Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Техніка arrow Теплові насоси та кондиціонери
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Комбіновані теплонасосні установки

Коефіцієнт перетворення можна збільшити шляхом наближення характеристик ТН до умов наявних джерел тепла й вимогам споживачів, а при необхідності й до різних видів приводної енергії. Із цією метою доцільно розробити комбіновану систему, що складається з декількох однакових або різних теплонасосних контурів. Такі комбіновані системи звичайно застосовують тільки у великих установках. Більш високі витрати на вузли й автоматизацію мають виправдуватися відповідною економією енергії. Теоретично з різних теплонасосних циклів можна скласти велику кількість схем з'єднань, з яких, однак, представляє інтерес тільки три групи: декілька компресійних ТН; декілька сорбціонних ТН; компресійне—сорбціонні ТН.

До комбінації з декількох компресійних ТН циклів відноситься паралельне з'єднання (рис. 1.25, а). Послідовне з'єднання компресійних ТН (рис. 1.22, б) являє собою каскадні установки, частіше з різними хладоагентами.

Комбіновані теплонасосні установки

Рис. 1.25. Комбіновані теплонасосні установки а - паралельне з'єднання; 5- послідовне з'єднання

Найбільш важливе паралельне з'єднання. Каскадні установки варто застосовувати, коли більш дешеві двоступінчасті ТН не задовольняють вимогам різниці температур між гарячою й холодною сторонами, або в установках з комбінацією процесів виробництва холоду й теплоти, а також при необхідності досягнення більш високих опалювальних температур за допомогою існуючої холодильної установки.

Сорбціонні ТН, так само як компресійні, можна застосовувати з паралельним з'єднанням, при цьому досягається краща відповідність теоретичному циклу. Якщо необхідно здолати більш високі температурні перепади між гарячою й холодною сторонами, застосовують сорбціонні установки.

Інший тип з'єднання - комбіноване підключення компресійного ТН із приводом від двигуна до абсорбційного ТН. Відпрацьована теплота двигуна використається для приводу в дію абсорбційного ТН, завдяки чому збільшується кількість корисної теплоти.

Термоелектричні теплові насоси

Для ТН також може застосовуватися термоелектричний метод, відкритий в 1834 р. і називаний ефектом Пельтьє. Він полягає в тім, що в місцях з'єднання (спайки) двох різних електричних провідників при проходженні електричного струму виникає термопара, причому залежно від напрямку струму створюється нагрівання або охолодження. Цей ефект-зворотний ефекту Зеєбека, при якому у випадку різниці температур у місцях спайки гальванометр показує наявність електричної напруги.

Фізичний зміст термоелектричного ТН пояснив Йоффе: виходячи з передумови, що вільні електрони в провідниках з різних матеріалів мають різну енергію при однаковій температурі. При проходженні струму електрони з високою енергією переходять із одного провідника в іншій, де енергія електронів нижче. Частина власної підвищеної енергії передається на наявні електрони, у зв'язку із чим збільшується температура в місцях спайки. Зворотний процес протікає в холодному з'єднанні. Сам по собі ефект Пельтьє є необоротним процесом. Його необоротність, що погіршує, виражається в джоулевому теплі, яке виникає при проходженні струму у ланцюзі, й теплопровідності від гарячої сторони до холодної.

Тепловий потік на холодній стороні (рис. 1.26)

на гарячій стороні

де / - струм у ланцюзі; Т0- температура холодного спаю; 7^- температура теплого спаю; ДГ - різниця температур спаїв.

Схема ланцюга з термопар

Рис. 1.26. Схема ланцюга з термопар

ТермоЕРС у ланцюзі, що складається з термоЕРС двох спаїв провідників А і В,

Електричний опір провідників

де Ь- довжина провідника; А - перетин провідника; р - питомий опір провідника.

Коефіцієнт, який враховує теплопровідність (X) гілок термопари

Необхідна напруга на клемах икп ~ ІЯ + еАТ, звідки необхідна електрична потужність

Коефіцієнт перетворення

Вирішальне значення для досягнення максимального коефіцієнта перетворення мають термоелектричні властивості матеріалу провідників, виражені через термо—ЕРС е, електропровідність о, теплопровідність X. Звичайно ефективність оцінюється по залежності

Як рекомендовані матеріали застосовуються напівпровідники, тобто сплави металів із сурмою, вісмутом, телуром, селеном. Особливо широке поширення одержали напівпровідникові сплави типу 8і2Те3 і 8ЬТе3, у яких ефективність 1 досягла (З...3,5-10~3) К1. Хоча дотепер не встановлена теоретична межа коефіцієнта Z, вважають, що в таких парах він не буде перевищувати 4-10~3К~'.

Термопари можуть різним чином об'єднуватись в термобатареї. Для виготовлення таких батарей потрібна складна технологія. Особливо важливо витримати паралельність у плані, щоб досягти високої теплопровідності з'єднань із будівельними конструкціями, які виконують роль теплопровідників. На рис. 1.27 показано термоелектричний нагрівально-холодильний блок, що складається з термоелектричної батареї й теплопередавачів.

Схема термоелектричного нагрівача

Рис. 1.27. Схема термоелектричного нагрівача / - провідник; 2 - елемент гілки термопари; З -теплообмінник; 4 - електроізоляція; 5 - точки спаїв; б - підключення джерела струму

Йоффе розрахував максимальне значення коефіцієнта перетворення холодильного циклу одне- і двоступінчастих батарей. Навіть при високому значенні 2 від Г>30 К коефіцієнти потужності не більше 2. Двоступінчаста конструкція також не дає істотного поліпшення.

Термоелектричні ТН мають наступні переваги: - відсутність механічних рухливих деталей; - немає зношування, тривалі терміни служби; - простота переходу з режиму нагрівання до охолодження при перемиканні полюсів; - безшумність. Недоліки: - низький коефіцієнт перетворення; - висока вартість матеріалів; - дорогі випрямлячі.

Термоелектричні установки ефективні лише при малих теплопродуктивностях - до 100 Вт, коли питома вага вартості компресора велика. При розробці ТН, призначеного для зменшення витрат первинної енергії, термоелектричний спосіб не має значення.

Приклад. З урахуванням перспективного розвитку напівпровідникових матеріалів і досягнення значення коефіцієнта добротності Z= 0,01 1/К визначити холодильний коефіцієнт і ексергетичний ККД термоелектричної напівпровідникової установки, якщо опір напівпровідникових елементів R=20 Ом, різниця коефіцієнтів термо-ЕРС Ле= 1 В/К, сила струму/ = З А.

Гарячі спаї термоелементів охолоджуються водою /в='0.с~ 20 °С. Мінімальна різниця температур Д/г =7*г - Тв~ 1 К. Температура холодних спаїв Г0=270 К.

Рішення. Коефіцієнт, що враховує питомий теплоприплив від гарячих спаїв термоелементів до холодних,

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

Температура гарячих спаїв 7^ = 7; + ^ =293 + 1 =294 К.

Різниця температур між гарячими й холодними спаями ДГ = Гг - Г0 = 294 - 270 = 24 К.

Холодильний коефіцієнт

Коефіцієнт працездатності холоду (tg )о - (?о " Го.с)' То =(270-293)/270=0,0852.

Ексергетичний ККД установки

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси