съб фев 02, 2019 10:54 pmBoris.r.ivanov написа:
Ако се монтира регенеративен(или рекуператор) топлообменник дали ще се повиши производителността на машината. Така току що изпарените газове биха минали през топлообменник фреон-фреон, а от другата страна ще мине вече кондензиралия и охладен, но въпреки това по-топъл фреон и ще постъпват изпарени, но с по висока температура газове в компресора.
Любопитен е въпроса и отговора не е еднозначен.
Нека първо разгледаме протичането на цикъла в термопомпа без регенерация.
Например започваме от процеса, който протича в компресора и това, което той внася в цикъла. Изпарения в изпарителя и в неголяма степен прегрят фреон постъпва в компресора – той извършва работа над работното тяло (фреона) повишавайки налягането му. При повишаването на налягането на парите на фреона тяхната температура се повишава. (Да приемем за опростяване, че цикъла е „идеален” – без загуби в резултат на триене и нагряване в компресора.) Така на изхода от компресора се получават фреонови пари, относително силно прегрети спрямо това по-високо налягане до което ги е компресирал компресора.
Следващия процес от цикъла протича в кондензатора (ако няма „пароохладител” или това е споменатия в темата desuperheater) – прегретите пари отначало се охлаждат отдавайки топлина, например на водата от контура, който от своя страна „отдава топлина” в помещенията. В процеса на охлаждането си парите достигайки температурата на кондензация, при налягането в компресираното си състояние (тъй като цикъла е „идеален”, няма загуби на налягане при протичането на процеса в кондензатора) – започват да кондензират. При кондензацията си те отдават т. н. скрита топлина на парообразуване (– която е значителна, като количество, много по-голяма спрямо топлината на охлаждащите се пари на фреона). Имало два вида фреони – при единия вид, както и при всички „чисти” вещества - кондензацията протича при постоянна температура (това в определена степен е идеализация). (Имало фреони – смеси от вещества – които в процеса на кондензация си изменят температурата.) Така кондензирайки - фреона в кондензатора отдава топлина (също на водата, както по-нагоре взехме за пример – термопомпа въздух-вода). (В идеалния цикъл можем да разглеждаме процеса до пълната кондензация на фреона – превръщането му в течност. Но в реалния цикъл, се налага преохлаждане – охлаждане на течната фаза. При реалния цикъл след кондензация на фреона в него все още плуват мехурчета некондензирала пара. Тъй като тези мехурчета нямат директен достъп до топлообмените повърхности на кондензатора, които са с относително по-ниска температура от течността – тяхната кондензация се забавя. За да се ускори, течността се охлажда до температура по-ниска от температурата на кондензация. Така мехурчетата контактуващи с по-охладената течност кондензират по-бързо. При това неголямо охлаждане течния фреон отдава топлината си отново на топлоносителя получаващ топлина от кондензатора - водата.) Така втечнения фреон преминава към следващия процес.
Следващия процес протича в дроселиращия елемент (има различни типове, но да не се правя на знаещ. При термопомпите обикновено се използва т. н. ТРВ – термо-регулиращ вентил, защо се нарича така е интересно да се даде обяснение, но да не се отклоняваме.). При преминаване на течността (фреона) през дроселиращия елемент – налягането и се редуцира (понижава). (В този дроселиращ елемент не е желателно да попадат мехурчета пара, това и налага споменатото преохлаждане. Течността е практически не свиваема, но не и газа в мехурчетата. Преминавайки през дроселиращия елемент и попадайки в среда с по-ниско налягане те рязко биха повишили обема си.) Втечнения фреон след кондензатора е с относително висока температура (въпреки не голямото преохлаждане) – близка, но по-висока от тази в отопляемите помещения. При значителното понижаване на налягането в течността – тя се оказва прегрята по отношение на достигнатото ниско налягане. В резултат на това тя започва да кипи – при кипенето, температурата и се понижава и в идеалния случай достига температурата на кипене (температурата на изпарение) при ниското налягане в цикъла (налягането в изпарителя). (В идеалния цикъл – налягането пред компресора.) Така образувалата се течно-парова смес започва следващия процес в цикъла.
Течно-паровата смес постъпва в изпарителя и поглъщайки топлина (в случай на термопомпа въздух-вода – от външния въздух прекарван от вентилатор през изпарителя - за да се интензифицира топлообмена) се доизпарява до достигане на парова фаза. (Процеса е подобен на процеса в кондензатора, но протича не кондензация, а изпарение.) (Отново, при идеален процес в края му би се получила само пара (суха пара). Но при реалния процес в потока пара се носят капки течност. Тези капки са „откъснати” от парния поток - от повърхността на изпаряващата се течност или от топлообмените повърхности на изпарителя. И тъй като топлопроводимостта на газа (парата) е много по-ниска от течността – топлообмена е силно затруднен и бавен. Затова, ако се налага в компресора да постъпва пара с висока сухота – се налага прегряването и, за да се ускори изпарението на тези носени от нея капки. Това явление си има и свое име – криза на топлообмена от втори род.
Криза на топлообмена от първи род може да настъпва при значителни топлинни потоци, например в парни котли, реактори – но в изпарителя на термопомпа, мисля, че не може да настъпи.) И така изпарения и дори не силно прегрят фреон постъпва в компресора – и цикъла на термопомпата се „затваря”.
Прикачен файл:
Общ.png (15.29 KиБ) Видяна 5675 пъти
TS – диаграма с фазовите преходи (газ/течност) на определено вещество – например фреон с фазови преходи (кондензация (втечняване) и изпарение (кипене)) протичащи при постоянна температура. (Диаграмата е само за илюстрация).
T – температура; S – ентропия.
В „полето” под кривата - ткг – веществото съществува в двете си агрегатни състояния (смес газ и течност).
Линия – кг – веществото се е изпарило напълно, наситена пара.
Линия – кт – веществото е кондензирало напълно, течност на линията на кипене.
В дясно от линия кг – газова фаза на веществото,прегрята пара.
В ляво от линия кт – течна фаза на веществото, преохладена течност (охладена течност).
Линии - рв и рн – избари, процеси описващи измененията във веществото при постоянно налягане. От дясно на лява – охлаждане на газовата фаза (до пресичането с линия кг), кондензация на парата при постоянно налягане (от дясно наляво – съдържанието на пара в двуфазната среда се намалява за сметка на увеличаване на течната – до пълна кондензация – пресичането с линия кт), след това – охлаждане на течността при даденото налягане (но поради практическата несвиваемост на течността температурата на течността с изменение на налягането се изменя много малко, затова изобарите са много близки до линия кт).
Точка – к – критична точка за даденото вещество, ако температурата на веществото е над критичната температура (за даденото вещество) то не може да се втечни. Ако се прекара изобара през тази точка, то това налягане се нарича критично налягане – фазовия преход при това налягане и при критичната температура протича без преминаване през двуфазна среда.
(Сигурно всичко това се знае, но рядко се дават процесите протичащи в термопомпата в TS – диаграма. А тя - според мен, дава по ясно разбиране отколкото процесите дадени в ph – диаграма.)
Процесите в термопомпата:
1-2 – компресиране на парите на фреона в компресора (в идеален цикъл, без загуби);
2-3 – охлаждане на прегретите пари;
3-4 – кондензация на фреона;
4-5 – преохлаждане на фреона;
5-6 – дроселиране на фреона в дроселиращия елемент (приема се, че протича при постоянна енталпия, т. е. 5-6 е изоенталпиен процес) и в процеса частично се изпарява;
6-7 – изпарение на фреона (доизпарение);
7-1 – прегряване на парите на фреона.
В случая – процесите 2-3, 3-4, 4-5 протичат в кондензатора, а 6-7, 7-1 са в изпарителя.
Дадено нагряването на водата във водния контур – линия в1-в2. При оптимално организиране на топлообмена – двете среди, фреона и водата се движат в противоток.
Дадено е и охлаждането на въздуха в изпарителя – линия вз-вз2. (Също се предполага протичане на двете среди, фреон и въздух в противоток. Но в общия случай, това не е така, до колкото знам.)
Процесите в регенеративния топлообменик:
5-5р – допълнително охлаждане на втечнения фреон, след кондензатора;
5р-6р - дроселиране на допълнително охладения фреон;
1-1p – допълнително прегряване на фреоновите пари, след изпарителя;
1р-2р – компресиране на допълнително прегретите пари в компресора.
Та защо бе необходимо всичко изписано до тук. Ако поставите регенеративен топлообменик – в който втечнения фреон след кондензатора да отдаде топлина на фреоновите пари след изпарителя, ще имаме повишаване на получената топлина от термопомпата, но и допълнително натоварване на компресора.
Докато при цикъл без регенерация имаме – получена топлина Q1 от фреона. Или COP - Q1/A, но в случая е по-удобно да го запишем като (Q2+А)/А = (Q2/А)+1 – топлината извлечена от околната среда към вложената работа (ел енергията изразходвана за получаване на работата – за не идеалния цикъл). За получаването на тази топлина – компресора ще извърши работа A – площта 1-2-3-4-5-6-7-1. И топлина Q2 получена от външната среда – площта 6-7-1-в-а-6.
За сметка на допълнителното охлаждане на фреона след кондензатора – от околната среда ще извлечем допълнителна топлина ∆Q2 – площта 6р-6-а-ар-6р. Но ще е небходимо да се вложи допълнителна работа от компресора ∆А – площта 2р-2-1-1р-2р. Т. е. за да получим по голяма ефективност - ∆Q2/Q2 трябва да е по-голямо от ∆А/А. Т. е. за да получим по-голяма ефективност от термопомпата на която ще монтираме регенеративен топлообменик трябва кондензатора да позволи получаването от термопомпата на тази по-голяма топлинна мощност, същото се отнася и за изпарителя - да позволи извличането на тази по-голяма топлинна мощност от околната среда (да имат достатъчен запас по топлообменна повърхност и при това без да им се влоши ефективността), също така и помпата на водния кръг, както и вентилатора да евентуално да позволят пренасяне на по-големи масови потоци. Също така компресора да може да отдаде тази по-голяма мощност без да се влоши КПД както на компресора така и на ел двигателя му.
Използването на регенеративен топлообменик се смятало полезно за компресора. Част от маслото му се отнесяло от фреона и преминало през целия цикъл. Явно в кондензатора се разтваря във втечнения фреон, а в изпарителя, тъй като е с много по-висока температура на изпарение (по трудно изпаримо е) - се отлага по топлообмените повърхности. Част от маслените отложения се откъсват от парния поток и се носят - като капки в него. Но маслото съдържа разтворен фреон. По същественото прегряване на парите позволявало изпарение на голяма част от съдържащия се в маслото фреон. Което благоприятствало работата на компресора. Но явно трябва да се следи и да не се стигне до прегряване.
Извинявам се – за излишното многословие, сигурно голяма част от изписаното се знае. Разбира се може да греша и най-вече за това го изписах – някой може да ме поправи.