Прямой и обратный циклы Карно

 

Теплонасосная установка состоит собственно из теплового насоса (ТН) и системы, обеспечивающей подвод и отвод из источника низкопотенциальной теплоты (ИНТ), подачу нагретой в ТН среды потребителю и ее возврат к ТН (рис 2.1). В ТНУ могут входить несколько ТН.

В испарителе ТНУ низкокипящее рабочее вещество (фреон) кипит при низком давлении, отнимая теплоту у ИНТ. После компрессора давление фреона повышается до уровня, позволяющего отдать теплоту конденсации нагреваемой жидкости в отопительном контуре. В дросселе давление сконденсированного фреона снижается до давления кипения. Таким образом, реализуется непрерывный процесс переноса теплоты с более низкого температурного уровня на более высокий с подводом энергии из вне, затрачиваемой на повышение давления парообразного рабочего вещества, т.е. обратный термодинамический цикл – обратный цикл Карно.

Рис. 2.1 Тепловой насос

(обратный цикл Карно)

 

В компрессионном холодильнике (рис. 2.2) замкнутая система из соединенных последовательно трубопроводами компрессора, испарителя и конденсатора заполняется хладагентом – фреоном, обладающим низкой температурой кипения ≈ - 30°С при атмосферном давлении.

Компрессор отсасывает пары фреона из испарителя и из-за понижения давления процесс испарения ускоряется. Теплота, идущая на испарение, «отбирается» от среды, окружающей испаритель. Компрессором пары фреона сжимаются, при этом их температура повышается. В конденсаторе – теплообменнике (находящемся на задней стенке холодильника) они охлаждаются до комнатной температуры, отдавая часть тепла окружающей среде, и конденсируются при постоянном давлении Р1. После прохождения фреона через капиллярную трубку в испаритель его давление снижается от значения Р1 в конденсаторе до Р2 в испарителе. Здесь жидкий фреон при понижении давления опять испаряется, его температура (и вместе с ним температура испарителя) понижается. Такая циркуляция фреона, связанная с теплообменом, происходит непрерывно, пока работает компрессор. Здесь имеет место прямой термодинамический цикл – прямой цикл Карно.

 

Рис. 2.2Принципиальная схема компрессионного холодильника.

(прямой цикл Карно)

 

Параметры в контурах ТНУ и диапазоны их изменения

t₁,t₂, t₃– температура воды на глубине погружения глубинного насоса, на ее поверхности и на входе в питательный контур, в скважине С1, диапазон +(3-5)°С;

t₄ – температура воды на входе в скважине С1, С2, диапазон +(1-2)°С;

t₅ – температура фреона до компрессора, основной контур, диапазон +(3-5)°С;

t₆ – температура фреона после компрессора, основной контур, диапазон +(100-115)°С;

t₇ – температура в отопительном контуре подаваемая потребителю тепла, диапазон +(55-100)°С;

t_су – температура после дросселя, основной контур, диапазон - 30°С;

P₁ - давлениена входе в питательный контур из скважины С1, диапазон 2кгс/см2;

P₂ - давлениедо компрессора, основной контур, диапазон 2 кгс/см2;

P_дк - давлениепосле компрессора, основной контур, диапазон 20-25кгс/см2;

P_док - давлениев отопительном контуре потребителя тепла, диапазон 3-5кгс/см2;

P_су - давлениепосле дросселя, основной контур, диапазон 2кгс/см2;

N_k – мощность компрессора, диапазон 2-5 кВт;

N_гн – мощность глубинного насоса,диапазон 0,3-0,5 кВт;

N_нок – мощность насоса отопительного контура,диапазон 0,03-0,1 кВт;

Выводы по главе 2

 

Рассмотрены физические процессы ТНУ на основе обратного цикла Карно для выработки тепла и на основе прямого цикла Карно для выработки холода.

Приведены параметры ТНУ и диапазоны их применения.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТНУ