07. fejezet – Elpárologtatók

Ha egy hűtőkamra nem tartja a hőmérsékletet, egy klíma „nem hűt eleget”, vagy egy folyadékhűtő fagyvédelemre áll ki, a szerelő első útja gyakran az elpárologtatóhoz vezet. Deres a blokk? Eltömődtek a lamellák? Kevés a légáram? Nem olvad le tisztára? Elfogyott a víz áramlása? Ezek a kérdések mind az elpárologtató működéséből következnek – ezt a működést kell értened ahhoz, hogy jó választ adj.

A fejezet a 2. fejezetre épít: a telítési nyomás–hőmérséklet összefüggést (2.3), a túlhevítés fogalmát és mérését (2.4), valamint a log p–h diagram fajlagos hőelvonását (2.6) itt már ismertnek tekintjük.

7.1 Az elpárologtató feladata; túlhevítés az elpárologtató végén

Mit csinál az elpárologtató?

Az elpárologtatóba a fojtás után nedves gőz lép be: a közeg egy része a nyomásesés miatt már a szelepben elgőzölgött – a 2.a mintapéldában kb. 23 %-a –, a többi folyadék (a 2.6 pont körfolyamatának 4. pontja). A folyadék az elpárologtatóban a hűtött közegtől felvett hő hatására elforr; az utolsó csepp elpárolgása után a száraz gőz tovább melegszik, és túlhevített gőzként távozik a kompresszor felé (7.1. ábra).

Az elpárologtató működéséhez három dolognak kell egyszerre teljesülnie:

• A hűtőközegnek hidegebbnek kell lennie a hűtött közegnél. Ha nem az, a hő nem áramlik a hűtőközeg felé. Az elpárolgási hőmérséklet ezért mindig a hűtött levegő vagy víz hőmérséklete alatt van.
• A kompresszornak el kell szívnia a keletkező gőzt. Az elpárologtató az a tér, amelyet a kompresszor kis nyomáson tart; ha annyi gőzt szív el, amennyi keletkezik, a nyomás – és vele az elpárolgási hőmérséklet – állandó (2.5 pont).
• Az adagolónak pontosan annyi folyadékot kell beadagolnia, amennyi el is tud forrni. Ezt a feladatot az expanziós szelep látja el (6. fejezet).

Miért kell túlhevítés az elpárologtató végén?

A hatósági tananyag szerint az adagoló szabályozásának célja, hogy az elpárolgás az elpárologtatóban menjen végbe, onnan folyadék ne lépjen ki, és közben a teljes rendelkezésre álló felület az elpárolgást szolgálja. Ezt a két követelményt a túlhevítés egyetlen számmal megmutatja:

• Ha van túlhevítés, az utolsó csepp is elforrt az elpárologtatón belül – a kompresszorba nem jut folyadék (folyadékütés, 2.4 pont).
• Ha a túlhevítés kicsi, az elpárologtató csőkígyójának nagy része forrási szakasz, vagyis jól kihasznált. A mestervizsga-jegyzet ezt így indokolja: csak a folyadék elpárolgásával lehet sok hőt elvonni, a gőz túlhevüléséhez jelentéktelen hőmennyiség tartozik.

A túlhevítési szakasz tehát „rosszabb minőségű” hőcserélő-felület. A forrásaink szerint a kilépés előtti szakaszban a nagy gőztartalom miatt romlik a cső belső falának nedvesítése, és ezzel erősen csökken a hőátadás. Minél hosszabb a túlhevítési szakasz, annál kisebb a teljes elpárologtató teljesítménye.

Hol méred a túlhevítést?

A túlhevítést a hatósági tananyag definíciója szerint az elpárologtatóból kilépő szívócsövön méred: a csőhőmérsékletből levonod a szívócsőben mért nyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletet (2.4 pont, 2.c mintapélda). Két gyakorlati megjegyzés:

1. A szívóvezetékben a közeg nyomása tovább csökken, és a környezetből hőt vesz fel, ezért a kompresszor előtt mért gőz melegebb, mint az elpárologtató kilépésénél. Ha a mérést a kompresszornál végzed (például egy split klíma kültéri egységén), az eredmény a szívóvezeték felmelegedését is tartalmazza.
2. Zeotrop keveréknél a túlhevítést a harmatponti hőmérséklethez számolod (2.4 pont).

7.2 Száraz és elárasztott elpárologtató

Az elpárologtatókat két, egymástól független szempont szerint csoportosítjuk:

• a hűtött közeg szerint: levegőt hűtő (7.3 pont) és folyadékot hűtő (7.4 pont);
• az elpárolgás folyamata szerint: száraz és elárasztott rendszerű.

Egy készülék tehát mindkét csoportból kap egy jelzőt: például száraz rendszerű, levegőt hűtő elpárologtató egy hűtőkamra léghűtője, elárasztott rendszerű, folyadékot hűtő egy nagy ipari vízhűtő elpárologtatója. A hatósági tananyag szerint mindkét kialakításnál ugyanaz a három követelmény: nagy hőátbocsátás, kis hűtőközeg-oldali nyomásesés és kevés hűtőközeg az elpárologtatóban.

Száraz rendszerű elpárologtató

A hatósági tananyag ettől független felosztást is használ: közvetlen elpárologtatás, ha a hűtőközeg magát a hűtött levegőt hűti, és közvetett, ha egy közvetítő folyadékot (7.4 pont). Egy száraz rendszerű elpárologtató tehát közvetett rendszerben is dolgozhat – például egy folyadékhűtőben.

Előnyei a forrásaink szerint: kis hűtőközeg-töltet, és olajban oldódó hűtőközegnél biztos olajvisszavezetés – a gőz végigsöpör a csövön, és magával viszi az olajat a kompresszorba. Ezért ez a kialakítás az általános a szakfelügyelet nélküli, automatikus berendezésekben: klímákban, hűtőbútorokban, kamrahűtőkben, a hatósági tananyag szerint a hőszivattyúkban is. Hátránya, hogy az átlagos hőátadása kisebb, mint az elárasztotté, mert a kilépés előtti szakaszban – ahogy a 7.1 pontban láttuk – romlik a nedvesítés.

Elárasztott rendszerű elpárologtató

A hatósági tananyag két változatát írja le. A részleges elpárolgású kivitelnél a fojtás után keletkező gőzt egy folyadékleválasztóban elválasztják, és az közvetlenül a kompresszorhoz megy; az elpárologtatóba csak a folyadék lép be, és nedves gőzként tér vissza a leválasztóba. A nagyterű forrású kivitelnél a hűtött folyadék csövekben áramlik, a hűtőközeg pedig a csövek és a köpeny közötti térben forr (7.4 pont). A 7.2. ábra a két alapelvet hasonlítja össze.

7.1. táblázat. A száraz és az elárasztott elpárologtató összehasonlítása ([T] 3.2.1–3.2.2, [R2] 23.4).

Nagy ipari rendszerekben harmadik megoldásként a folyadékot hűtőközeg-szivattyú is keringtetheti az elpárologtatókon át (recirkulációs rendszer). Ezekkel a rendszerekkel a szerelő ritkábban találkozik; az úszós szabályozókat a 6.6 pont, a folyadékleválasztót a 8.2 pont tárgyalja.

7.3 Levegőt hűtő elpárologtató: lamellás hőcserélő, ventilátor, légáram

Miért bordázott a léghűtő?

A levegőt hűtő elpárologtatót röviden léghűtőnek is nevezik. A legtöbb léghűtő száraz rendszerű; elárasztott léghűtő főleg nagy ipari rendszerekben fordul elő.

A léghűtő tervezésének fő gondja a levegőoldali hőátadás. A Rabi-jegyzet szerint a levegőnél egy-két nagyságrenddel kisebb hőátadási tényező érhető el, mint a forrásban lévő hűtőközeg oldalán. Ha a csőnek csak a sima külső felülete adná át a hőt, nagyon hosszú csőkígyó kellene. A megoldás a felületnövelés: a csövekre vékony fémlemezeket, bordákat húznak (2.8 pont, hőátadás). Ugyanezen forrás szerint a bordázással a levegőoldali felület akár a hússzorosára is növelhető.

A hatósági tananyag szerint a kényszerített áramoltatású léghűtők csövei általában 10–18 mm-es vörösréz-, alumínium- vagy acélcsövek, a bordák alumíniumból vagy acélból készülnek, 4–16 mm-es bordaközzel. A Rabi-jegyzet a réz cső – alumínium borda párosítás mellett az alumínium–alumínium kivitelt is említi; az alumínium mellett a jó hővezetés, a könnyű megmunkálhatóság és a korrózióállóság szól.

A bordák sűrítésének határa van. Minél sűrűbbek, annál kisebb helyen elfér ugyanakkora felület – de annál nagyobb a levegő áramlási ellenállása, és annál könnyebben záródik el a rés kondenzvízzel vagy dérrel (7.5 pont).

Természetes és kényszerített légáramlás

7.2. táblázat. A levegőt hűtő elpárologtatók fő típusai ([T] 3.2.3, [K] I/3.3, [R2] 23.1–23.3).

A természetes áramlású (csendes) léghűtőnél a levegőt csak a lehűlő és ezért lefelé süllyedő levegő mozgatja. Csendes, de a hőátadása gyenge: a Rabi-jegyzet a csendes battériák hőátbocsátási tényezőjét 25–50 kJ/(m²·h·°C)-ra, vagyis kb. 7–14 W/(m²·K)-re teszi, a hatósági tananyag egy szabadtéri, természetes áramlású alumínium léghűtőre 6–9 W/(m²·K)-t ad. (A két érték nem ugyanarra a készülékre vonatkozik, de a nagyságrend egyezik.) Összevetésül: egy folyadékot hűtő csőköteges elpárologtatónál a hatósági tananyag 400–800 W/(m²·K)-t említ (7.4 pont). Ezért a csendes léghűtő nagy és fajlagosan drága, elhelyezésénél pedig alapkövetelmény, hogy a levegő szabadon áramolhasson körülötte.

A kényszerített áramlású, ventilátoros léghűtőnél a ventilátor jelentősen javítja a levegőoldali hőátadást, és ezzel a teljes hőátbocsátást – cserébe villamos energiát fogyaszt. A ventilátor a blokk előtt (nyomott kivitel) vagy mögött (szívott kivitel) lehet; a hatósági tananyag szerint a szívott kivitelnél egyenletesebb a levegő sebessége a blokk homlokfelületén, jobb a felület kihasználása és kisebb a zaj. Nagyobb légsebességnél javul a hőátadás, de nő a légellenállás és a ventilátor teljesítményfelvétele is.

Több járat és a hűtőközeg-elosztó

Egy nagyobb léghűtőben egyetlen csőkígyó túl hosszú lenne: a hűtőközeg-oldali nyomásesés miatt az elpárologtató végén jóval kisebb lenne a nyomás és a hőmérséklet, mint az elején. Ezért a korszerű lamellás léghűtők többjáratúak: a csőkígyót több, párhuzamosan kapcsolt járatra bontják. A járatok közé az expanziós szelep után egy hűtőközeg-elosztó (disztribútor) kerül, amely a nedves gőzt egyenletesen osztja szét (7.4. ábra).

A Rabi-jegyzet szerint a párhuzamos szakaszok helyes működésének három feltétele van: mindegyik szakaszba azonos mennyiségű hűtőközeg jusson, azonos folyadék–gőz aránnyal, és a szakaszok hőterhelése is azonos legyen. Az első kettőt az elosztó és az azonos hosszú, azonos átmérőjű elosztócsövek biztosítják. Az elosztó és az elosztócsövek nyomásesése akkora, hogy ilyenkor külső nyomáskiegyenlítésű expanziós szelep kell (6.4 pont).

Nedves levegő hűtése: kondenzvíz és dér

A léghűtő ritkán hűt száraz levegőt: a levegő mindig tartalmaz vízgőzt. Hogy ebből mi lesz a hideg felületen, azt a harmatpont dönti el.

A hatósági tananyag szerint ha a léghűtő felületi hőmérséklete a levegő harmatpontja alatt van, a hideg felületre nedvesség csapódik le, a levegő pedig hűl és szárad is. Ha a felület 0 °C alatti, a kivált nedvesség dérként fagy a felületre, és ott is marad (7.5. ábra).

Ebből három gyakorlati következmény adódik:

1. A kondenzvizet el kell vezetni. A léghűtő alatt csepptálca gyűjti, onnan lefolyóvezeték viszi el. A kondenzvíz-elvezetés szerelését a 15.6 pont tárgyalja.
2. A hűtőteljesítmény egy része a víz kicsapására fordítódik. A mestervizsga-jegyzet szerint a hűtőteljesítmény egy része a kondenzvíz-, illetve dérképződés miatt „elvész” – a levegő hőmérsékletét ez a rész nem csökkenti. A lecsapódó víz párolgáshőjét (rejtett hő, 2.2 pont) a hűtőkörnek kell elvonnia. Ezt a 7.c mintapélda számszerűen is megmutatja.
3. 0 °C alatti felületnél leolvasztás kell (7.5 pont).

7.4 Folyadékot hűtő elpárologtató: lemezes, köpeny-cső; fagyveszély és védelem

Mire való?

A folyadékot hűtő elpárologtató vizet vagy fagyálló folyadékot (glikolos vizet, sólét) hűt. A hatósági tananyag szerint jellemzően közvetett (indirekt) hűtési rendszerekbe építik: a hűtőgép egy közvetítő folyadékot hűt, és azt szivattyú szállítja a fogyasztókhoz – például fan-coilokhoz, légkezelőkhöz vagy technológiai hőcserélőkhöz. Ilyen a folyadékhűtő (chiller), és ilyen a levegő-víz hőszivattyú vízoldali hőcserélője is, amely hűtési üzemben elpárologtatóként dolgozik (20. fejezet).

A mestervizsga-jegyzet szerint a folyadékhűtők névleges teljesítményét általában +7 °C előremenő és +12 °C visszatérő vízhőmérsékletre adják meg („7/12-es” folyadékhűtő).

A hatósági tananyag szerint egy folyadékhűtő elpárologtatótól a következőket várjuk: nagy fajlagos felület, nagy hőátbocsátási tényező, kis nyomásesés, gazdaságos üzem, nagy üzembiztonság, könnyű tisztíthatóság, korrózióállóság és hosszú élettartam.

7.3. táblázat. A folyadékot hűtő elpárologtatók típusai. A hatósági tananyag a csőköteges, a merített és a lemezes, a mestervizsga-jegyzet a csőköteges, a lemezes és a koaxiális típust nevezi meg ([T] 3.2.4, [K] I/3.3).

Csőköteges (köpeny-cső) elpárologtató

A hatósági tananyag szerint száraz kivitelben a hűtőközeg a csőjáratokban forr, a víz a köpeny és a csövek közötti térben áramlik. A köpenytérbe épített terelőlemezek vezetik a vizet, és ezekkel állítják be a jó hőátadáshoz szükséges sebességet (a tananyag 0,5–0,8 m/s-ot említ). Elárasztott kivitelben fordított a helyzet: a víz a csövekben, fordítókamrákon át több járatban halad, a hűtőközeg a köpenytérben, a csövek külső felületén forr (7.6. ábra).

A hatósági tananyag általános jellemzésként azt írja, hogy a csőköteges elpárologtatóknál 5–6 K átlagos hőmérséklet-különbség mellett a hőáramsűrűség 2900–4800 W/m², a hőátbocsátási tényező 400–800 W/(m²·K) körüli. A konkrét értékeket mindig a gyártói adatlap adja meg. A tervezésnél gondoskodni kell a tisztítás, a leürítés és a légtelenítés egyszerű lehetőségéről.

Lemezes elpárologtató

A hatósági tananyag szerint a hűtőgépeknél és hőszivattyúknál folyadék hűtésére ma a lemezes hőcserélő a legelterjedtebb. Hullámosított, többnyire nemesacél lemezekből áll; két szomszédos lemez között keskeny csatorna alakul ki, és a két közeg csatornái váltakoznak: minden lemez egyik oldalán a hűtőközeg, a másikon a hűtött folyadék áramlik, ellenáramban (7.7. ábra).

Két kivitele van: a tömítéses (bontható, keretbe fogott) lemezes hőcserélő könnyen tisztítható; a forrasztott kivitel nem bontható. A Rabi-jegyzet szerint minden második lemezt 180°-kal elfordítva helyeznek be, így a lemezek hullámai (halszálka-mintázata) keresztezik egymást: a keresztezési pontokban a lemezek felfekszenek egymáson, ez merevíti a csomagot, és a közegeket térbeli áramlásra kényszeríti.

A hatósági tananyag szerint azonos teljesítményhez a lemezes hőcserélő hőátadó felülete a csőkötegesének 30–50 %-a, térfogata 10–20 %-a. Előnye ezért a kis méret, a kis belső térfogat és a kis hűtőközeg-töltet; hátránya, hogy a szűk csatornák érzékenyek a szennyeződésre – ennek a fagyveszélynél lesz jelentősége.

Fagyveszély: miért fagyhat el egy vízhűtő?

Egy 7/12-es folyadékhűtőben a víz 7 °C-on lép ki, a hűtőközeg pedig ennél hidegebben, néhány fokon forr. Ha valami miatt csökken a víz áramlása, a Q₀ = ṁ · c · Δt összefüggés szerint ugyanakkora hőelvonásnál a víz jobban lehűl (7.1 gyakorlat) – a hűtőközeg felőli falnál akár 0 °C alá. A hatósági tananyag szerint a hőcserélőben bekövetkező fagyás a hűtőberendezést károsítja.

A hatósági tananyag a fagyásnak három okát nevezi meg (zárójelben a gyakorlat tipikus példái):

• a folyadék tömegárama kisebb a tervezettnél (például szivattyúhiba, eltömődött szűrő, elzárt szelepek);
• az elpárologtató hűtőközeg-ellátása nem megfelelő (például túl alacsony szívónyomás vagy egyenetlen elosztás);
• lemezes hőcserélőnél a szennyeződés miatt egyes járatok elzáródnak, és bennük megszűnik az áramlás.

A hatósági tananyag egy esettanulmánya azt is megmutatja, hogyan vezethet a hidraulika fagyveszélyhez: egy irodaház folyadékhűtője áramlási, fagyvédelmi vagy alacsonynyomás-hibára állt ki, mert a fogyasztók zárószelepeinek zárásakor nagyon lecsökkent a vízáram és a keringő víz mennyisége. A megoldás a vízkör átalakítása volt (például hidraulikus váltóval). A vízoldali rendszer elemeit a 20.4 pont tárgyalja.

A fagyvédelem elemei

• Áramlásőr (áramláskapcsoló) vagy vízoldali nyomáskülönbség-kapcsoló: csak akkor engedi üzemelni a kompresszort, ha a vízkörben van áramlás (13.5 pont).
• Fagyvédő termosztát: a hatósági tananyag szerint érzékelője az elpárologtató legveszélyesebb helyén méri a folyadék hőmérsékletét, és veszély esetén leállítja a kompresszort.
• Kisnyomás-kapcsoló: a hatósági tananyag szerint az alsó nyomáshatárt úgy kell megválasztani, hogy a hozzá tartozó telítési hőmérséklet magasabb legyen a közvetítő közeg fagyáspontjánál – különben a hőcserélőben fagyás következik be.
• Elpárolgási nyomásszabályozó (EPR): a szívóvezetékbe építve alulról korlátozza az elpárolgási nyomást és hőmérsékletet; a hatósági tananyag szerint többek között a folyadékhűtőket védi a lefagyástól (8.5 pont).

Fagyálló folyadék

Ha a hűtött folyadéknak 0 °C közelébe vagy az alá kell hűlnie, vagy ha a vízkör télen fagypont alatti környezetben áll, vizet nem lehet használni. A mestervizsga-jegyzet szerint ilyenkor a rendszert le kell üríteni, vagy fagyálló folyadékkal (víz és fagyálló keverékével) kell feltölteni:

• etilénglikol – mérgező, ezért nem élelmiszeripari célokra;
• propilénglikol – nem mérgező, élelmiszeripari célokra;
• egyes sók oldatai.

A keverési arányt a legalacsonyabb várható hőmérséklethez kell választani, de a lehető legkisebb, még biztonságos aránnyal: a fagyálló rontja a hőátbocsátást, és ezzel a hűtő- vagy fűtőteljesítményt.

7.4. táblázat. Etilénglikolos víz fagyáspontja – a források eltérnek. A mestervizsga-jegyzet ([K] I/7.3) táblázata 15 %-tól jóval alacsonyabb fagyáspontot ad, mint a CoolProp 8.0.0 anyagjellemző-könyvtár vizes etilénglikol-modellje (ennek koncentrációja is tömegtört; a könyvtár beépített adatai szerint forrása Melinder, 2010). Az eltérés a biztonságtalan irányba mutat: a kisebb fagyáspont kevesebb fagyálló bekeverésére csábít.

7.5 Dértelenítés (leolvasztás): természetes, elektromos, forrógázos, körfordításos

Miért kell leolvasztani?

A 7.3 pontban láttuk: ha a léghűtő felülete 0 °C alatti, a levegő nedvessége dérként rakódik le. A dér rossz hővezető: már vékony rétegben is rontja a hőátadást, és a lamellák közötti rést is szűkíti, ezért csökken a légáram. A hatósági tananyag szerint a lerakódott dér miatt romlik a léghűtő – és a hőszivattyú – teljesítménytényezője, ezért a deret rendszeresen el kell távolítani, mégpedig leolvasztással; a mechanikus lekaparás nem célszerű. (A Rabi-jegyzet szerint régen a simacsöves, csendes battériákról kaparással távolították el a deret – ez a lamellás blokkon a lamellák sérülése miatt nem járható út.)

A hatósági tananyag szerint a leolvasztás időtartamát a dérréteg vastagsága, a felmelegítendő felület tömege, a leolvasztó teljesítmény fajlagos értéke, valamint a felület és a környezete közötti hőmérséklet-különbség és a hőátadás határozza meg.

Mekkora dér a sok?

A Rabi-jegyzet tájékoztató értékei szerint a simacsöves, csendes hűtésű elpárologtatón 10, esetleg 15 mm-es dérréteg is elviselhető; légcirkulációs simacsöves elpárologtatón legfeljebb 5–6 mm; bordás battériánál viszont már 1–2 mm-nél dérteleníteni kell. Bordázott csőnél a megengedhető dérvastagságot a bordák közötti szabad távolság 15 %-ára szokás felvenni (7.e mintapélda). Minél sűrűbbek a lamellák, annál kisebb dér is sok.

Ugyanezen forrás szerint a dér a légáramlás irányában elöl lévő csősorokon a legvastagabb. Ezért deresedő üzemre készült léghűtőnél elöl nagyobb a bordaköz, mint hátul: a Rabi-jegyzet szerint elöl 12–15 mm, hátul 8–12 mm alá nem célszerű menni. (A hatósági tananyag 4–16 mm-es bordaközt említ – ez minden léghűtőre vonatkozik, a deresedőkre a nagyobb értékek.)

A leolvasztás gyakoriságát a Rabi-jegyzet szerint a tárolt áru, a gyakori ajtónyitás és a kamra előterének hőmérséklete és páratartalma is befolyásolja: egy csomagolt árut tároló normál hűtőkamrát ritkábban és rövidebben kell leolvasztani, mint egy csomagolatlan árut fagyasztó kamrát.

1. Természetes leolvasztás (a hűtött tér levegőjével)

A hatósági tananyag szerint, ha a hűtött térben +2 °C-nál magasabb a hőmérséklet, a hűtés leállítása után a tovább működő ventilátor által keringtetett levegő olvasztja le a deret. Az olvadékvíz a csepptálcába folyik. Külön energia nem kell, de a módszer csak akkor működik, ha a ciklusok elég gyakoriak, és a dér nem vastagszik meg. A Rabi-jegyzet szerint ilyen alkalmazásban a ventilátor a kompresszor állásidejében is járhat, mert a viszonylag meleg kamralevegő folyamatosan leolvasztja a lerakódott deret.

2. Elektromos leolvasztás

A lamellák közé épített villamos fűtőbetét a blokkot belülről melegíti; a fűtés nem a dérréteget, hanem a lamellákat éri. A hatósági tananyag szerint ez lassú mód, ezért gyakran célszerű alkalmazni, hogy a dér ne vastagodjon meg – így viszont gyors, költséghatékony és megbízható. Egy ciklus menetét a 7.10. ábra mutatja.

1. Hűtés: a mágnesszelep nyitva, a kompresszor és a ventilátor jár.
2. Leszívatás: a mágnesszelep zár, a kompresszor tovább jár, és leszívja az
   elpárologtatóban maradt hűtőközeget (a ventilátor járatása gyorsítja).
3. Olvasztás: a kompresszor áll, a fűtés bekapcsol, a ventilátor áll.
4. Befejezés: a fűtést a véghőmérséklet-érzékelő (termosztát) kapcsolja ki;
   ha az nem jelez, a beállított maximális idő.
5. Lecsepegés, majd hűtés: a mágnesszelep nyit, a kompresszor indul, a
   ventilátor csak késleltetve, a lecsepegési idő után.

A hatósági tananyag a mélyhűtő kamrákra külön felhívja a figyelmet: nem szabad megfeledkezni a csepptálca és a lefolyóvezeték fűtéséről, és a lefolyót nem elég a kamrán belül fűteni – a kilépő szakaszt is fűteni kell. Tálcafűtést minden 0 °C alatti teremben érdemes alkalmazni – fűtés nélkül az olvadékvíz a tálcában vagy a lefolyóban megfagyhat.

3. Forrógázos (meleggázos) leolvasztás

A kompresszorból kilépő forró gőz – vagy annak egy része – a leolvasztandó elpárologtatóba vezetve, külön energiahordozó nélkül olvasztja le a deret. A Rabi-jegyzet szerint a leolvasztás energiáját a beáramló gőz túlhevítési és főleg kondenzációs hője fedezi: a forró gőz a hideg, deres csövekben lecsapódik. A hatósági tananyag és a Rabi-jegyzet egyaránt azt írja, hogy a módszer igazán a nagyobb, több elpárologtatós berendezéseknél gazdaságos.

A folyamat lépései a források szerint (7.11. ábra):

• az adagolás megszűnik (a folyadékági mágnesszelep zár);
• az elpárologtatót leválasztják a szívóoldalról;
• a nagynyomású oldalra kapcsolják: a meleggáz-mágnesszelep nyit, a forró gőz beáramlik;
• a keletkező folyadék (kondenzátum) és az olvadékvíz folyamatos elvezetéséről gondoskodni kell. A Rabi-jegyzet szerint a kondenzátum az elpárologtató belépő oldalán, a folyadékelosztó és az adagoló közötti csőszakaszon át távozik.

A hatósági tananyag szerint a meleggázt a nagynyomású folyadékgyűjtő gőzteréből vagy a nyomóvezeték vízszintes ágának felső részéről vezetik a léghűtőhöz (meleggáz-vezeték), a lecsapódott gázt pedig kondenzátumvezeték viszi el.

4. Körfordításos (irányváltásos) leolvasztás

Ha egy berendezésnek egyetlen elpárologtatója van, a forró gőz csak úgy jut be, hogy a hűtőközeg áramlási irányát megfordítjuk: a leolvasztás idejére az elpárologtató és a kondenzátor szerepet cserél. A deres elpárologtató kondenzátorként dolgozik – a benne lecsapódó gőz melegíti és leolvasztja –, a kondenzátor pedig elpárologtatóként a környezetből vesz fel hőt (7.12. ábra).

A Rabi-jegyzet szerint az irányváltást egy négyutas szelep végzi (8.4 pont), és mivel a hűtőkör mindkét irányban működik, két adagolószelep kell: hűtésben a kondenzátor oldali adagoló nem dolgozik, a folyadék a mellette lévő visszacsapó szelepes megkerülő ágon halad; leolvasztáskor fordítva. Ha a „kondenzátor” vízhűtésű, a forrás szerint a leolvasztás alatt a fagyveszély elkerülésére megfelelő vízáramot kell biztosítani – hiszen az ilyenkor elpárologtatóként a vizet hűti.

Ezt a leolvasztási módot a levegő-víz hőszivattyúknál is megtalálod: fűtési üzemben a kültéri hőcserélő az elpárologtató, a hatósági tananyag szerint ez üzemszerűen lefagy, és a gép forrógázos leolvasztással – irányváltással – olvasztja le. A hatósági tananyag egy esettanulmánya szerint egy levegő-víz hőszivattyú a leolvasztás alatt a melegvíz-oldalt használja elpárologtatóként; ha a vízkör túl kicsi (nincs megfelelő puffertároló vagy hidraulikus váltó), a víz a leolvasztás alatt annyira lehűl, hogy a gép – a lemezes hőcserélő fagyásától védve magát – idő előtt befejezi a leolvasztást. A hőszivattyús leolvasztást a 20.3 pont tárgyalja.

További módok

• Vizes leolvasztás: a hatósági tananyag szerint nagyipari módszer: egyenletesen terített vízáram olvasztja le a deret, és egyúttal tisztítja a felületet. Fagypont alatti térben nem javasolt, mert a visszamaradó víz megfagy.
• Termo-bank és közvetett leolvasztás: a hatósági tananyag szerint a léghűtővel párhuzamosan kapcsolt vízhűtésű kondenzátor elpárologtatóként a felmelegített víztömeg hőjét használja a leolvasztáshoz; a közvetett változatnál glikololdat melegíti a deres felületet és a csepptálcát.
• Megosztott hőcserélő: a mestervizsga-jegyzet szerint egyes VRF-kültéri egységek hőcserélője több részre osztott, és az egyik rész leolvasztása alatt a gép tovább fűthet.

7.5. táblázat. A leolvasztási módok összefoglalása ([T] 3.2.3.3, [R2] 23.7).

Mikor indul és mikor áll le a leolvasztás?

A leolvasztást régebben leolvasztó órák vezérelték; a Rabi-jegyzet szerint ma egyre inkább elektronikus szabályozók (paraméterezésük: 13.7 pont). A források szerint az indítás lehet:

• időzített: fix időközönként vagy az effektív üzemórák után;
• automatikus (adaptív): a hatósági tananyag szerint a szabályozó az előző leolvasztás hosszából számolja ki, mikor kell a következő; a Rabi-jegyzet az „eljegesedett üzemórák” mérésén alapuló vezérlést is említi;
• kézi: a szabályozón indított, cikluson kívüli leolvasztás.

A befejezés a hatósági tananyag szerint mindig automatikus: hőmérsékletre vagy időre. Elektromos leolvasztásnál a tananyag szerint a leolvasztás hosszát a hőcserélő-blokk hőmérsékletére kell szabályozni, és emellett be kell állítani egy maximális leolvasztási időt; ha ezt eléri, a szabályozó visszaáll hűtésre, és hibaüzenetet ad (ez a blokk túlzott elfagyására vagy fűtőszál-hibára utal). (Járműhűtőknél a hatósági tananyag példaként 8 °C-os bordahőmérsékletet említ a leolvasztás végére; a te géped értéke a gyártói beállítás.) A Rabi-jegyzet szerint a véghőmérséklet-érzékelőt az elpárologtató leghidegebb pontjához kell rögzíteni: a leolvasztás csak akkor álljon le, ha már ott is elolvadt a jég.

7.6 Hőátadás és teljesítmény – mintapélda

Három egyenlet, egy teljesítmény

Az elpárologtató teljesítményét a hatósági tananyag szerint háromféleképpen lehet felírni – és állandósult üzemben a három érték egyenlő:

1. A hűtőközeg által felvett hő:     Q₀ = ṁ_hk · (h₁ − h₄)
2. A hűtött közeg által leadott hő:  Q₀ = ṁ · c · (t_be − t_ki)
3. A hőátbocsátás:                   Q₀ = k · A · Δt_k

ṁ_hk     a hűtőközeg tömegárama, kg/s
h₁ − h₄  fajlagos hőelvonás, kJ/kg (2.6 pont)
ṁ        a hűtött közeg tömegárama, kg/s
c        a hűtött közeg fajhője, kJ/(kg·K)
k        hőátbocsátási tényező, W/(m²·K)
A        hőátadó felület, m²
Δt_k     közepes hőmérséklet-különbség
         (hűtött közeg – hűtőközeg), K

A szerelő számára a második egyenlet a legfontosabb: a hűtött közeg tömegáramát és hőmérséklet-változását meg tudod mérni, így a helyszínen kiszámolhatod, mennyit hűt valójában a gép. A harmadik egyenlet pedig megmagyarázza, mi rontja el ezt az értéket: ha a k csökken (szennyeződés, dér, olaj, fagyálló) vagy az A csökken (eltömődött lamellák, elzáródott járatok), ugyanakkora hőhöz nagyobb hőmérséklet-különbség kell – vagyis lejjebb megy az elpárolgási hőmérséklet.

Folyadékhűtőnél a víz fajhőjével (c = 4,2 kJ/(kg·K), 2.1. táblázat) számolsz; 1 m³ víz tömegét a gyakorlatban 1000 kg-nak veszed.

ṁ  = 1,8 m³/h · 1000 kg/m³ / 3600 s/h = 0,5 kg/s
Δt = t_be − t_ki = 12 − 7 = 5 K
Q₀ = ṁ · c · Δt = 0,5 · 4,2 · 5 = 10,5 kW

A közepes hőmérséklet-különbség

A 7.13. ábra a 7.a mintapélda folyadékhűtőjének hőmérsékleteit mutatja. A víz a belépésnél 12 °C, a kilépésnél 7 °C; a hűtőközeg végig kb. 3 °C-on forr. A két közeg közötti hőmérséklet-különbség tehát a hőcserélő elején 9 K, a végén csak 4 K – a hőátbocsátás egyenletébe ezek valamilyen közepes értéke kerül.

A gyakorlatban – becsléshez – a két különbség számtani közepével számolhatsz: (9 + 4) / 2 = 6,5 K. A pontos érték a logaritmikus közepes hőmérséklet-különbség, amely mindig kisebb a számtani középnél.

Δt_be = 12 − 3 = 9 K        Δt_ki = 7 − 3 = 4 K
Δt_k  = (9 − 4) / ln(9/4) = 6,17 K      (számtani közép: 6,5 K)
q     = k · Δt_k = 600 · 6,17 = 3700 W/m² ≈ 3,7 kW/m²
A     = Q₀ / q = 10 500 / 3700 = 2,84 m²
Lemezes hőcserélő (a csőköteges felületének 30–50 %-a):
A_lemezes ≈ 0,30 · 2,84 … 0,50 · 2,84 = 0,85 … 1,42 m²

Az elpárologtató és a kompresszor munkapontja

Az elpárolgási hőmérsékletet nem lehet egy csavarral „beállítani”: az az elpárologtató és a kompresszor egyensúlyából alakul ki. A hatósági tananyag szerint állandósult üzemben minden részegységen ugyanakkora hűtőközeg-tömegáram halad át, és a részegységek a külső feltételekkel (a hűtött közeg és a környezet hőmérsékletével) együtt határozzák meg a t₀ és a t_c értékét.

• Az elpárologtató annál többet tud hűteni, minél nagyobb a belépő hűtött közeg és a hűtőközeg közötti hőmérséklet-különbség – vagyis minél alacsonyabb t₀.
• A kompresszor annál többet hűt, minél magasabb t₀: nagyobb szívónyomásnál sűrűbb gőzt szív, nagyobb a tömegáram (2.7. táblázat).

A két jelleggörbe metszéspontja a munkapont (7.14. ábra).

Ebből érthető a hibakeresés egyik alapszabálya: ha az elpárologtató hőleadó képessége romlik (szennyezett vagy deres lamellák, leállt vagy lassú ventilátor, kevés víz a folyadékhűtőben), csökken a szívónyomás, és vele a hűtőteljesítmény. A hatósági tananyag is az elpárologtató elpiszkolódását és a hőt leadó közeg hőmérsékletének vagy tömegáramának csökkenését nevezi meg a túl alacsony szívónyomás okai között.

Levegőoldali teljesítmény: érzékelhető és rejtett hő

Léghűtőnél a levegő tömegáramát a légáramból számolod: a mestervizsga-jegyzet szerint nyári levegőre ρ = 1,2 kg/m³, a levegő fajhője a gyakorlatban c = 1 kJ/(kg·K). A levegő hőmérséklet-csökkenéséből azonban csak a hűtőteljesítmény érzékelhető részét kapod meg. Ha a léghűtő kondenzvizet is termel, a lecsapódott víz párolgáshőjét is el kell vonnia – ez a rejtett rész (2.2 pont).

ṁ_levegő = 600 m³/h · 1,2 kg/m³ = 720 kg/h = 0,2 kg/s
Érzékelhető rész:  Q_é = ṁ · c · Δt = 0,2 · 1 · (26 − 16) = 2,0 kW
Rejtett rész:      Q_r = ṁ_víz · r
                   Q_r = 1,2 kg/h · 2480 kJ/kg / 3600 s/h ≈ 0,83 kW
Összesen:          Q₀ ≈ 2,0 + 0,83 ≈ 2,83 kW

Kiválasztás: mit kell tudni egy elpárologtatóról?

A hatósági tananyag szerint az elpárologtató kiválasztásának első lépése a hűtési feladat meghatározása. A szerelő általában nem méretez, de egy cserénél vagy egy ajánlat ellenőrzésénél tudnia kell, milyen adatok kellenek:

• folyadékhűtőnél: a hűtött közeg és a hűtőközeg fajtája, a hűtött közeg belépő hőmérséklete és térfogatárama, az igényelt hűtőteljesítmény; a kiválasztott készüléknél a hűtőközeg-oldali térfogat és nyomásesés, a folyadékoldali áramlási ellenállás;
• léghűtőnél: a deresedés, a hűtőközeg, a hűtőteljesítmény, a hűtött tér hőmérséklete és relatív páratartalma, kényszerített áramlásnál a tér átöblítéséhez szükséges légáram; a készülék méretei, tömege, belső térfogata, hőátadó felülete, töltete, a ventilátor és a motor adatai, a hangnyomásszint.

7.7 Tisztítás, karbantartás, tipikus hibák

Tisztítás és higiénia

A hatósági tananyag (a járműklímák karbantartásánál) kiemeli, hogy az elpárologtatónál a hangsúly a külső tisztításon van: az elpárologtató az az egység, amelyen keresztül haladva a levegő az emberekkel találkozik, és a felületén kiváló kondenzvíz számtalan baktérium és fertőzés táptalaja lehet. Ezért az elpárologtatót, a csepptálcát és a kondenzvíz-elvezetést tisztítani és fertőtleníteni kell; a módszer (spray, hab, folyadék, ózonos vagy mechanikus tisztítás) a szennyezettségtől függ – a lényeg, hogy a fertőtlenítés megtörténjen.

Folyadékhűtőnél a vízoldal karbantartása a fontos: a mestervizsga-jegyzet szerint a vízkör szűrőinek tisztítása, a hatósági tananyag szerint a leürítés és a légtelenítés lehetősége, valamint a fagyvédelmi elemek (áramlásőr, fagyvédő termosztát) működésének ellenőrzése. Lemezes hőcserélőnél a szűk csatornák miatt a szennyeződés különösen veszélyes: a 7.4 pont szerint elzáródó járatokban fagyás indulhat meg.

Leolvasztó rendszernél a Rabi-jegyzet szerint karbantartáskor mindig ellenőrizni kell, hogy az elpárologtató tökéletesen tisztára leolvad-e – ellenkező esetben a forrás szerint a berendezés nem fog optimálisan működni. A hatósági tananyag szerint a leolvasztó rendszer működésének ellenőrzése a beszabályozás része is.

Tipikus hibák

7.6. táblázat. Az elpárologtatóval összefüggő tipikus hibák ([T] 4.8, 6.1.15.7, 7.9.4, 7.9.6, 7.9.8; [K] IV/1; [R2] 23.6, 28.4). A hibakeresés módszertanát a 17. fejezet tárgyalja.

Mintapéldák a leolvasztáshoz

t  = 4 ciklus · 0,5 h = 2 h
Q  = n · P · t = 1 · 2,4 kW · 2 h = 4,8 kWh/nap
Q₀ = Q / t_kompresszor = 4,8 kWh / 18 h ≈ 0,27 kW

δ_megengedhető ≈ 0,15 · s = 0,15 · 8 mm = 1,2 mm

Gyakorlatok

Összefoglalás

• Az elpárologtató felületi hőcserélő: a fojtás után belépő nedves gőz a hűtött közegtől hőt vesz fel, elforr, és kissé túlhevítve lép ki. A túlhevítés mutatja, hogy a folyadék az elpárologtatón belül elforrt-e, és hogy mennyire kihasznált a felület.
• Száraz rendszerű elpárologtató: kis töltet, biztos olajvisszavezetés, túlhevítés-szabályozás (TXV, EEV). Elárasztott: jobb hőátadás, nagy töltet, szintszabályozás, nincs túlhevítés.
• A léghűtők a kis levegőoldali hőátadás miatt lamellásak; a ventilátoros kivitel a legelterjedtebb. A többjáratú elpárologtatót elosztó táplálja, azonos elosztócsövekkel, külső nyomáskiegyenlítésű szeleppel.
• A harmatpont alatti felületen kondenzvíz, 0 °C alatt dér keletkezik; a kondenzvíz rejtett hője a hűtőteljesítmény része.
• Folyadékhűtésre csőköteges, lemezes és koaxiális elpárologtató szolgál. A fagyveszély fő oka a kevés vízáram; védelem: áramlásőr, fagyvédő termosztát, helyesen beállított kisnyomás-kapcsoló, elpárolgási nyomásszabályozó, szükség esetén fagyálló – amelynek arányát a gyártói táblázatból veszed.
• Leolvasztási módok: természetes, elektromos, forrógázos, körfordításos (és vizes). A leolvasztást a blokkhőmérséklet fejezze be, maximális idővel; mélyhűtő kamrában a tálca és a lefolyó fűtése is kell.
• A teljesítmény a hűtött közeg oldaláról mérhető: Q₀ = ṁ · c · Δt. A romló hőátadás (szennyeződés, dér, kevés légáram vagy vízáram) csökkenti a szívónyomást és a hűtőteljesítményt.

Ellenőrző kérdések

1. Mi történik a hűtőközeggel az elpárologtató belépésétől a kilépéséig? Miért nem lehet a túlhevített gőz melegebb a belépő hűtött közegnél?
2. Miért csökken az elpárologtató teljesítménye, ha a túlhevítés a gyártói célértéknél jóval nagyobb? És mi a veszélye a túl kicsi túlhevítésnek?
3. Hasonlítsd össze a száraz és az elárasztott elpárologtatót: hőátadás, töltet, olajvisszavezetés, adagoló!
4. Miért bordázzák a léghűtőket, és mi szab határt a bordák sűrítésének?
5. Mikor keletkezik a léghűtőn kondenzvíz, és mikor dér? Miért része a hűtőteljesítménynek a kondenzvíz?
6. Milyen okok vezethetnek egy lemezes folyadékhűtő elpárologtató elfagyásához, és milyen elemek védenek ellene?
7. Hasonlítsd össze az elektromos és a forrógázos leolvasztást! Miért kell az egyetlen elpárologtatós gépeknél irányváltás a forrógázos leolvasztáshoz?
8. Mit jelent, hogy az elpárolgási hőmérséklet az elpárologtató és a kompresszor egyensúlyából alakul ki? Hogyan változik a szívónyomás, ha az elpárologtató elszennyeződik?

Tudáspróba

1. Milyen állapotban hagyja el a hűtőközeg a helyesen működő száraz rendszerű elpárologtatót?

• a) Telített folyadékként.
• b) Kissé túlhevített gőzként.
• c) Nedves gőzként, kb. 50 % gőztartalommal.
• d) Utóhűtött folyadékként.

2. Melyik állítás igaz az elárasztott rendszerű elpárologtatóra?

• a) Kis hűtőközeg-töltettel dolgozik, ezért a legtöbb klímában ezt használják.
• b) Termosztatikus expanziós szelep adagol bele, a túlhevítés alapján.
• c) Az olaj magától, biztosan visszajut a kompresszorba.
• d) A hőátadó felületét folyadék borítja, ezért jobb a hőátadása.

3. Egy folyadékhűtőn 1,2 m³/h vízáramot mérsz, a víz 12 °C-ról 7 °C-ra hűl (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Mekkora a hűtőteljesítmény?

• a) 7,0 kW
• b) 25,2 kW
• c) 10,5 kW
• d) 4,2 kW

4. Egy léghűtő lamellái között 10 mm a szabad távolság. A Rabi-jegyzet szabálya szerint kb. mekkora dérvastagságnál kell leolvasztani?

• a) 10 mm
• b) 5–6 mm
• c) 1,5 mm
• d) 0,15 mm

5. Elektromos leolvasztásnál mi történik a fűtés bekapcsolása előtt?

• a) A mágnesszelep zár, és a kompresszor leszívja az elpárologtatót.
• b) A ventilátor nagy fordulatra kapcsol, hogy a légáram lefújja a deret a lamellákról.
• c) A négyutas szelep átvált, és forró gőz kerül a blokkba.
• d) A kompresszor leáll, a mágnesszelep pedig nyitva marad.

6. Mi a körfordításos leolvasztás lényege?

• a) A ventilátor a hűtött tér meleg levegőjét fújja a blokkra, a hűtés áll.
• b) A blokkra egyenletesen vizet terítenek, amely leolvasztja és egyúttal lemossa a deret.
• c) A hűtőközeg áramlási iránya megfordul, a deres elpárologtató kondenzátorként dolgozik.
• d) A lamellák közé épített villamos fűtőbetét belülről olvaszt.

7. Hogyan kell a hatósági tananyag szerint beállítani egy folyadékhűtő kisnyomás-kapcsolóját a fagyvédelem szempontjából?

• a) A lehető legalacsonyabbra, hogy részterhelésnél se álljon le feleslegesen.
• b) Pontosan a névleges elpárolgási nyomásra, hogy a gép a legkisebb terhelésnél is a tervezett hőmérsékleten álljon le.
• c) A kondenzációs nyomás felére.
• d) Úgy, hogy a kapcsolási nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet magasabb legyen a hűtött folyadék fagyáspontjánál.

8. Egy mélyhűtő kamra mennyezetén a léghűtő körül rendszeresen jég képződik. A leolvasztás fix 40 percig tart, blokkérzékelő nincs bekötve. Mi a legvalószínűbb ok?

• a) Túl kicsi a léghűtő bordaköze, ezért a dér gyorsan összenő a lamellák között.
• b) A fűtés a dér elolvadása után is tovább fűt, a blokkon maradt víz elpárolog, és a pára a mennyezetre fagy.
• c) Túl kevés a hűtőközeg, ezért a blokk nem elég hideg.
• d) A kamra ajtaja nem zár rendesen, ezért a beáramló meleg, nedves levegő páratartalma közvetlenül a mennyezetre fagy.

(Megoldások: B. függelék.)

A fejezet forrásai