Регенерация

Внешне необратимый цикл воздушной холодильной машины может быть приближен к термодинамически наивыгоднейшему холодильному циклу—обратному циклу Карно—путем введения регенерации, призванной, как и во всех случаях, уменьшить внешнюю необратимость.

19-9	19-10

Схема турбокомпрессорной холодильной машины, работающей с регенерацией, приведена на фиг. 19-9. Воздух, сжатый в турбокомпрессоре 1 и охлажденный в холодильнике 2, поступает в регенератор 3, где его температура дополнительно понижается. Охлажденный воздух расширяется в турбодетандере 4, вследствие чего охлаждается еще больше, и затем подается в охлаждаемое помещение 5. Отняв тепло от охлаждаемого помещения, воздух поступает в регенератор 3, еще имея температуру, достаточно низкую для того, чтобы охладить воздух, поступающий из холодильника 2.

Теоретический цикл холодильной установки с предельной регенерацией изображен на фиг. 19-10, где линия 6—2 соответствует адиабатическому сжатию воздуха в турбокомпрессоре; 2—3 — охлаждению воздуха в холодильнике; 3—5—охлаждению в регенераторе; 5—4—расширению воздуха в турбодетандере; 4—1—нагреванию воздуха за счет тепла, отдаваемого в охлаждаемом помещении; /—6 — нагреванию воздуха в регенераторе.

Холодильный коэффициент предельного регенеративного воздушного цикл» может быть подсчитан по общей формуле (19-2)

Однако в цикле с регенерацией относительная работа сжатия меньше по отношению к работе расширения. Поэтому, так же как и в случае прямых циклов, регенерация в обратных циклах позволяет улучшить теоретический цикл и одновременно увеличить действительный холодильный коэффициент.

В регенеративных циклах выбирать температуру Т2 слишком близкой к Т3 нецелесообразно, так как при этом сильно сказываются потери от несовершенства регенерации и, кроме того, получается весьма малая удельная холодопроизводительность цикла, т. е. для получения сколько-нибудь. значительной холодопроизводительности в единицу времени требуется весьма большой расход холодильного агента.

Следует отметить, что у воздушных холодильных машин вследствие малой теплоемкости воздуха удельная холодопроизводительность вообще мала, что является их существенным недостатком.

Так, например, в цикле без регенерации со значениями температур t₁ = 0⁰С, t₂ = 162°С (что соответствует p₂ / p₁= 5) и t₃ = 20°С удельная холодопроизводительность составляет всего около 21,5 ккал/кг. Это означает, что в холодильной машине, использующей цикл с такими параметрами и отнимающей от охлаждаемого помещения 50 000 ккал /час, расход воздуха должен составлять около 2300 кг/час или около 1800 нм³/час.

Большой объем циркулирующего воздуха вызывает недопустимое увеличение размеров поршневой машины, и поэтому такие воздушные холодильные машины значительной производительности в настоящее время не строятся. Воздух имеет перспективы в качестве холодильного агента только для турбокомпрессоров с турбодетандерами, так как при применении турбомашин большая производительность по воздуху перестает являться препятствием для его использования.

Таким образом, применение воздушных холодильных машин, использующих регенеративный цикл, при наличии высокоэкономичных турбокомпрессоров и турбодетандеров может оказаться весьма целесообразным, особенно в установках большой мощности.