5.1.6. Методи скорочення необоротних втрат, пов’язаних із дроселюванням

Основним способом скорочення неооротних втрат пов’язаних із дроселюванням є охолодження рідкого холодильного агента перед дроселем. Для здійснення такого охолодження необхідно мати джерело теплоти, температура якого нижча температури навколишнього середовища. На рис.5.9 показана принципова схема і цикл у діаграмах Т-s і lgp-h холодильної машини з теплообмінником для охолодження рідкого холодильного агента перед дросельним вентилем. У цій схемі після конденсатора КД холодильний агент охолоджується в теплообміннику ТО водою. Вода, яка подається в теплообмінник, як правило, з артезіанських свердловин, має постіну температуру протягом року на рівні 14…16°С. Можна використати для такого охолодження й оборотну воду (або з водогінної мережі), при цьому вона спочатку пропускається через теплообмінник, а потім спрямовується у конденсатор.

Рис.5.9.Схема та цикл компресорної холодильної машини з переохолодженням рідкого холодильного агента перед РВ

З рис.5.9 очевидно, що при охолодженні робочої речовини перед дросельним вентилем (процес 3-4) його питома холодопродуктивність збільшується на , а робота циклу залишається незмінною. Холодильний коефіцієнт при цьому зростає

. (5.33)

Користуючи викладеним вище методом, можна показати, що необоротні дросельні втрати при охолодженні скорочуються і .

Ще більшого ефекту можна досягти, якщо робочу речовину перед РВ охолоджувати робочою речовиною, що кипить при такій же температурі, що й у випарнику машини. Така схема отримала назву холодильної машини з економайзером. На рис.5.10. показана схема такої машини. Після конденсатора рідка робоча речовина поділяється на два потоки, менший з яких дроселюється у РВ2 до тиску р₀ (процес 3-6) та надходить до економайзера Е, де кипить при температурі Т₀ (процес 6-1) охолоджуючи (процес 3-4) основний потік речовини, що прямує у випарник машини. Пара, яка утвориться у економайзері засмоктується компресором.

Необоротні втрати, пов’язані з відведенням теплоти від робочої речовини, у теплообміннику та економайзері можна не враховувати через їхню незначність. Під час зображення циклів з охолодженням рідкого робочого тіла нижче температури конденсації в Т-s діаграмі варто мати на увазі, що лінія процесу охолодження 3-4, що збігається з лівою граничною кривою, показана умовно, тому що ізобари в області рідини йдуть більш полого, ніж гранична крива. Однак така умовність практично не впливає на аналіз і результати розрахунку циклів.

Рис.5.10.Схема компресорної холодильної машини з економайзером

Охолодження рідкої робочої речовини перед дросельним вентилем можна здійснити, також, за рахунок холодної пари, що прямує з випарника у компресор, тобто застосувати регенерацію. Схема і цикл такої регенеративної холодильної машини показано на рис.5.11.

У цій схемі холодна пара робочої речовини, що виходить із випарника В (стан а), направляється в регенеративний теплообмінник РТО, де нагрівається (процес а-1) за рахунок охолодження робочої речовини, що прямує із конденсатора до регулювального вентиля РВ (процес 3-4). У результаті регенерації питома холодопродуктивність збільшується на величину ­­­­­­­­­­­­­­ , але одночасно збільшується і робота компресора на величину на Т-s діаграмі еквівалентну площі а-1-2-b .

Ефективність цього методу залежить від термодинамічних властивостей робочих речовин, які визначають співвідношення / . З цієї причини регенеративний цикл застосовується для робочих речовин, у яких великі втрати, пов'язані з дроселюванням, і малі – з перегріванням робочої речовини під час стискання. Такими робочими речовинами є більшість фреонів. Для робочих речовин із великими втратами від перегрівання, наприклад для аміаку, застосовують схему з водяним теплообмінником.

Більшість фреонів добре розчиняються у мастилі. З цієї причини в реальних фреонових холодильних машинах у схемі циркулює не лише холодильний агент, але й мастило. При відсутності перегрівання робочої речовини перед всмоктуванням, у компресор потрапляють краплини мастила, що містять розчинений холодильний агент, і, також можуть потрапляти, краплини рідкого холодильного агента. Потрапивши у порожнину стискання, температура

Рис.5.11. Схема та цикл парової холодильної машини з регенеративним теплообмінником

якої значно вища температури охолодного середовища, відбувається виділення фреону з краплин мастила, що зменшує корисний об’єм усмоктування. Краплини рідкої робочої речовини, що потрапляють з випарника у порожнини стискання, зменшують холодопродуктивність машини і можуть призвести до гідравлічного удару, наслідком якого буде руйнування компресора. Крім того, потрапляння краплин мастила і рідкої робочої речовини сприяє значній інтенсифікації теплообміну між парою і стінками порожнин стискання компресора, що призводить до додаткових втрат. Таким чином регенеративний теплообмінник дозволяє захистити компресора холодильної машини від гідравлічного удару та зменшити втрати у процесі стискання.