Детандерный разомкнутый регенеративный цикл ГХМ

Если рабочим веществом газовой холодильной машины является атмосферный воздух, то можно использовать разомкнутый цикл. При этом из схемы можно исключить переохладитель. Отвод теплоты в этом случае осуществляется путем непосредственного тепломассообмена холодильного агента с окружающей средой.

Существуют два вида разомкнутых циклов: цикл с превышением давления и вакуумный цикл. По конструкции такие ГХМ аналогичны друг другу, отличительным является только порядок работы. В вакуумном цикле, предложенном В.С.Мартыновским, в системе поддерживается давление ниже атмосферного. В цикле с превышением давления, предложенном Н.Н.Кошкиным, в системе поддерживается давление выше атмосферного. На практике наибольшее применение получили ГХМ с превышением давления. Такая холодильная машина состоит из воздушного компрессора, детандера, двух регенераторов и теплообменного аппарата 4 (см. рисунок.6.3.).

Атмосферный воздух с температурой окружающей среды всасывается компрессором, в котором адиабатно сжимается в процессе 1-2 от начального атмосферного давления Р₁ до конечного давления Р2. После компрессора сжатый горячий воздух через клапанную коробку поступает в регенератор, где охлаждается в процессе 2-3 за счет теплообмена с обратным холодным потоком, выходящим из теплообменного аппарата. Далее охлажденный холодильный агент адиабатно расширяется в детандере в процессе 3-4 от конечного давления Р₂ до начального давления Р₁, равного атмосферному давлению Р_атм. После детандера холодный воздух направляется в теплообменный аппарат, в котором подогревается в процессе 4-5, отнимая теплоту от охлаждаемой среды. Затем подогретый холодильный агент поступает в регенератор, где еще более нагревается в процессе 5-6 за счет теплообмена с горячим прямым потоком, выходящим из компрессора. После регенератора горячий воздух через клапанную коробку выбрасывается в атмосферу, где охлаждается до температуры окружающей среды в процессе 6-1 за счет смешивания и тепломассообмена с атмосферным воздухом. Далее все процессы повторяются вновь.

Особенностью работы ГХМ с тепломассообменом является непрерывное поступление в компрессор атмосферного воздуха, содержащего влагу. При охлаждении влажного воздуха в регенераторе из него выпадает влага в виде конденсата или кристаллов льда. Выпавшие кристаллы льда могут забить проходное сечение регенератора или детандера и нарушить работу всей холодильной машины. Поэтому в таких ГХМ обычно применяют двухсекционный регенератор, секции которого работают попеременно. Сначала по первой секции проходит обратный холодный сухой поток, а по второй секции – прямой горячий влажный поток воздуха, из которого охлаждаясь конденсируется влага. Через 1-2 минуты таймером автоматически переключается клапанная коробка. После этого по первой секции течет прямой влажный горячий поток, а по второй секции – обратный холодный сухой поток воздуха, который впитывает в себя оставшейся после прямого потока конденсат и выбрасывает в атмосферу. Через 1-2 минуты снова переключается клапанная коробка и процессы повторяются.

q_о = h₅ – h₄

l_сж = h₂ – h₁