Дроссельный цикл с предварительным охлаждением.

В данном цикле первым основным холодопроизводительным процессом является охлаждение сжатого газа в ванне с кипящей внешне криогенной жидкостью, либо отвод теплоты при внешним источником "холода" – парокомпрессионные машины, либо газовые холодильные машины.

Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.

Данный цикл может быть использован для трёх веществ - Ne, H₂, He. В том случае, если T уровень предварительного охлаждения ниже температуры инверсии для давления сжатия рабочего тела. Обычно T предварительного охлаждения считается ниже верхней T инверсии для рабочего вещества в цикле.

Рефрижераторный режим.

Рисунок 133. Рефрижератор.

Условно разделяем низкотемпературную часть установки на две части – верхнюю и нижнюю. В каждой части есть свой теплоприток и ( обычно, вследствие более хорошей теплоизоляции).

Задаёмся разной недорекуперацией и ( обычно).

Для определения полезной холодопроизводительности записываем уравнение теплового баланса нижней части установки.

Рисунок 134.

(1)↗

Получилось выражение, аналогичное полезной холодопроизводительности цикла простого дросселирования, но не на температурном уровне изотермического сжатия в компрессоре, а на температурном уровне предварительного охлаждения.

Поскольку с понижением температуры тепловой эффект дросселирования увеличивается, его полезная холодопроизводительность в цикле с предварительным охлаждением будет больше, чем в цикле простого дросселирования.

Определим величину теплоты предварительного охлаждения из уравнения теплового баланса верхней части установки.

Рисунок 135. Ступень предварительного охлаждения.

(по – предварительное охлаждение)

(2)

Из (1) в (2):

Теплота предварительного охлаждения затрачивается на:

1) увеличение теплового эффекта дросселирования с температурного уровня изотермического сжатия в компрессоре до температурного уровня предварительного охлаждения;

2) частичную компенсацию потерь вследствие недорекуперации температуры обратного потока на тёплом конце теплообменника;

3) компенсацию теплопритока из окружающей среды к верхней части установки;

Затрачиваемая работа в цикле состоит из 2-ух частей:

1) работа сжатия компрессора;

2) работа, необходимая для получения

Поскольку холодильный коэффициент достаточно высок, то работа, затрачиваемая на получение "холода" предварительного охлаждения, будет невелика по сравнению с работой сжатия в компрессоре.

Пример:

Дано:

воздух;

	38,9	14,1	0,0512	0,144
	46,7	21,9	0,0615	0,173
	77,1	52,3	0,101	0,284
	123,7	98,3	0,163	0,458

Из таблицы видно, насколько температурный уровень предварительного охлаждения влияет на холодильный коэффициент и степень термодинамического совершенства, особенно по сравнению с циклом простого дросселирования.

Предварительное охлаждение обычно применяется для средней и крупной производительности . Для установок меньшей холодопроизводительности применять предварительное охлаждение целесообразно, поскольку усложнение и удорожание установки превалирует над полученной большей холодопроизводительностью.

Для установок с рабочими веществами Ne, H₂, He предварительное охлаждение обязательно.

Для Ne, H₂ используют ванну с кипящим азотом.

Для He используют два предварительных охлаждения:

1) с жидким азотом;

2) с жидким H₂ (или Ne);

Рисунок 136. Зависимость параметров цикла от давления.