Принцип электрокалорической трансформации тепла использует свойство сегнетоэлектриков менять свою температуру под действием электрического поля.Три последних способа трансформации тепла пока не нашли широкого практического применения, в силу незначительности эффекта трансформации, поэтому их стоит рассматривать, в большей степени, как некоторый эффект связанный с изменением температуры тел, наблюдаемый при создании соответствующих условий. В частности, магнитокалорический и электрокалорический способ трансформации тепла позволяет понизить температуру небольшого количества какого-либо вещества, предварительно охлаждённого иными способами до нескольких градусов Кельвина, до температуры порядка 10-5 – 10-6 К. Это достигается отводом от этого вещества тепла при его контакте с ферроз или парамагнитными материалами, которые при снятии сильных магнитных или электрических полей, при низких температурах, сами дополнительно охлаждаются до соответствующих температур. Такие способы охлаждения нашли применение в лабораториях при изучении физических свойств веществ и фундаментальных законов физики. По характеру трансформации тепла все установки можно разделять на две группы: с повышающей и разделительной(расщепительной) трансформацией. При повышающей трансформации,тепло подводится к установке при более низкой температуре ТН, а отводится при более высокой температуре ТВ. По повышающей схеме работает подавляющее число установок R, H и RH класса. Все циклы, показанные на рисунке 2, относятся к этой группе. При разделительной трансформации к установке подводится тепло среднего потенциала с температурой ТС, который в установке делится на два потока – низкого ТН и повышенного ТВ потенциала. Работа осуществляется за счёт подведённого тепла среднего потенциала. Схема такого цикла показана на рис 5. В сущности, цикл состоит из двух:
Рис. 5. первый 1-2-3-4 – прямой, он служит для получения работы L за счёт тепла QС, подводимого на уровне ТС > ТО.С., произведённая работа используется для осуществления обратного цикла 5-6-7-8, служащего для отвода тепла со среднего уровня ТС на верхний ТВ. Принципиальная схема такой установки показана на рис.6.
Рис.6.
К установке подводится поток рабочего тепла расходом GС, при давлении рС и температуре ТС > ТО.С.. Поток разделяется на две части. Одна часть с расходом GН поступает в детандер (турбину) II и расширяется, понижая своё давление и температуру до рН < рС и ТН ≤ ТО.С.. Другая часть рабочего тела с расходом GВ сжимается компрессором I, повышал своё давление и температуру до рВ > рС и ТВ > ТО.С.. Привод компрессора I осуществляется от детандера II за счёт произведённой им работы L. Таким образом, поток разделяется на две части, первый может быть использован для охлаждения, второй для нагрева. Разделительная трансформация осуществляется в струйных вихревых установках и в некоторых абсорбционных. Повышающая и разделительная схемы могут быть реализованы не только с помощью циклов, но и посредством разомкнутого процесса или вообще без изменения состояния рабочего тела – при использовании электромагнитных установок.
По характеру протекания процесса трансформации во времени установки делятся на установки непрерывного действия и периодического действия. Установки непрерывного действия работают непрерывно в течении всего времени между плановыми остановками. Установки периодического действия работают периодически по определённому временному графику. Эти установки менее эффективны, но часто могут быть более выгодны экономически, т.к. имеют меньшие габариты и могут совмещать разные функции в одном аппарате.
Среди всех классифицированных выше ТТ, до последнего времени, наибольшее применение находили компрессионные установки, так же распространены сорбционные и струйные установки. В настоящее время расширяется область применения струйных установок вихревого типа (вихревая труба), они отличаются исключительно простой конструкцией и особенно эффективны там, где имеется источник сжатого газа и не нужен компрессор, а также на предприятиях, имеющих избыток сжатого воздуха. Эти установки, как правило, имеют небольшую единичную производительность и низкий КПД, но несмотря на это они могут применяться для индивидуального теплоснабжения (отопления и охлаждения), особенно в районах с мягким климатом. В меньшей степени, пока, используются образцы полупроводниковых трансформаторов тепла, которые отличаются простотой конструкции и эксплуатации. Такие установки эффективны для систем охлаждения в регионах с жарким климатом. Ведётся разработка новых видов ТТ на основе применения электрических и магнитных полей (электрокалорические и магнитокалорические системы). Прогрессивным, также, следует считать более широкое применение для систем технологического хладоснабжения и кондиционирования воздуха абсорбционных холодильных установок, использующих тепло вторичных энергоресурсов промпредприятий. В каждом отдельном случае, оптимальный метод трансформации тепла должен выбираться на основе технико-экономических расчётов с учётом основных направлений и перспектив развития энергетики и техники трансформации тепла.
|
