專家講述 熱幫浦熱水器的工作原理

2022-08-20 11:42:03 字數 1519 閱讀 7972

熱幫浦是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置。通常用於熱幫浦裝置的低溫熱源改是我們周圍的介質——空氣、河水、海水,或者是從工業生產裝置中排出助工質,這些工質常與周圍介質具有相接近的溫度。熱幫浦裝置的工作原理與壓縮式製冷機是一致的;在小型空調器中,為了充分發揮它的效能,在夏季空調降溫或在冬季取暖,都是使用同一套裝置來完成的。

在冬季取暖時,將空溫器中的蒸發器與冷凝器通過乙個換向閥來調換工作。

在夏季空調降溫時,按製冷工況執行,由壓縮機排出的高壓蒸汽,經換向閥(又稱四通閥)進入冷凝器,製冷劑蒸汽被冷凝成液體,經節流裝置進入蒸發器,並在蒸發器中吸熱,將室內空氣冷卻,蒸發後的製冷劑蒸汽,經換向閥後被壓縮機吸入,這樣周而復始,實現製冷迴圈。在冬季取暖時,先將換向閥轉向熱幫浦工作位置,於是由壓縮機排出的高壓製冷劑蒸汽,經換向閥後流入室內蒸發器(作冷凝器用),製冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱,將室內空氣加熱,達到室內取暖目的,冷凝後的液態製冷劑,從反向流過節流裝置進入冷凝器(作蒸發器用),吸收外界熱量而蒸發,蒸發後的蒸汽經過換向閥後被壓縮機吸入,完成制熱迴圈。這樣,將外界空氣(或迴圈水)中的熱量「幫浦」入溫度較高的室內,故稱為「熱幫浦」。

從低溫熱源(室外空氣或迴圈水,其溫度均高於蒸發溫度to)中取得q。kcal/h的熱量,消耗了機械功alkcal/h,而向高溫熱源(室內取暖系統)**了qlkcal/h的熱量,這些熱量之間的關係是符合熱力學第一定律的,即q1=q0十alkcal/h如果不用熱幫浦裝置,而用機械功所轉變成的熱量(或用電能直接加熱高溫熱源,則所得的熱量為alkcal/h,而用熱幫浦裝置後,高溫熱源(取暖系統)多獲得了熱量:q1—al=q0,kcal/h此一熱量是從低溫熱源取得的,如果不用熱幫浦裝置,就無法取得這一熱量。

故用熱幫浦裝置旨可節省燃料,又可利用餘熱。

熱幫浦的工作迴圈與熱機的工作迴圈正好相反,熱機是利用高溫熱源的能量來產生機械功的,而熱幫浦是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。若熱幫浦與熱機具有兩個相同的熱源溫度,則熱機迴圈的熱效率η=al╱q1;熱機迴圈的能量指標----熱量轉換係數φ=q1╱al,故φ=1╱η。η值總是小於1的,故φ值是大於1的。

若製冷機與熱幫浦具有兩個相同的熱源溫度,則它們之間的關係為:φ=q1╱al=q0+al╱al=ε+1,ε是製冷機的製冷係數。由此可看出,熱量轉換係數的最小值是籲=1,在此極限情況下q。

=o,即沒有從低溫熱源吸取熱量。

作為自然界的現象,正如水由高處流向低處那樣,熱量也總是從高溫區流向低溫區。但人們可以創造機器,如同把水從低處提公升到高處而採用水幫浦那樣,採用熱幫浦可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱幫浦實質上是一種熱量提公升裝置,熱幫浦的作用是從周圍環境中吸取熱量,並把它傳遞給被加熱的物件(溫度較高的物體),其工作原理與製冷機相同,都是按照逆卡諾迴圈工作的,所不同的只是工作溫度範圍不一樣。

熱幫浦在工作時,它本身消耗一部分能量,把環境介質中貯存的能量加以挖掘,通過傳熱工質迴圈系統提高溫度進行利用,而整個熱幫浦裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分,因此,採用熱幫浦技術可以節約大量高品位能源。

在執行中,蒸發器從周圍環境中吸取熱量以蒸發傳熱工質,工質蒸汽經壓縮機壓縮後溫度和壓力上公升,高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時,釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝後的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器,然後再被蒸發,如此迴圈往復。

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