Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Тепловые насосы и кондиционеры

Комбинированные теплонасосные установки

Коэффициент преобразования можно увеличить путем приближения характеристик ТН условиям имеющихся источников тепла и требованиям потребителей, а при необходимости и к различным видам приводной энергии. С этой целью целесообразно разработать комбинированную систему, состоящую из нескольких одинаковых или различных теплонасосных контуров. Такие комбинированные системы обычно применяют только в крупных установках. Более высокие расходы на узлы и автоматизацию имеют оправдываться соответствующей экономией энергии. Теоретически из разных теплонасосных циклов можно составить большое количество схем соединений, из которых, однако, представляет интерес только три группы: несколько компрессионных ТН; несколько сорбционных ТН; компрессионное-сорбционные ТН.

К комбинации из нескольких компрессионных ТН циклов относится параллельное соединение (рис. 1.25, а). Последовательное соединение компрессионных ТН (рис. 1.22, б) представляет собой каскадные установки, чаще с различными хладагентом.

Комбинированные теплонасосные установки

Рис. 1.25. Комбинированные теплонасосные установки а - параллельное соединение; 5-последовательное соединение

Наиболее важное параллельное соединение. Каскадные установки следует применять, когда более дешевые двухступенчатые ТН не удовлетворяют требованиям разницы температур между горячей и холодной сторонами, или в установках с комбинацией процессов производства холода и теплоты, а также при необходимости достижения более высоких отопительных температур с помощью существующей холодильной установки.

Сорбционные ТН, так же как компрессионные, можно применять с параллельным соединением, при этом достигается лучшее соответствие теоретическом цикла. Если необходимо преодолеть более высокие температурные перепады между горячей и холодной сторонами, применяют сорбционные установки.

Другой тип соединения - комбинированное подключение компрессионного ТН с приводом от двигателя к абсорбционного ТН. Отработанная теплота двигателя используется для привода в действие абсорбционного ТН, благодаря чему увеличивается количество полезной теплоты.

Термоэлектрические тепловые насосы

Для ТН также может применяться термоэлектрический метод, открытый в 1834 г.. И называемый эффектом Пельтье. Он состоит в том, что в местах соединения (спайки) двух различных электрических проводников при прохождении электрического тока возникает термопара, причем в зависимости от направления тока создается нагрева или охлаждения. Этот эффект-обратный эффект Зеебека, при котором в случае разницы температур в местах спайки гальванометр показывает наличие электрического напряжения.

Физический смысл термоэлектрического ТН пояснил Иоффе: исходя из предпосылки, что свободные электроны в проводниках из различных материалов имеют разную энергию при одинаковой температуре. При прохождении тока электроны с высокой энергией переходят из одного проводника в другой, где энергия электронов ниже. Часть своей повышенной энергии передается на имеющиеся электроны, в связи с чем увеличивается температура в местах спайки. Обратный процесс протекает в холодном соединении. Сам по себе эффект Пельтье является необратимым процессом. Его необратимость, ухудшает, выражается в Джоулево теплые, которое возникает при прохождении тока в цепи, и теплопроводности от горячей стороны к холодной.

Тепловой поток на холодной стороне (рис. 1.26)

на горячей стороне

где / - ток в цепи; Т0- температура холодного спая; 7 ^ - температура теплого спая; ДГ - разница температур спаев.

Схема цепи с термопар

Рис. 1.26. Схема цепи с термопар

ТермоЭДС в цепи, состоящей из термоЭДС двух спаев проводников А и В,

Электрическое сопротивление проводников

где ь- длина проводника; А - сечение проводника; р - удельное сопротивление проводника.

Коэффициент, учитывающий теплопроводность (X) ветвей термопары

Необходимое напряжение на клеммах ИКП ~ ИЯ + ЭАТ , откуда необходимо электрическая мощность

коэффициент преобразования

Решающее значение для достижения максимального коэффициента преобразования должны термоэлектрические свойства материала проводников, выраженные через термо-ЭДС е, электропроводность о, теплопроводность X. Конечно эффективность оценивается по зависимости

Как рекомендованные материалы применяются полупроводники, то есть сплавы металлов с сурьмой, висмутом, теллуром, селеном. Особенно широкое распространение получили полупроводниковые сплавы типа 8и2Те3 и 8ЬТе3, в которых эффективность 1 достигла (с ... 3,5-10 ~ 3) К1. Хотя до сих пор не установлена теоретический предел коэффициента Z, считают, что в таких парах он не будет превышать 4-10 ~ 3К ~ '.

Термопары могут различным образом объединяться в термобатареи. Для изготовления таких батарей требуется сложная технология. Особенно важно выдержать параллельность в плане, чтобы достичь высокой теплопроводности соединений со строительными конструкциями, которые выполняют роль теплопроводник. На рис. 1.27 показано термоэлектрический нагревательных-холодильный блок, состоящий из термоэлектрической батареи и теплопередавачив.

Схема термоэлектрического нагревателя

Рис. 1.27. Схема термоэлектрического нагревателя / - проводник; 2 - элемент ветви термопары; С - теплообменник; 4 - электрокардиография; 5 - точки спаев; б - подключение источника тока

Иоффе рассчитал максимальное значение коэффициента преобразования холодильного цикла одно- и двухступенчатых батарей. Даже при высоком значении 2 от Г> 30 К коэффициенты мощности не более 2 Двухступенчатая конструкция также не дает существенного улучшения.

Термоэлектрические ТН имеют следующие преимущества: - отсутствие механических подвижных деталей; - Нет износа, длительные сроки службы; - Простота перехода из режима нагрева до охлаждения при переключении полюсов; - Бесшумность. Недостатки: - низкий коэффициент преобразования; - Высокая стоимость материалов; - Дорогие выпрямители.

Термоэлектрические установки эффективны только при малых мощности - до 100 Вт, когда удельный вес стоимости компрессора велика. При разработке ТН, предназначенного для уменьшения расходов первичной энергии, термоэлектрический способ не имеет значения.

Пример . С учетом перспективного развития полупроводниковых материалов и достижения значения коэффициента добротности Z = 0,01 1 / К определить холодильный коэффициент и эксергетический КПД термоэлектрической полупроводниковой установки, если сопротивление полупроводниковых элементов R = 20 Ом, разница коэффициентов термо-ЭДС Ле = 1 В / К сила тока / = С А.

Горячие спаи термоэлементов охлаждаются водой /в=ь0.с~ 20 ° С. Минимальная разница температур Д / г = 7 * ч - ТВ ~ 1 К. Температура холодных спаев Г0 = 270 К.

Решение . Коэффициент, учитывающий удельный теплопритоков от горячих спаев термоэлементов к холодным,

1 = е2 И kR, к = е2 lzR = 1 / 0,01 -20 = 5 Вт / К.

Температура горячих спаев 7 ^ = 7; + ^ = 293 + 1 = 294 К.

Разница температур между горячим и холодными спаями ДГ = Гг - Г0 = 294 - 270 = 24 К.

холодильный коэффициент

Коэффициент работоспособности холода (tg ) в - (? О "Го.с)" То = (270-293) / 270 = 0,0852.

Эксергетический КПД установки

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее