Регенеративный цикл газовой холодильной машины

На рис. 15 показаны схема и цикл регенеративной газовой холодильной машины.

Рис. 15. Схема и цикл регенеративной газовой холодильной машины

В отличие от нерегенеративного цикла, в регенеративном воздух после сжатия в компрессоре (процесс ) и охлаждения в промежуточном холодильнике (процесс ) направляется не в детандер, а в специальный теплообменник – регенератор Р, где охлаждается до температуры за счет идущего ему в противоток холодного воздуха, который при этом нагревается до температуры . Из регенератора воздух с температурой поступает в детандер, расширяется (процесс ), в результате чего удается получить низкую температуру без увеличения степени расширения и сжатия.

Сопоставим циклы с регенерацией и без регенерации при одинаковой холодопроизводительности и одинаковых температурах внешних источников, обозначив процессы в регенеративном цикле надстрочечной буквой Р.

Отведённая теплота:

.

Работа компрессора:

.

Работа детандера:

.

Работа цикла:

.

Холодильный коэффициент:

.

Холодильный коэффициент теоретического регенеративного цикла численно равен холодильному коэффициенту нерегенеративного цикла.

В реальном цикле если учесть влияние потерь в детандере и компрессоре, то машина, работающая по регенеративному циклу, оказывается более совершенной, так как степени сжатия и расширения в этом цикле меньше, чем в нерегенеративном и, следовательно, потери при расширении и сжатии будут меньше.

.

Или при одинаковых степенях повышения давления при регенерации можно получить более низкие температуры.

На действительный цикл работы машины и её характеристики существенно влияют потери, которые возникают в отдельных её элементах – детандере, компрессоре и теплообменной аппаратуре. Процессы сжатия и расширения в компрессоре и детандере отличаются от изоэнтропных.
В промежуточном холодильнике рабочее тело не охлаждается до температуры окружающей среды. В приборах охлаждения рабочее тело не нагревается до температуры холодного источника.

Покажем влияние необратимых потерь на холодильный коэффициент на численном примере.

При температуре окружающей среды 20 °С и температуре в конце процесса расширения в детандере °C холодильный коэффициент теоретического цикла .

В действительном цикле при КПД компрессора ; КПД детандера и недорекуперации в теплообменных аппаратах °C действительный холодильный коэффициент равен всего . Значит 87 % потребляемой энергии расходуется на преодоление потерь. Сравнивая действительные холодильные коэффициенты различных типов холодильных машин становится очевидно, что при температурах ниже – °C газовые холодильные машины становятся энергетически более совершенными, чем паровые холодильные машины. Именно в этой низкотемпературной области газовые холодильные машины находят всё большее применение.