Способы сокращения необратимых потерь циклов

1. Цикл с переохлаждением рабочего тела.

Необратимые потери, которые возникают при дросселировании можно уменьшить, применив переохлаждение рабочего тела. Схема и цикл холодильной машины с переохлаждением рабочего тела показаны на рис. 6.

Схема холодильной машины дополняется ещё одним теплообменным аппаратом – переохладителем жидкости (ПО), расположенным между конденсатором и дроссельным вентилем. В некоторых конструкциях переохлаждение происходит в самих конденсаторах.

Переохлаждение чаще всего применяют, когда для отвода теплоты имеется два источника, например: обычная речная вода и более холодная вода артезианских скважин; воздух и вода. В этом случае процесс переохлаждения () идёт за счёт теплоты более холодного источника.

Рис. 6. Схема и цикл холодильной машины с переохлаждением рабочего тела

Переохлаждение увеличивает холодопроизводительность машины

.

Так как, при этом, работа цикла не изменяется, то холодильный коэффициент увеличивается

.

2. Цикл с регенерацией теплоты.

В современных холодильных машинах, особенно фреоновых, вводится процесс регенеративного теплообмена между паром, выходящим из испарителя, и жидкостью, которая выходит из конденсатора. Схема и цикл холодильной машины с регенерацией теплоты показаны на рис. 7.

В теплообменнике (ТО) температура пара повышается (процесс ), а температура жидкости перед дросселированием снижается (процесс ).

В результате регенерации теплоты увеличивается холодопроизводительность

.

Одновременно увеличивается работа цикла (работа компрессора). Это увеличение эквивалентно площадке .

Рис. 7. Схема и цикл холодильной машины с регенерацией теплоты

В практических условиях регенерация теплоты не приносит выигрыша для большинства рабочих тел, однако для фреоновых холодильных машин регенерация выгодна, так как фреоновые машины допускают перегрев паров рабочего тела на всасывании – до °С, что приводит к увеличению холодильного коэффициента.

Нагрузка на теплообменник может быть определена из теплового баланса

.

3. Сокращение потерь цикла от перегрева пара при сжатии.

При интенсивном охлаждении стенок цилиндров компрессора процесс сжатия приближается к изотермическому, что приводит к сокращению величины необратимых потерь (процесс ). Цикл холодильной машины при интенсивном охлаждении стенок цилиндров показан на рис. 8.

Рис. 8. Цикл холодильной машины при интенсивном охлаждении стенок цилиндров

В реальных машинах стенки цилиндров охлаждаются водой или воздухом.

4. Сокращение потерь циклов от конечных разностей температур в теплообменных аппаратах.

Для сокращения необратимых потерь циклов от конечных разностей температур в теплообменных аппаратах необходимо увеличить их поверхность. Увеличение поверхности аппаратов приводит к росту металлоёмкости и стоимости, поэтому разность температур в теплообменных аппаратах рассчитывается экономически.

Экономически целесообразному перепаду температур в теплообменном аппарате соответствует наименьшая сумма расходов, отнесённая к единице произведённого холода.

Здесь всегда приходится сталкиваться с тем, что увеличение перепада температур вызывает возрастание энергетических затрат, но в тоже время способствует уменьшению затрат на оборудование.

Ориентировочная разность температур в теплообменных аппаратах для холодильной техники составляет величину около 10 °С, что существенно ниже чем в энергетических аппаратах, так как стоимость холода выше.