Цикл с переохладителем-перегревателем

Какой из этих двух эффектов будет преобладать, зависит от скрытой теплоты парообразования и удельной теплоемкости хладагента. В случае высокой удельной теплоемкости пара увеличение производительности за счет повышенного перегрева перекрывает потери из-за уменьшения расхода циркулирующего хладагента. Сухое тепло и, следовательно, производительность, возрастают с ростом температуры всасывания. В случае высокой скрытой теплоты и низкой удельной теплоемкости увеличение перегрева не может возместить потери производительности из-за уменьшения расхода хладагента. С увеличением температуры всасывания скрытая теплота и производительность уменьшается.

Если температура испарения близка к 0°С, то при увеличении перегрева

• в случае аммиака производительность снижается;
• в случае R22 производительность не изменяется;
• в случае пропана, пропена, бутана, R134а, R410, R407С производительность несколько возрастает;
• в случае R404а и R507а производительность существенно возрастает.

Вместо перегрева пара в испарителе, пар перегревают в отдельном теплообменнике, охлаждая при этом конденсат. Более холодный конденсат будет меньше испаряться регулирующем вентиле. Термодинамически эти два способа эквивалентны, но есть и некоторые важные различия.

• Испаритель теперь может работать с обычным перегревом от 5 до 10 К.
• Необходим дополнительный теплообменник. Потери давления в нем могут перекрыть положительный эффект от перегрева-переохлаждения.
• Испаритель работает с хладагентом, имеющим более низкую концентрацию пара на входе и более низкий массовый расход, что может снизить коэффициент теплопередачи.
• Появляется возможность регулировать подачу хладагента в испаритель по перегреву в промежуточном теплообменнике. В этом случае испаритель может работать с гораздо более низким перегревом и даже с влажным паром на выходе без опасности гидравлического удара. Средняя разность температур и коэффициент теплопередачи также возрастают. Однако такое регулирование должно осуществляться с помощью электронного регулирующего вентиля. Обычные ТРВ в таком цикле часто работают нестабильно.
• ППТО, для которых характерна малая разность температур, хорошо подходят для применения в качестве промежуточного теплообменника. Однако если требуется перегрев всего лишь на несколько градусов, такой теплообменник будет слишком большим.

• Уменьшается количество циркулирующего хладагента, что важно для холодильных контуров с длинными линиями.
• Компрессор работает при значительно более высоких температурах, чем испаритель. В двухступенчатых системах это позволяет избежать проблем с маслом. Масло, подходящее для ступени с высоким давлением, при низких температурах, характерных для ступени низкого давления, становится слишком вязкими и теряет свойства смазки. Кроме того, при очень низких температурах могут стать хрупкими материалы, из которых изготовлен компрессор.
• Капли масла эффективно освобождаются от содержащегося в них хладагента. В противном случае масло со слишком большим содержанием хладагента могло бы ухудшить смазку компрессора. Эта проблема характерна для хладагентов, хорошо растворяющих масла. К ним относятся бутан, пропан, пропен и полностью хлорзамещенные углеводороды.
• Температура пара на выходе из компрессора возрастает. Это может быть достоинством для теплового насоса, который нагревает водопроводную воду за счет охлаждения пара хладагента, однако может привести и к нежелательному повышению температуры нагнетания. В этом случае пар следует охлаждать в промежуточном теплообменнике либо с помощью воды, либо впрыском жидкого хладагента, либо комбинацией обоих способов. Такой теплообменник показан на рис. 05.
• Пример. Пусть компрессор с рабочим объемом 1 м3/с сжимает пропен, имеющий температуру насыщения 3,5°С и перегретый на 5 К. Температура конденсации равна 43,5°С, а температура на выходе из конденсатора — 40,5°С. Плотность пара равна 13,291 кг/м3. Разность энтальпий на входе и выходе испарителя составляет 283,08 кДж/кг, т.е. производительность равна 13,291 х 283,08 = 3762,4 кВт.
• Теперь пусть испаритель изменен и перегревает пар до 23,5°С. Плотность пара снижается до 12,332 кг/м3. Если рабочий объем компрессора остался тем же, то массовый расход хладагента уменьшится и составит 12,322/13,291 = 92,7% от прежнего. Перегрев хладагента увеличивается на 15 К, а разность энтальпий составляет 308,33 кДж/кг, т.е. увеличивается на 8.9%. Несмотря на более низкий массовый расход паров, производительность возрастет с 3762,4 кВт до 12,322 х 308,33 = 3799,2 кВт.
• Так как испаритель обычно не может обеспечить перегрев 20 К, следует применить перегреватель-переохладитель. В нем пар перегревается от температуры 8,5°С до 23,5°С, на что затрачивается 25,25 кДж/кг. Соответственно, конденсат поступает в ТРВ с энтальпией, меньшей на 25,25 кДж/кг, и, следовательно, требует менее сильного расширения. Содержание жидкой фракции на входе в испаритель увеличивается на 0,0678 кг/кг.