Filters for vapor compression machines

Abstract

To clean refrigerants from contaminants, mechanical depth filters are also used, in which filter elements are made of porous materials obtained by sintering, pressing or rolling metal powders, meshes or fibers, as well as their combination; from non-metallic porous materials (textiles, felt, paper, cellulose, plastic, mineral ceramics), as well as from combined porous materials, for example, from cermets.

Full Text

Для очистки хладагентов от загрязнений используются также механические глубинные фильтры, в которых фильтрующие элементы изготовляют из пористых материалов, полученных спеканием, прессованием или прокаткой металлических порошков, сеток или волокон, а также их комбинацией; из неметаллических пористых материалов (текстиль, войлок, бумага, целлюлоза, пластмасса, минералокерамика), а также из комбинированных пористых материалов, например из металлокерамики.

Основное преимущество фильтрующих элементов из порошковых пористых металлов — возможность получения тонкости очистки хладагентов до 1...2 мкм благодаря малому размеру пор, что достигается выбором размеров частиц исходных порошков и технологическими режимами производства фильтрующих элементов. Однако при уменьшении размера пор всегда значительно увеличивается гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента. Прочность фильтрующих элементов из порошковых пористых металлов невысока, что исключает их применение в системах с динамическим характером изменения параметров потока хладагента.

Пористые фильтрующие материалы из металлических волокон, получаемые их прессованием с последующим спеканием, обладают более высокой проницаемостью и прочностью, чем порошковые пористые металлы. Тонкость очистки хладагентов в фильтрующих элементах, изготовленных из металлических волокон, обычно составляет 10...20 мкм. Она зависит от пористости волокнистых материалов и диаметра волокон.

Пористые сетчатые фильтрующие материалы, получаемые прессованием или прокаткой пакета металлических сеток с последующим спеканием, обладают хорошими гидравлическими и физико-механическими характеристиками, высокой стойкостью к химически активным средам, технологичностью, а также способностью работать в условиях повышенной и пониженной температуры.

Пористые сетчатые фильтрующие материалы из тканевых сеток саржевого, трикотажного и других типов плетения позволяют получать фильтрующие элементы из пакетов, в состав которых входят металлические сетки как одного, так и различных типов и размеров. Они обеспечивают тонкость очистки хладагентов до 2...5 мкм, что достигается выбором сеток с соответствующими пористостью и размерами пор и технологических режимов их производства.

Неметаллические пористые материалы, получаемые прессованием, осаждением или плетением органических и минеральных материалов, также находят применение для изготовления фильтрующих элементов. Эти материалы (различные ткани, пористый фторопласт и т. п.) применяют при малых перепадах давлений хладагента на фильтрующем элементе. Основное преимущество их по сравнению с пористыми металлами — меньшая стоимость.

Гидравлический механический глубинный фильтр [ 1], обладающий повышенной прочностью и восстанавливаемостью первоначальных свойств (рис. 1), выполнен в виде обжатых по толщине фильтра и закрепленных в каркасе 1 рядов спиралей 2 из нержавеющей стали, смещенных одна относительно другой по горизонтали и вертикали. Так как в процессе загрязнения фильтра растет перепад давлений на фильтрующем элементе, предусмотрены достаточные его прочность и жесткость.

Рис. 1. Гидравлический механический глубинный фильтр с многослойным фильтрующим элементом из проволочных спиралей:1 — каркас; 2 — спирали

Высокую степень очистки хладагента обеспечивает механический глубинный фильтр [7] фирмы GKD-Gebruder Kufferath GmbH (Германия). Фильтр содержит фильтрующий элемент марки Gekuplate с высокой грязеемкостью, получаемый спеканием пяти слоев ткани, изготовленной из волокон нержавеющей стали. В зависимости от требований заказчика фильтрующий элемент задерживает частицы размером 1...150 мкм.

Минералокерамический фильтрующий элемент механического глубинного фильтра для очистки хладагента (рис. 2) [3] имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Очищаемый хладагент входит через сторону а, проходит через внутреннюю часть фильтра со сравнительно крупными порами, в которых задерживается значительная часть частиц загрязнений, и выходит через поверхностные слои на сторонах б, в, г, д,е с мелкими порами.

Рис. 2. Минералокерамический фильтрующий элемент механического глубинного фильтра

Фильтрующий элемент обеспечивает высокую степень очистки жидкого и парообразного хладагента (его можно изготовить с любой гарантированной тонкостью очистки). Кроме того, элемент допускает регенерацию путем прокаливания в потоке горячего газа или электрохимическим способом.

Повышенной тонкостью очистки отличается и многослойный фильтрующий элемент из комбинированных материалов (рис. 3) [2], состоящий из двух слоев 2 и 4, образованных холстом из скрученных пластмассовых волокон, пропитанных связующим веществом на основе бутадиенстирольного латекса, и расположенного между этими слоями армирующего слоя 3 из трикотажного полотна. Дополнительный волокнистый слой 7 из эластичного трикотажа помещен со стороны слоя 2.

Рис. 3. Многослойный фильтрующий элемент из комбинированных материалов:7-эластичный трикотаж; 2, 4-холст из скрученных пластмассовых волокон; 3 — армирующий слой из трикотажного полотна

Удобен в эксплуатации механический глубинный фильтр марки Ultradepth-11 фирмы Ultrafilter International AG (Германия) [4] с тонкостью очистки до 10 мкм. Фильтрующий элемент изготовлен из объемного высокопористого гомогенного полотна. Объем пор в нем составляет 95 %, что обеспечивает фильтру высокую грязеемкость при низком гидравлическом сопротивлении.

Большой ресурс работы имеют механические глубинные фильтры серии FL фирмы Enerpac and Со. (США) [5] с тонкостью очистки до 10 или 20 мкм, используемые в трубопроводных системах парокомпрессионных холодильных машин.

Для улавливания ферромагнитных частиц из жидкого хладагента применяются силовые магнитные фильтры, которые обычно комбинируют с каким-либо механическим фильтром. Конструктивная схема типового комбинированного фильтра с пластинчатым магнитным элементом показана на рис. 4. Фильтр размещен в корпусе 2, закрытом крышкой 7. Жидкий хладагент последовательно проходит через фильтрующий элемент 3 и пластинчатый магнитный элемент 5, после чего выходит через кольцевую камеру между этим элементом и немагнитным стержнем 4. Магнитный элемент фильтра задерживает мельчайшие ферромагнитные частицы, которые невозможно уловить механическими фильтрами.

Рис. 4. Комбинированный гидравлический фильтр с пластинчатым магнитным элементом:1 — крышка; 2 — корпус; 3 — фильтрующий элемент; 4 — немагнитный стержень; 5 — пластинчатый магнитный элемент

В гидравлическом фильтре фирмы Xalex and Со (США) [6] применен постоянный магнит на основе материала из редкоземельного металла, выполненный в форме винтовой спирали. Спираль охватывает снаружи корпус фильтра и притягивает металлические частицы размером до 20 мкм, содержащиеся в жидком хладагенте. При замене фильтра магнитная спираль легко переставляется на новый фильтр.

Анализ патентных материалов и научно-технической литературы промышленно развитых стран мира показывает, что основные тенденции развития фильтров для очистки хладагентов парокомпрессионных холодильных машин направлены на увеличение надежности и ресурса работы, снижение стоимости изготовления, повышение качества очистки, уменьшение гидравлического сопротивления, упрощение конструкции, применение новых высококачественных фильтрующих материалов и др.