Цикл высокого давления с однократным дросселированием
Схема такой установки и процесс сжижения воздуха в ней предложена К. Линде[1]. Схема установки и ее рабочий процесс представлены на рис.3.1.
Рис.3.1. Схема установки К.Линде и ее квазицикл в T, s-диаграмме: I – компрессор; II – холодильник; III – регенеративный теплообменник; IV – дроссель; V – отделитель жидкости;
m – индекс высокого давления; n – индекс низкого давления
Отличием L-системы от R-системы является отвод сжиженного газа. Система становится открытой и в ней вместо цикла осуществляется квазицикл. Потоки m и n становятся неравными.
Работа схемы от момента пуска:
Атмосферный воздух сжимается в компрессоре I от начального давления Pn до давления Pm=10-22 МПа и охлаждается в холодильнике II до температуры Т2 =Т1=То.с. Затем он проходит теплообменник III (при пуске Т2=Т3) и дросселируется (процесс 2-4¢). При этом температура воздуха снижается с Т2 до 
. Весь охлажденный воздух с давлением Pn подается в ТО III, где он охлаждает последующую (уже встречную) порцию сжатого воздуха до температуры 
(т.3¢, где 
на величину температурного напора).
Далее уже этот воздух дросселируется и охлаждается до температуры 
. Он, в свою очередь, охлаждает следующую порцию сжатого воздуха до температуры 
и т.д.
Через некоторое время устанавливается стационарность (равновесие) процесса. Воздух за ТО будет иметь температуру Т3 и при дросселировании превращается во влажный пар с параметрами т.4. В отделителе жидкости V насыщенный пар с параметрами т.6 отделяется от капелек жидкости. Жидкий воздух с параметрами т.5, в количесте y кг, выводится из установки как конечный продукт.
Количество сжижавшегося воздуха может быть определено по диаграмме (правило рычага):
. (3.1)
Производительность установки по жидкому воздуху можно вычислить из энергетического баланса установки.
Примем производительность компрессора за 1 (1 кг). Тогда в ТО аппарат входит 1 кг воздуха с энтальпией i2 (после изотермического сжатия). Теплоприток извне (через теплоизоляцию) обозначим – qиз. Тепловой баланс установки (для расчетного контура) в таком случае может быть представлен соотношением:
, (3.2)
откуда 
или 
, кг. (3.3)
Видно, что производительность установки тем выше, чем больше числитель выражения (3.3), т.е. чем больше разность энтальпий i7 – i2 и меньше теплоприток qиз.
Примечание: при y=0 сжижительная установка превращается в криорефрижератор (с замкнутым циклом), где вся холодопроизводительность тратится на компенсацию теплопритока через изоляцию.
Обозначим величину i1-i7=Diн, которую называют недорекуперацией. Отсюда i7=i1-DIн. Разность i1-i2=Diт – называют изотермным дроссельэффектом (см. ф. 2.3).
Подставив эти величины в равенство (3.3) получим расчетное соотношение для производительности установки:
, (3.4)
где i1-i5=qож – теплота сжижения. Очевидно, что производительность установки тем выше, чем больше изотермный дроссельэффект, меньше недорекуперация и теплоприток извне. (Т.к. числитель меньше знаменателя, то вычитание Diн ведет к уменьшению дроби).
Эффективность работы сжижительной установки оценивается эксергетическим КПД, который представляет собой отношение минимальной работы сжижения lмин=y(e5-e1)=lсж×y к действительно затраченной работе в установке lдей:
, (3.5)
где hиз.к, hэ.м.к – изотермический и электромеханический КПД компрессора; 
– суммарные удельные потери энергии в процессе сжатия.
Тогда КПД установки можно представить:
. (3.6)
В современных компрессорах (особенно в малых) потери Sdк велики и составляют от 40 до 85 % подводимой мощности. Достаточно велики потери эксергии в дросселе криоблока (до 30-40%). Потери от недорекуперации обычно невелики (до 11%) и в ряде случаев при расчетах ими можно пренебречь.
Суммарный КПД таких воздухосжижительных установок не превышает 15%, и, как правило, составляет примерно 6-10%. Для уменьшения потерь в дросселях их иногда заменяют дроссельно-эжекторной системой. Это позволяет повысить КПД примерно на 3 %.