2. Цикл с регенерацией

Рассмотрим цикл с однократным дросселированием и регенерацией (рис. 3.2). Этот цикл был первым криогенным циклом, который нашёл практическое применение в технике. Цикл с регенерацией (в виде отдельной ступени с дросселированием) является элементом большей части современных криогенных установок. Впервые цикл реализовали в 1895 г. независимо друг от друга Линде в Германии и Хэмпсон в Англии.

Рассмотрим контур, выделенный пунктиром, на рис. 3.2. Запишем энергетический баланс для выделенного контура

Р ис. 3.2. Цикл с однократным дросселированием и регенерацией

1 – 2 – изотермическое сжатие; 2 – 3 – изобарное охлаждение прямого потока обратным;

3 – 4 – дросселирование; 4 – 5 – процесс подвода тепла (в рефрижераторных циклах);

5 – 1 – изобарный подогрев обратного потока.

(3.4)

Из полученного выражения следует, что и в цикле с регенерацией (как и в цикле без регенерации) холодопроизводительность цикла q0 определяется величиной интегрального изотермического дроссель-эффекта. Следовательно, включение регенеративного теплообменника, не изменив численно количество получаемого холода q0, понизило его температуру, т.е. сделало холод более ценным. Используя очевидное выражение для теплового баланса регенеративного теплообменника, можно привести и иную запись для холодопроизводительности цикла

(3.5)

Последнее выражение, где холодопроизводительность определяется положением точек 5 и 4 рассматриваемого цикла , более привычно для выражения холодопроизводительности при рассмотрении циклов установок умеренного холода. По сравнению с выражением (3.4) оно менее информативно, так как прямо не указывает на источник производства холода. Приведём также выражения для работы и холодильного коэффициента

(3.6)

Перепишем тепловой баланс для регенеративного теплообменника, выразив разность энтальпий потоков через величины соответствующих темлоёмкостей (прямого и обратного потоков) и разностей температур на концах теплообменика. Исходя из того, что изобарная теплоёмкость растёт с ростом давления, можно заключить, что Ср₂ большая величина (условно "б"), а Ср₁ малая величина (условно "м"). Отсюда, как следствие, получаем неравенства, приведенные в (3.7)

(3.7)

Уменьшение необратимости процесса дросселирования, таким образом, связано с тем, что при низких температурах изоэнтальпы идут круто, приближаясь к адиабатам; при высоких

температурах, наоборот, изоэнтальпы идут полого, приближаясь к изотермам, поэтому процесс 3 – 4 (рис. 3.2) более обратим, чем процесс 2 – 3 (рис. 3.1).