Итак, начать описание системы экономайзер, нужно с повторения всех процессов и изменений которые происходят в холодильной машиной при включении её в работу. В дальнейшем мы разберём эти изменения несколько подробнее.
1. Повышается переохлаждение жидкого хладагента выходящего из аппарата, где он хранится, будь то ресивер или нижняя часть конденсатора, если установка не оснащена ресивером. Повышение переохлаждения, или иначе снижение температуры потока, при постоянном давлении. Приводит к более глубокому смещению точки начала процесса дросселирования (3), в область переохлажденной жидкости (3р), левее "левой" пограничной кривой. Это смещение происходит по изобаре Рк. Это приводит к росту удельной теплоты парообразования хладагента Qo. Это видно из диаграммы давление-энтальпия. Процесс дросселирования, вертикальные линии 3-4, происходит при постоянной энтальпии системы.
2. Происходит дополнительный впрыск пара в полость компрессора, с давлением отличным от общего давления всасывания компрессора. Несмотря на то, что режим сжатия в компрессоре от общего давления всасывания, до промежуточного, идёт при постоянном объёме, что не очень эффективно, в сравнении с внутренним сжатием (уменьшение объёма). Это благоприятно влияет на рост энергетических характеристик компрессора, обеспечивая промежуточное охлаждение и рост плотности пара в полости сжатия.
Отдельное замечание. Получение внутри большого низкотемпературного цикла, дополнительного среднемтемпературного, действительно несколько снижает общую температуру нагнетания, но не является системой охлаждения и "умышленно лить" в компрессор нельзя, даже если тупиковая ситуация!
Сначала необходимо объяснить суть термина "закрытый". Это во многом пояснит ситуацию в подходах.
В теоретических холодильных циклах, существуют два типа циклов для машин, явно и неявно работающих в две ступени.
Разница в этих циклах заключается в глубине переохлаждения жидкости, а как следствие в росте эффективности. Глубиной переохлаждения, по простому, можно назвать то максимальное значение температуры жидкости при определённом давлении, которое можно получить в существующем схемном решении. Иными словами, насколько далеко в лево можно отнести точку (3), начала процесса дросселирования.
Согласно теории теплообмена, для наличия теплового потока, необходима разница температур (Нбютон-Рихман).
Но, следствием наличия этой же разницы температур, появляются необратимые потери (Гюи-Стодола). В попытке снизить их до минимума внедрена схема с "открытым" экономайзером.
Так в чем же разница между "открытым" и "закрытым" экономайзером?
В схеме с "закрытым" экономайзером, поток жидкости охлаждается за счёт испарения части этого потока во вспомогательном теплообменнике с последующим подводом пара в компрессора для сжатия. Отобранный поток пара дросселируется до промежуточного давления и испаряется, отбирая тепло от общего потока. Это приводит к охлаждению основного потока, без значительного изменения давления потока.
Только тут же, необходимо сделать важное замечание. Охлаждение потока жидкости, в действительности не приводит к значительному снижению его давления, однако, если в теплообменник под видом жидкости, поступает неприемлемо много паровой фазы, то в нём начинает развиваться процесс конденсации пара. Этот процесс, сопровождается резким уменьшение удельного объёма потока. А это в свою очередь крайне негативно сказывается на режиме движения потока, учитывая его неразрывность.
Тем не менее, это достаточно удобный, с точки зрения конструкции, а следовательно и очень распространенный способ, но и он не лишён разных недостатков, включая тот, что описан выше.
Один из главных недостатков, с точки зрения термодинамики, это недорекуперация. Следствием которой является остаточная, но нужная для наличия теплообмена разница температур.
Как пример, при промежуточном давлении кипения равном -5*С, жидкость в "закрытом" экономайзере может быть получена не ниже +5*С, а в "открытом", температура жидкости будет ровно -5*С и главное стабильно! Разница становится ещё более ощутима, с ростом холодопроизводительности установки. Об этом немного дальше.
Однако, есть и ещё недостатки "закрытого" экономайзера:
1. Нестабильность в работе теплообменника, вызванная количественным и качественным изменениями потока жидкости в теплообменнике.
2. Циклы работы механического ТРВ или ошибки в работе привода ЭТРВ. Они приводят к циклическому изменению температуры жидкости, в пределе нестабильности, переохлаждение может изменяться в недопустимо широких пределах.
3. Попадание в теплообменник значительного количества пара. Что приводит к началу процесса конденсации. Этот процесс конденсации приводит к срыву в режиме движения жидкости в трубе. Это нередко сопровождается гидравлическими ударами, особенно если участки трубопроводов имеют большую протяженность или выполнены с ошибками.
4. Высокая зависимость, температуры испарения малого потока, от внешней степени повышения давления установки. Независимо от того, как устроен впрыск пара в полость компрессора, внутреннее давление, в которое происходит впрыск пара, находится на определённых углах сжатия. Так если увеличивается внешняя степень повышения давления, то значительно повышается и температура кипения вспомогательного потока. Рост температуры кипения при конечной площади теплообмена приводит к падению теплового потока и общей эффективности.

Немаловажно будет уделить внимание, ещё одной проблеме, с которой успешно борется даже менее эффективный "закрытый" экономайзер. Это проблема подачи жидкости к ТРВ, сопряжённая с избыточными потерями давления.
Стоит вспомнить, два важных момента:
1. Для устойчивой работы ТРВ и всей системы испарителя, независимо от их конструкции, надо стараться не допускать попадания в них смеси пара и жидкости.
2. Жидкость, выходящая из конденсатора, как правило имеет переохлаждение, стремящиеся к нулю.
Что это значит?
Это значит, что при данном давлении жидкость, находится в состоянии полной готовности закипеть, как вода при 99*С. Для того чтобы сдвинулось равновесии и жидкость закипела ещё до попадания в ТРВ, нужен или внешний подвод тепла, но я думаю, что мало кто это делает, по крайней мере умышленно.
Или внутреннее тепло, от вязкого трения при движении по длинной трубе. Но есть ещё один способ "скипятить" жидкость в трубе, конечно, это снижение давления. Причем не важно, будет это местное сопротивление или подъём на высоту. Любое снижение давления жидкости над её поверхностью приведёт к её закипанию.
Таким образом, одна из важнейших функций экономайзера "закрытого" типа заключается в "запасании" внутри жидкости дополнительного переохлаждения, которое позволит обеспечить её транспортировку к ТРВ без изменения фазового состояния.
Эта проблема является одним из следствий централизации систем охлаждения, когда жидкость от установки подаётся на большие высоты и удаления.
В схеме с "открытым" экономайзером, происходит дросселирование всего потока жидкости, после чего влажный пар попадает в специальный аппарат, где происходит отделение, как правило, в поле действия силы тяжести, жидкости от пара. Очень часто такие аппараты называют отделители жидкости или циркуляционные ресивера промежуточного давления.

Жидкость отправляется на расширение в главный испаритель, а пары из аппарата откачивает компрессор. Или винтовой или компрессор второй ступени.
Таким образом, жидкость, при испарении охлаждает сама себя, за счёт частичного испарения и достигает ровно (и это очень важно!) той температуры, соответствующей давлению испарения, которое поддерживается в аппарате. У данной схемы, помимо отсутствия недорекуперации, так протекает интенсивный конвективный теплообмен, есть ещё ряд ключевых приемуществ, с точки зрения эксплуатации.
1. Стабильность получения переохлаждения.
2. Дополнительное накопление жидкости для питания основного испарителя или отделителя жидкости.
Но при всех преимуществах, есть и существенный недостаток при использовании этой схемы. При дросселировании всего потока, происходит снижение его давления, что создаёт определенные трудности в дальнейшей транспортировке жидкости к приборам охлаждения. Также необходимо увеличение пропускного сечения дросселя на основном испарителе. Нередко "открытые" экономайзеры устанавливают таким образом, чтобы дальнейшее движение охлаждённой жидкости шло в поле действия силы тяжести.
Согласно теоретическим основам, чем ниже температура и давление по перед началом процесса дросселирования, тем больше удельная теплота парообразования, а следовательно и холодопроизводительность каждого килограмма жидкости. Это одна из заповедей Амонтона, который ещё в 18 веке, предполагал, что чем дальше от критической точки вещества, тем больше теплота фазового перехода.
Знал или угадал?
При больших внешних степенях повышения давления, экономически целесообразно переходить на многоступенчатое сжатие. В советском союзе, это была очень распространенная практика.
Это помимо повышения потерь в компрессоре и снижение его эффективности, связано также с ростом необратимых потерь в процессе дросселирования, особенно у высокомолекулярных веществ, коими являются почти все ХФУ, ГХФУ и ГФУ хладагенты.

Если остались вопросы, пишите.
Отдельно будут темы, которые осветят подробнее некоторые вопросы, которые здесь только затронуты.
