Размеры теплообменников

Чтобы определить размеры теплообменников нужно ввести данные о
температурах, расходах, теплоносителях в любую программу
подбора от Альфа Лаваль, Свеп, Данфос и т. д.
Получите на выходе рекомендуемый.
Позже попробуем рассчитать вручную и не только ПТО.
А пока обратите внимание на массовый расход фреона:
1 случай - 150 кг/час t кипения -10 испаритель даёт 6 kW
2 случай - 170 кг/час t кипения 0 испаритель даёт 8 kW
Вроде все логично. Но надо проверить. Смотрим характеристики R22.
При -10 удельная теплота парообразования 213,13 кДж/кг
Умножаем на 150 кг, делим на 3600 получаем 8,88 kWh
При 0 205,36 * 170 / 3600 получаем 9,7 kWh

А куда делись 8,88-6 = 2,88 kWh в первом случае,
и 9,7-8 = 1,7 kWh во втором?
Ведь в испарителе фреон испарился - тепло отобрал,
в конденсаторе сконденсировался-отдал.
Считаем по конденсатору:
теплота выделяемая при конденсации + 55 148 кДж*150/3600 = 6 kWh
при конденсации +40 167кДж*170/3600 = 8 kWh
Вроде сходится.
В первом случае компрессор добавил 4 kW при сжатии - получилось 10.
Во втором случае компрессор добавил 2 kW при сжатии получилось тоже 10.
Смотрим что творится дальше после конденсатора.
Вроде все хорошо.
Переохлаждение обычное 5-7 градусов, больше чем достаточное для стабильной работы без всякого преждевременного вскипания, жидкий фреон заполняет небольшую часть конденсатора не мешая конденсации.
Но температура входящего в ТРВ жидкого фреона на 60 градусов превышает температуру кипения в первом случае и на 35 градусов во втором.
Уже вылетая из сопла ТРВ, фреон вскипает охлаждая сам себя.
При -10 теплота парообразования 213,13 кДж/кг, а жидкость имеет избыточную энтальпию 263,43-188,40=75 кДж/кг
35% фреона по массе должны превратиться в пар еще не коснувшись стенок испарителя и откачаться компрессором. Вот они наши 2,88 kW из 8,88.
Остальные 65% участвуют в полезной работе, кипя и охлаждая рассол.
Пар сразу занимает приличную часть объема испарителя, мешая теплообмену.
По мере выкипания по ходу парожидкостной смеси соотношение увеличивается, на выходе испарителя должен остаться только перегретый на 7-9 градусов пар, за этим следит ТРВ.
Получается совсем отвратительная ситуация если испаритель рассчитан исходя из теплоотдачи жидкого фреона. Когда там львиную долю поверхности омывает пар - о какой расчетной теплоотдаче можно говорить.
И компрессор совершенно бесполезно перекачивает раз за разом этот лишний объем в 3,43 м3/час ( 150 кг*0,35 / 15,304 кг/м3) потребляя энергию между прочим.

Выход сразу напрашивается такой:
Надо всего лишь снизить температуру жидкости на входе в ТРВ до температуры кипения.
В нашем первом случае необходимая объемная производительность компрессора снизится на 3,43 м3/час.
До 13-3,43= 9,6 м3/час.
Во втором случае эффект будет меньше (243-200)/205,36 = 20% по массе.
Лишний перекачиваемый объем 170*0,20/21,213 = 1,6 м3/час
9 - 1,6 = 7,4 м3/час
Но компрессоры уже ближе друг к другу.
Кроме того!
За счет лучшего заполнения испарителя жидким фреоном его не надо сильно переразмеривать из-за пара. Пар будет только на выходе, в зоне перегрева.
Которую тоже можно уменьшить применяя ЭТРВ или регенератор.
Вот дальше начинаются сложности из за которых в бытовых устройствах и не
хотят применять более сильное переохлаждение. Максимум регенеративный
теплообменник, чтобы убрать зону перегрева из испарителя.
А то что там уже на треть паров, хоть и просто насыщенных а не перегретых
-закрывают глаза.

То что должен быть отдельный теплообменник это понятно всем.
А где взять -10. В испарителе то есть, но нужно искать в другом месте.
Полезной среды с такой температурой под руками как раз то и нет.
Охлаждать уличным воздухом – выбросить на улицу 2,88 kW из 8,88.
Вот и получается что задача вроде простая, но сложная при серийном
изготовлении теплового насоса.
В каждом отдельном случае нужно свое решение.
Можно сделать двойной теплообменник-испаритель, где внутри
кипящего фреона охлаждающего рассол, проходит дополнительный
змеевик для переохлаждения жидкаря.
Надо рассчитывать и делать самому, в пластинчатый змеевик уже не засунуть.
Можно предварительно охлаждать входящим рассолом, затем выходящим.
Сразу выходящим как то жалко.
Надо 2 теплообменника и все равно не будет -10, а часть теплоты в итоге уходит в грунт.
Может вернуться а может и нет, если внизу водоносный слой.
В промхолоде решают проблему в двухкомпрессорных системах , с двумя разными температурами кипения.
У кого есть принудительная вентиляция - подогревать входящий воздух.
А когда потеплело?
Может какому холодильщику проще собрать дополнительный маленький второй тепловой насос для переохлаждения жидкого фреона в первом-отопительном.
А кому и один не по зубам.