FSI VUT v Brně, Energetický ústav
Odbor termomechaniky a techniky prostředí
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc.
TERMOMECHANIKA
13. Cykly poháněných tepelných strojů
OSNOVA 13. KAPITOLY
● Přehled poháněných tepelných strojů
● Cykly chladicích zařízení
● Cykly tepelných čerpadel
● Zařízení pro chlazení
a vytápění
● Cykly zařízení na
zkapalňování plynů
Tepelné čerpadlo
1
PŘEHLED POHÁNĚNÝCH
TEPELNÝCH STROJŮ
Obrácený Carnotův cyklus nelze uskutečnit v reálném zařízení, a proto
pro základní filosofii stavby poháněných tepelných strojů byly zavedeny
obrácené teoretické cykly.
VYUŽITÍ POHÁNĚNÝCH
TEPELNÝCH STROJŮ:
● Cykly chladicích zařízení (pro
klimatizaci, chlazení potravin,
technologické aplikace, aj.)
● Cykly tepelných čerpadel
(pro využití nízkopotenciálních
zdrojů tepla, a tím zhodnocení
tepelné energie)
● Zkapalňování plynů (pro
transport plynů, pro chlazení
objektů, supravodivost, aj.)
Klimatizace letadel
Chlazení
termovize
InfraTec
Varioscan
Sluneční kolektory
2
CYKLY CHLADICÍCH
ZAŘÍZENÍ - 1
Chlazení lze provádět:
● Chladnější látkou v chladičích
(termodynamický děj)
● Pomocí strojního hladicího zařízení
kompresorového či ejektorového
(tepelný cyklus)
● Pomocí absorpčního chladicího
zařízení (tepelný cyklus)
● Dalšími způsoby
Cykly chladicích zařízení
Termogram strojního
jsou obrácené, při nichž se práce
chladicího zařízení
kompresorového - ledničky
spotřebovává. Jsou provozovány s
Zdroj: InfraTec
chladivy ve stavu plynném i kapalném,
čímž lze využít teplo fázové přeměny.
Používaná chladiva: NH3, CO2, freony (R134a, 407c, 410a, 600a …) aj.
3
CYKLY CHLADICÍCH
ZAŘÍZENÍ - 2
KOMPRESOROVÉ CHLADICÍ ZAŘÍZENÍ
ODPAŘOVACÍ se škrticím prvkem,
kapilárou, redukčním ventilem
TX je teplota ochlazované látky
TY je teplota okolního prostředí
Teplo se předává izobaricky
 dq = dh - v.dp = dh a platí:
q H  h3  h 2
qC  h1 h 4  h1 h3
Chladicí faktor C pro teoretický
cyklus chladicího zřízení (COPC)
QH
3
K kompresor
S srážník
2 R redukční
ventil
V výparník
S
R
K
4
1
V
QC
T
p2
kr
2
3
h2
p1
TY
T
h1  h3
h
1
4
ε C  COPC 

h =h
q H  q C h 2  h1
s
Větší C má zařízení s detandérem. Děj 3-4 je pak adiabatický (tečkovaná
qC
X
1
3
4
čára), QC je větší a detandér částečně pohání kompresor.
4
CYKLY TEPELNÝCH
ČERPADEL
TEPELNÉ ČERPADLO může mít
stejné uspořádání a stejný cyklus,
jako chladicí zařízení, ale
QH
3
TY
Teplo se předává izobaricky
 dq = dh - v.dp = dh a platí:
q H  h3  h 2
S
R
TX je teplota z nízkopotenciálního
zdroje tepla
je teplota ohřívané látky
qH
h2  h3
 H  COPH 

q H  q C h 2  h1
K
4
1
V
QC
T
p2
kr
2
qC  h1  h 4  h1  h3
Topný faktor H (COPH) je pak dán
vztahem
K kompresor
S srážník
2 R redukční
ventil
V výparník
h2
3
p1
TY
TX
4
h3=h4
1
h1
s
Také zde lze použít detandér.
5
ZAŘÍZENÍ PRO CHLAZENÍ
A VYTÁPĚNÍ
V TECHNICE PROSTŘEDÍ SE POUŽÍVAJÍ KOMBINOVANÁ ZAŘÍZENÍ
umožňující strojní chlazení a vytápění na principu tepelných čerpadel.
QH
S
3
R
Místnost
4
V
QC
4
V
2
K
R
Místnost
1
QC
Zapojení v režimu chlazení
2
K
K kompresor
S srážník
R redukční
ventil
V výparník
S
1
3
QH
Zapojení v režimu vytápění
Chladivo je stejné a všechny komponenty zůstanou na svých místech.
Přepnutím ventilu se vnitřní výměník tepla změní z výparníku na srážník
a vnější výměník tepla se změní ze srážníku na výparník, či obráceně.
6
CYKLY ZAŘÍZENÍ NA
ZKAPALŇOVÁNÍ PLYNŮ
Zkapalňování plynů lze provádět:
● Kaskádovou metodou (postupným chlazením chladnějšími látkami)
● Ochlazováním samotným zkapalňovaným plynem (termodynamickou
expanzí v redukčním ventilu nebo expanzí v detandéru)
● Dalšími způsoby
LINDEŮV ZPŮSOB ZKAPALŇOVÁNÍ
y
1
2
3
R
4
prof. Linde (1842-1934), první
hospodárné zkapalnění vzduchu
V
K
1
K Kompresor
V Výměník
tepla
4’’ 1-y R Redukční
ventil
O Odlučovač
O
y Výtěžek
kapalného
y
plynu
4’
4’
T
Inverzní
křivka
2
x
2
1
a
b
3
4’ 4
h2
h
kr
4’’
s
Zdroj:
TU Mnichov
7
Download

Cykly poháněných tepelných strojů