Цикл с экономайзером мгновенного испарения

Принцип работы экономайзера основан на том, что он отбирает часть хладагента из основного потока после компрессора, но до конденсатора, и направляет его через дополнительный теплообменник (экономайзер). В этом теплообменнике хладагент испаряется, охлаждаясь за счет тепла, отбираемого от основного потока хладагента, который еще не конденсировался. Это приводит к тому, что хладагент поступает в испаритель более охлажденным, чем это было бы без использования экономайзера, что увеличивает эффективность теплообмена в испарителе и, как следствие, общую эффективность системы.

Использование экономайзера позволяет уменьшить энергопотребление холодильного оборудования, увеличить его производительность и продлить срок службы за счет снижения нагрузки на компрессор. Это особенно актуально для крупных промышленных холодильных систем и чиллеров, где даже небольшое повышение эффективности может привести к значительной экономии энергоресурсов.

Для экономайзеров в холодильных установках и чиллерах могут использоваться различные типы теплообменников, в зависимости от конкретных требований к системе, её конструкции и целей экономии энергии. Пластинчатые теплообменники являются одним из наиболее распространённых типов благодаря их высокой эффективности, компактности и возможности обеспечения эффективного теплообмена при относительно небольшом перепаде температур.

Пластинчатые теплообменники состоят из ряда тонких металлических пластин, между которыми проходят потоки хладагента (или другой рабочей среды), обменивающиеся теплом. Благодаря большой площади поверхности контакта и тонким пластинам, пластинчатые теплообменники обеспечивают высокую теплопередачу, что делает их идеальными для использования в качестве экономайзеров.

Хладагент, участвующий в основном цикле, может быть разделен (мысленно) на две части:

1. Одна часть расширяется и испаряется, ее давление изменяется от давления конденсации до давления испарения, в нашем примере эти давления соответствуют температурам 40°С и −30°С.
2. Вторая часть хладагента остается в жидком состоянии и охлаждается испарившейся частью от 35°С (хладагент уже охладился на 5 К в конденсаторе) до −30°С на стадии испарения.

Вместо того, чтобы сжимать весь пар 1) от −35°С до 40°С, теперь часть пара нужно будет сжимать лишь от 0°С до 40°С. Таким образом экономится энергия. Холодильный коэффициент возрастает, а температура пара на выходе из второго компрессора уменьшается. Этот цикл и его диаграмма представлены на рис. 03.

Такое промежуточное охлаждение с температурой испарения 0°С осуществляется в экономайзере. Оно может происходить непосредственно в отделителе жидкости — экономайзер с мгновенным испарением, см. рис. 03, или в специальном теплообменнике — экономайзер-испаритель, рис. 04.

Частично влажный пар, выходящий из экономайзера, см. рис. 3, поступает в промежуточную ступень двухступенчатого компрессора, где смешивается с паром, выходящим из первой ступени компрессора, и охлаждает его.

Холодильный цикл с экономайзером мгновенного испарения

Основное отличие от схемы с экономайзером-теплообменником, показанной на рис. 04, стр. 9, состоит в том, что здесь охлаждение жидкости происходит за счет мгновенного испарения в отделителе жидкости, а не в теплообменнике. Соответственно отличаются и стоимости установок. Следовательно, при сравнении необходимо учитывать разность в стоимости отделителя жидкости и теплообменника.

Такой отделитель жидкости должен быть довольно громоздким, поэтому чаще применяют более компактные испарители-экономайзеры. Как показано на рис. 04 компактный и эффективный ПТО может заменить сепаратор-экономайзер. С точки зрения термодинамики оба цикла работают по одному принципу. Предпочтительнее охладить высокотемпературный конденсат с помощью пара высокого давления, который затем будет проще сжать.

Цикл с испарителем-экономайзером