4.4. Методы сокращения необратимых потерь

Методы сокращения необратимых потерь в обратных циклах. Наличие необратимых потерь существенно увеличивает затраты энергии на получение искусственного холода, поэтому их сокращение имеет большое практическое значение. Рассмотрим методы сокращения необратимых потерь, связанных с дросселированием.

В цикле 1-2-3-4 (рис. 4.10) эти необратимые потери эквивалентны площади 0-3-а-4, коэффициент обратимости

Рис. 4.10. Сокращение необратимых потерь при дросселировании

Понизим температуру рабочего вещества перед дроссельным вентилем до состояния 3', тогда рабочее вещество будет совершать обратный цикл 1—2—3—3'—4'. В этом цикле по сравнению с циклом 1—2—3—4', увеличивается удельная холодопроизводительность, поэтому обратимым циклом будет цикл 1—2—b—4', а его работа lmin ~ пл. 1-2-b-4'. Необратимые потери , связанные с дросселированием, будут эквивалентны пл. О—З—b—4', т. е. уменьшаются, коэффициент обратимости при этом увеличивается:

Таким образом, понижение температуры рабочего вещества перед дроссельным вентилем ведет к сокращению необратимых потерь, однако для этого необходимо затратить дополнительную работу, либо использовать источник с более низкой температурой, чем окружающая среда. Поэтому решение о способе охлаждения рабочего вещества перед дроссельным вентилем необходимо принимать после технико-экономического расчета.

Второй вид необратимых потерь, который оказывает большое влияние на эффективность холодильной машины — это необратимые потери, связанные с теплообменом рабочего вещества и внешних источников. Как было показано ранее, эти потери уменьшаются с понижением разности температур при теплообмене. Этого можно добиться, увеличивая поверхность теплообмена, что, естественно, ведет к повышению капитальных затрат. Поэтому разность температур определяется на основе технико-экономических расчетов. Сократить разность температур в процессе теплообмена источника низких температур и рабочего вещества можно также, используя для отвода теплоты вместо одного обратного цикла два или несколько. Сравнительный анализ таких циклов показан на рис. 4.11

Рис. 4.11 Сокращение необратимых потерь в процессе теплообмена рабочего вещества и источника низкой температуры.

При использовании большего количества машин эффект будет значительнее, однако при этом возрастут капитальные затраты. Поэтому решение о применении данного способа необходимо принимать после технико-экономических расчетов.

В том случае, когда внешние источники имеют переменные температуры, весьма перспективным также является применение в качестве рабочего вещества неазеатропных смесей, которые, как известно, имеют переменные температуру кипения и температуру конденсации при постоянных давлениях. Это обстоятельство ведет к уменьшению разности температур в процессах теплообмена и, как следствие, к сокращению внешних необратимых потерь, что, естественно, повышает энергетическую эффективность холодильной машины.

Так, исследования, проведенные на кафедре холодильных машин и НПЭ СПбГАХПТ, показали, что при термической обработке продуктов на городском молочном заводе замена обычной холодильной машины на машину, работающую на смеси хладонов R12 и R11, позволяет сэкономить до 40% электроэнергии от общей мощности привода компрессоров.

Кроме того, одним из путей сокращения внешней необратимости является интенсификация процессов теплообмена.