В настоящее время в связи с уменьшением запасов органического топлива возникает потребность в использовании возобновляемых источников энергии, которые целесообразно применять для выработки электрической энергии и для получения тепла.
Планирование любого эксперимента должно начинаться с установления круга размерных параметров (факторов) воздействия и выходных переменных, определяющих процесс. Основными факторами воздействия в данном эксперименте являются: объем воды в которой погружены два теплообменника, температура воды и расход фреона; выходными состояния: время проведения опыта, измеряемые температуры в 6-ти точках, количество получаемого тепла.
Таблица 1Технические характеристики рассматриваемых тепловых насосов (ТН)
Технические характеристики
ТН 1
ТН 2
Диапазон измеряемых давлений, МПа
-0,1 … +3
-0,1 … +3
Диапазон измеряемых температур, °C
-30 … +127,5
-50 … +65
Точность измерения температуры, % не больше
1
5
Потребляемая мощность, Вт не более
200
100
Род тока
переменный
переменный
Напряжение питания, В
200 ± 22
Частота сети, Гц
50
50 ± 4
Габаритные размеры, мм
1400×1800×800
750×500×350
Хладагент
R-134a
R-134a
На рис. 1, 2 представлены принципиальные схемы используемых теплонасосных установок при проведении экспериментальных исследований.
1. Компрессор
2. Манометры
3. Штуцер заправочный
4. Вентиль
5. Фильтр-осушитель
6. Стекло смотровое
7. Трубка капиллярная
8. Теплообменнтк
Рис. 1. Схема установки теплового насоса 1
Установка рис. 1, работает следующим образом. В зависимости от направления движения хладагента, задаваемого вентилями 4, один из теплообменников может быть либо конденсатором, либо испарителем. Заправочный штуцер 3 служит для заправки компрессора фреоном R-134a (характеристики фреона представлены в таблице 2). Манометры 2, высокого и низкого давлений позволяют измерять давление в двух точках гидропневматической системы стенда: на выходе и на входе в компрессор. После сжатия в компрессоре 1 рабочее тело, пройдя через открытый вентиль 4, поступает в первый теплообменник (конденсатор), где происходит процесс передачи тепла воде. Далее хладагент движется через смотровое окно 6, фильтр-осушитель 5 и проходит через капиллярную трубку 7, после чего поступает во второй теплообменник (испаритель), при этом отбирается тепло, а затем возвращается в компрессор и процесс повторяется заново. В ходе работы экспериментальной установки фиксировались температуры хладона в ключевых точках теплового насоса (на входе и выходе конденсатора и испарителя). Измерение температуры осуществлялось цифровыми термопарами и фиксировалось многоканальным измерителем температуры. Измеритель температуры подключался к ПЭВМ через разъем СОМ2 по стандарту RS-232 по трехпроводной схеме. Обмен и обработка данных осуществлялись с помощью специальной программы.
Смотровое стекло позволяет визуально контролировать агрегатное состояние фреона и наличие или отсутствие в нем влаги. Фильтр-осушитель служит для удаления влаги из хладагента, а также защищает капиллярную трубку от засорения твёрдыми частицами. Капиллярная трубка представляет собой устройство для расширения и охлаждения фреона и имеет форму дросселя постоянного сечения (регулирующий орган), где разность давлений конденсации и испарения фреона происходит за счет трения внутри нее.
Таблица 2. Характеристики фреона R-134а
Температура кипения при 1,013 бар (°C)
-26,1
Давление кипения при 25 °C (бар)
6,65
Плотность жидкости при 25 °C (кг/м3)
1,206
Критическое давление (бар)
40,7
Скрытая теплота парообразования при 1,013 бар (кДж/кг)
215,9
Схема второго теплового насоса представлена на рис. 2. Основное отличие данных тепловых насосов заключается в использовании элементов различных геометрических размеров и направлениях движения хладагента (тепловой насос 1 имеет два направления движения хладагента, которое регулируется с помощью вентилей, а тепловой насос 2 имеет неизменное направление движения фреона)
1. Компрессор
2. Манометры
3. Штуцер заправочный
4. Стекло смотровое
5. Фильтр-осушитель
6. Трубка капиллярная
7. Теплообменник
Рис. 2. Схема установки теплового насоса 2
Актуальность данного исследования заключается в том, что на основании полученных результатов можно выбрать оптимальный режим работы теплового насоса, а так же предложить пути совершенствования схем тепловых насосов. По результатам проведенных экспериментальных исследований, получены диаграммы изменения температур в узловых точках ТН.
На рис. 3, 4 представлены типичные изменения температуры внутри камеры испарителя и конденсатора.
Рис. 3. Изменение температуры внутри камеры испарителя Рис. 4. Изменение температуры внутри камеры конденсатора
На рис 5, 6 представлены изменения температуры на выходе из конденсатора ТН 1 и ТН 2. Видно, что температура фреона в ТН 1 выше на 4,8 градуса. Это обусловлено тем, что мощность компрессора в первой установке выше.
Рис. 5. Изменение температуры Рис. 6. Изменение температуры на выходе из конденсатора ТН 1 на выходе из конденсатора ТН 2 Список используемой литературы:
Соколов Е. Я., Бродянский В. М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. – М.: Энергоиздат, 1981. – 320 с
Везиршвили О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. – М.: Издательство МЭИ, 1994. – 160 с..
А15. Н.Н. Кошкин, Холодильные машины, Л., 1985.
Холодильные машины / Тимофеевский Л. С. – СПб.: Политехника, 1997. – 992 с.
Мааке В., Эккерт Г.-Ю., Кошпен Ж.-Л. Польманн. Учебник по холодильной технике. – М.: Издательство Московского университета, 1998. – 1142 с
Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянов А. В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. – СПб.: Машиностроение, 1976. – 168 с.
Теплообменные аппараты холодильных установок / Г. Н. Данилова. – СПб.: Машиностроение, 1986. – 303 с..
Danfoss. Catalogue 2000
Библиографическая ссылка
Галынский Д.М., Максимов В.И. Экспериментальное исследование работы теплонасосных установок
// Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/6717 (дата обращения: 23.12.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
а рис. 1, 2 представлены принципиальные схемы используемых теплонасосных установок при проведении экспериментальных исследований.
Рис. 5. Изменение температуры Рис. 6. Изменение температуры на выходе из конденсатора ТН 1 на выходе из конденсатора ТН 2 Список используемой литературы: 