорости вращения вентилятора (модель MSZ-G09SV производительностью 9000 БТЕ/ч);

— 25 дБ на низкой скорости вращения вентилятора (модель MSZ-G129SV производительностью 12000 БТЕ/ч).

Такое значение уровня шума достигнуто за счет оптимизации конструкции внутреннего блока: увеличения диаметра крыльчатки вентилятора, применения теплообменника, состоящего из четырех секций, заново спрофилированной геометрии выходного воздушного сопла (рис. 1.8.27).

В сплит-системе Mitsubishi Electric производительностью 12000 БТЕ/ч используется ротационный компрессор с двойным ротором, благодаря чему снижаются вибрация и шум наружного блока.

Сообщается, что для внутреннего рынка Японии фирмой Mitsubishi Electric разработана модель с уровнем шума 19 дБ. Поскольку при уровне шума ниже 22 дБ основным его источником становится не истекающий в комнату воздух, а циркулирующий в контуре инфраструктуры хладагент, рекордно низкий уровень шума был достигнут благодаря применению специальных глушителей в контуре циркуляции хладагента. На рис. 1.8.28 отображен разрез глушителя, представляющего собой камеру с резким расширением потока перед гидравлическим сопротивлением и столь же резким последующим сужением потока до прежнего проходного сужения.

В табл. 1.8.1 приведены присущие уровни шума для различных типов помещений, относительно которых можно оценить уровень шума современных кондиционеров.

Таблица 1.8.1. Уровни шума

Уровень шума, дБ	Пример	Тип помещения
70	Шумная улица, громкий разговор на расстоянии до 3 м	Машинописное бюро, крупный офис
60	Уровень уличного шума, не мешающий спать при открытых окнах	Средний офис
50	Разговор на расстоянии до 3 м	Малый офис
40	Разговор на расстоянии до 10 м	Комната для переговоров
30	Шепот на расстоянии 3 м	Спальное помещение
20	Тихий сад	Практически бесшумное помещение