Принцип работы термоэлектрического холодильника

 

Существуют устройства, основанные на эффекте Пельтье, заключающемся в поглощении теплоты одним из спаев термопар (разнородных проводников) при выделении ее на другом спае в случае пропускания через них тока. Этот принцип используют, в частности, в сумках-кулерах. Возможно как понижение, так и повышение температуры с помощью предложенных французским инженером Ранком вихревых трубок, в которых температура существенно изменяется по радиусу движущегося в них закрученного вихревого воздушного потока.

Термоэлектрический холодильник основан на элементах Пельтье. Он бес­шу­мен, но распространен мало из-за дороговизны охлаж­дающих термоэлек­трических элементов. Однако небольшие автомобиль­ные холодильники и охла­дители питьевой воды часто производят с охлаждением от элементов Пельтье.

 

Принцип работы холодильника на вихревых охладителях

Охлаждение осуществляется за счёт расширения предвари­тельно сжа­того компрессором воздуха в блоках специальных вихревых охладителей. Они рас­пространены мало из-за большой шумно­сти, необходимости подвода сжа­того (до 1,0-2,0 МПа) воздуха и очень большого его расхода, низкого КПД. Дос­тоинства - большая безопас­ность (не используется электричество, нет движу­щихся частей и опасных химических соеди­нений), долговечность и надёжность.

 

Примеры холодильных установок

 

Некоторые схемы и описания холодильных установок различного назначения, а также их фотографии показаны на рис. 7.27-7.34.

Рис. 7.27. Принципиальная схема холодильной установки.

 

Рис. 7.28. Особенности работы холодильной установки в автомобиле.

 

 

Рис. 7.29. Схема монтажа холодильной системы «Вьюга-Стандарт» на автофургон.

Рис. 7.30. Принципиальная схема аммиачной холодильной установки.

Рис. 7.31. Принципиальная схема пастеризационно-охладительной установки.

 

Рис. 7.32. Примеры схем соединения оборудования в холодильных установках.

 

 

Рис. 7.33. Внешний вид некоторых холодильных установок.

 

Например, холодильные установки компрес­сорно-конденсатор-ные (тип АКК) или компрессорно-рессиверные (тип АКР), показанные на рис. 7.34,  предназначены для работы c под­держа­нием темпе­ратуры от +15 °С до -40 °С в камерах объёмом от 12 до 2500 м³.

В состав холодильной установки входят: 1 - компрессорно-конденсатор­ный или компрессорно-рессивер­ный агрегат; 2 - воздухоохладитель; 3 - термо­регулирующий вентиль (ТРВ); 4 - соленоидный вен­тиль; 5 - щит управления.

 

Рис. 7.34. Некоторые холодильные установки типов АКК и АКР.

Тепловые насосы

Тепловой насос - устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель - теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Рис. 7.35. Воздушный тепловой насос.

 

Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger). Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос в 40-х годах ХХ века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой.

Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что теплота просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать эту теплоту, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть теплоты от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника теплоты можно нагревать и воду, и воздух одновременно.

Поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять теплоту по дому с целью его отопления.

Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» теплоту из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» теплоту земли. Газ конденсировался, отдавал свою теплоту в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию теплоты. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь.

В 40-х годах ХХ века тепловой насос стал известен из-за своей эффективности, но потребность в нём возникла в 70-х годах ХХ века в связи с появлением в мире интереса к энергосбережению.

Типы тепловых насосов

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные.

Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать теплоту в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).

В зависимости от источника отбора теплоты тепловые насосы подразделяются на:

1) геотермальные (используют теплоту земли, наземных либо подземных грунтовых вод);

2) воздушные (источником отбора теплоты является воздух);

3) использующие производную (вторичную) теплоту (например, теплоту трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

Геотермальный тепловой насос может быть:

- замкнутого типа (горизонтальным, вертикальным или водным);

- открытого типа;

- с непосредственным теплообменом.

Рис. 7.36.  Геотермальный тепловой насос.

Рис. 7.37. Воздушный тепловой насос.