Библиографическое описание:

Юрицин С. А., Кизуров А. С., Лапшин И. П. Разработка бездроссельной теплонасосной установки // Молодой ученый. — 2016. — №6.5. — С. 13-16.



В данной статье рассматривается устройство бездроссельной теплонасосной установки и недостатки существующих конструкций теплонасосных установок. С учетом этого представлены отличительные особенности предлагаемой установки от существующих конструкций. Определен план проведения дальнейших исследований. Представлены характеристики рабочих температур ряда существующих теплонасосных установок и характеристики предлагаемого проекта.

Ключевые слова: бездроссельная теплонасосная установка, теплонасосная установка, тепловой насос, хладагент, компрессор, дроссель.

Бездроссельная теплонасосная установка (сокращенно БТНУ) позволяет осуществлять перенос тепловой энергии аналогичным образом, как и в существующих конструкциях теплонасосных установок (сокращенно ТНУ), но с расширенным диапазоном рабочих температур. Рабочим телом в бездроссельной теплонасосной установке также является хладагент. Данное вещество – это универсальный агент для переноса тепловой энергии, который позволяет разрабатывать новые конструкции теплонасосных установок, не прибегая к поиску вещества, выполняющего данную функцию.

Хладагент обладает свойством существенно изменять температуру кипения при незначительном изменении давления, например у хладагента R134а температура кипения при давлении 0,163·105 Па составляет -60°С, а при давлении 0,300·105 Па -50°С.

Устройство ТНУ с дросселем представлено на рисунке 1.


Рис. 1. Устройство ТНУ с дросселем

1-компрессор; 2-дроссель; 3-испаритель; 4-конденсатор; t1-температура теплоносителя на входе в испаритель; t2-диапазон рабочих температур теплоносителя в испарителе; t3-температура теплоносителя на выходе из испарителя; t4-температура теплоносителя на выходе из конденсатора; t5-диапазон рабочих температур теплоносителя в конденсаторе; t6-температура теплоносителя на входе в конденсатор. Примечание: для t1, t3, t4, t6 – значение температуры представлено для одного частного случая в качестве примера.

Существующие конструкции теплонасосных установок позволяют осуществлять регулирование температуры только одного контура, то есть либо регулирование температуры контура нагрева, либо регулирование температуры контура охлаждения [1]. Это влечет за собой снижение эффективности работы устройства при отклонении температурных режимов от номинальных, заранее предусмотренных значений. В условиях широкого колебания температур окружающей среды в районах континентального и резко-континентального климата, где температура варьируется от -35 до +35 ̊С, использование существующих конструкций ТНУ является экономически не оправданным. Практически все бытовые и промышленные кондиционеры, сплит-системы и холодильные машины, стабильность работы которых зависит от постоянства температуры окружающей среды, выполнены на их основе [2].

Так, например использование бытовой сплит-системы в режиме обогрева будет происходить эффективно только при температуре наружного воздуха в диапазоне от + 10 до +24. При понижении температуры окружающего воздуха ниже этих значений, начинается процесс переохлаждения смазочного масла компрессора, в результате чего масло густеет и становится слишком вязким для штатной работы. Это приводит к повышенным ударным нагрузкам и ускоренному износу деталей компрессора. Также при такой и более низкой температуре и влажности более 70% происходит образование корки льда на поверхности теплообменника, что существенно ухудшает теплопередачу между наружным воздухом и рабочим телом теплонасосной установки [3]. В cвязи с этим возникает необходимость исследовать иные, ранее не существовавшие конструкции ТНУ. Мы предлага
ем конструкцию бездроссельной ТНУ, которая схематично представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Предлагаемая схема БТНУ

1-компрессор №1; 2-компрессор №2; 3-испаритель; 4-конденсатор; 5- электрозадвижка; 6-резервуар с хладагентом; t1-температура теплоносителя на входе в испаритель; t2-диапазон рабочих температур теплоносителя в испарителе; t3-температура теплоносителя на выходе из испарителя; t4-температура теплоносителя на выходе из конденсатора; t5-диапазон рабочих температур теплоносителя в конденсаторе; t6-температура теплоносителя на входе в конденсатор. Примечание: для t1, t3, t4, t6 – значение температуры представлено для одного частного случая в качестве примера.

Бездроссельная ТНУ имеет некоторые сходства с существующими ТНУ. Эти сходства заключаются в наличии компрессора, испарителя, конденсатора, и медных трубок с циркулирующим внутри хладагентом. Но также имеется и ряд отличий. БТНУ не имеет дросселирующей капиллярной трубки. Вместо этого в конструкцию бездроссельной ТНУ внесен второй компрессор [4], электрозадвижка и дополнительный резервуар для временного хранения хладагента. Данная конструкция позволяет разделить контур нагрева и контур охлаждения механическим путем. В результате чего появляется возможность изменять давление в каждом контуре независимо друг от друга, добавляя или убавляя хладагент из дополнительного резервуара. В свою очередь, изменение давления в контуре влечет за собой изменение температуры. Таким образом, обеспечение независимого регулирования температур контура нагрева и контура охлаждения позволит расширить область применения теплонасосных установок. Разработка такой установки ведется на кафедре «Энергообеспечение с/х» в ГАУ Северного Зауралья.

В настоящее время заложены основы расчета бездроссельной ТНУ, но для этого необходимо выполнить следующее:

- провести анализ существующих методов расчета и определения параметров ТНУ;

- выполнить анализ технологических режимов работы существующих конструкций ТНУ;

-провести теоретические исследования режимов работы и принципов регулирования температурных параметров предлагаемой бездроссельной ТНУ с целью выявления оптимальных;

-на базе проведенных теоретических исследований создать опытную лабораторную установку и провести экспериментальные исследования для подтверждения теоретических положений.

При исследовании возможностей бездроссельной ТНУ основной упор мы делаем на расширение температурных диапазонов, в которых она сможет работать. Предположительно такой диапазон будет в пределах от -30 до +75 ̊С, причем как в режиме обогрева, так и в режиме охлаждения.

Технические характеристики ряда ТНУ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики ряда ТНУ

Марка ТНУ

Потребляемая мощность при охлаждении, кВт

Потребляемая мощность при отоплении, кВт

Холодопроизводительность, кВт

Теплопроизводительность, кВт

Диапазон температур при работе на охлаждение, град С

Диапазон температур при работе на обогрев, град С

Тип ТНУ

REHAUT GEO 5

0,96

1,93

6,45

4,60

+18…+15

0…+55

Жидкость/Жидкость

Dimplex

WI 10TU

-

1,63

-

9,60

-

+10…+35

Жидкость/Жидкость

REHAUT AQUA

0,96

1,91

6,45

6,00

+18…+15

+10…+55

Жидкость/Жидкость

Dimplex

LA 6TU

-

1,35

-

5,10

-

+2…+35

Воздух/жидкость

REHAUT AERO

-

2,44

-

8,60

-

+2…+35

Воздух/жидкость

Vitocal 200-S

АWS 104

1,08

0,97

3,20

4,50

+35…+7

+7…+35

Воздух/жидкость

LG Therma V AH-W096A0

2,77

2,2

8,60

9,00

+48…+5

-20…+30

Воздух/жидкость

Бездроссельная ТНУ

-

-

-

-

-30…+75

-30…+75

Любой

На основании таблицы 1 (Технические характеристики ряда ТНУ) видно, что диапазон рабочих температур, на которые конструктивно рассчитаны существующие теплонасосные установки достаточно сильно ограничен. Это препятствует использованию ТНУ в условиях широкого колебания температур. В свою очередь предлагаемая бездроссельная ТНУ теоретически способна справиться с такой задачей.

Литература:

  1. Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Н.А. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Е.М. Бамбушек. – Л.: Машиностроение, 1987. – 423 с.
  2. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок / А.И. Андрющенко. – М.: «Высшая школа», 1977. – 280 с.
  3. Быков А.В., Калнинь И.М., Краузе А.С. Холодильные машины и тепловые насосы / А.В. Быков. – М.: «Агропромиздат», 1988. – 288 с.
  4. Юрицин С. А., Кизуров А.С.Регулирования параметров теплонасосной установки / С.А. Юрицин. – Тюмень: Изд-во «Молодой ученый», 2015. №6-5 (86). С. 17-21.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle