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.
Основные термины (генерируются автоматически): рабочих температур, рабочих температур теплоносителя, теплонасосных установок, бездроссельной ТНУ, характеристики ряда ТНУ, существующих конструкций, t2-диапазон рабочих температур, t5-диапазон рабочих температур, теплонасосной установки, широкого колебания температур, t1-температура теплоносителя, t3-температура теплоносителя, t4-температура теплоносителя, t6-температура теплоносителя, конструкцию бездроссельной ТНУ, существующих конструкций ТНУ, Технические характеристики ряда, регулирование температуры контура, бездроссельной теплонасосной установки, конструкции теплонасосных установок.

Ключевые слова

теплонасосная установка, тепловой насос, хладагент, компрессор, дроссель, бездроссельная теплонасосная установка

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос