Принцип действия компрессионных тепловых насосов

В тепловом насосе теплота передается от более холодного к более нагретому потоку (в сторону увеличения температуры). В силу II – го закона термодинамики такая передача в компрессионном тепловом насосе невозможна без затрат механической мощности. Поэтому кроме теплообменных аппаратов компрессионный тепловой насос содержит компрессор с электрическим или другим приводом.

В качестве рабочего тела в тепловом насосе используется низкокипящая жидкость (изобутан, пентан и др.), температура которой повышается от Т_и до необходимого уровня Т_к в цикле путем копримирования (рис. 10.3)

Теплонасосная установка (рис. 10.3б) включает в себя испаритель И – теплообменник, в котором за счет подведения теплоты от среды с низким температурным потенциалом происходит испарение рабочей жидкости, пары которой поступают в компрессор КМ, где за счет совершения механической работы привода они уплотняются, объем их уменьшается, а давление и температура увеличиваются. После этого пары рабочего тела поступают в конденсатор К – теплообменник, в котором происходит отдача тепла от паров в нагреваемую среду, в результате чего происходит конденсация паров рабочего тела. Для регенерации конденсат проходит через дроссельный вентиль ДВ, в котором, в результате внезапного расширения происходит увеличение объема, но падение давления и температуры. Температура жидкости уменьшается от уровня Т_к до Т_и. Рабочее тело становится вновь способным воспринимать теплоту от теплового источника с низким температурным уровнем.

отвод тепла

подвод тепла

ДВ

КМ

И

К

подвод низкотемпера- турного тепла

отвод высокотемпера- турного тепла

Т

2 3

Т_к 3 2

Т_и 4 1

4 1

S

а)

б)

Рис. 10.3. Цикл в T-S диаграмме (а) и принципиальная схема (б) компрессионного теплового насоса:

Т_к, Т_и – температуры конденсации и испарения рабочего тела; S – энтропия; К – конденсатор; И – испаритель; КМ – компрессор; ДВ – дроссельный вентиль.

Об эффективности теплового насоса можно судить по коэффициенту преобразования Коп, который отражает тот факт, что с уменьшением разности температур испарения Т_и и конденсации Т_к термодинамическая эффективность цикла теплового насоса увеличивается.

Для идеального цикла теплового насоса величина КОП максимальна:

, (10.1)

где Т_и и Т_к – соответственно абсолютные температуры испарения и конденсации рабочего тела, К.