Тепловые насосы

ЦИКЛ БРАЙТОНА

Этот цикл в основном применяется для газотурбинных двига­телей преимущественно как открытый цикл, в котором воздух засасывается из атмосферы, а газообразные продукты сгорания выбрасываются в атмосферу, используемую как безграничный тепловой сток. При рассмотрении замкнутого энергетического цик­ла его «атмосферная» часть изображается как охлаждение при постоянном давлении (рис. 2.20).

Принципиальная особенность цикла Брайтона, представляю­щая интерес для тепловых насосов, состоит в возможностях при­
менения приводного двигателя с внешним сгоранием при приемле­мой эффективности. Идеальными приводными двигателями для теплового насоса были бы вращающиеся машины, работающие в нужном интервале температур и давлений. Все тепло, сбрасывае­мое на низкотемпературной стороне двигателя, могло бы склады­ваться с, теплом, даваемым тепловым насосом при температуре в точке 2, что повысило бы КПЭ системы.

В промышленных теплонасосных установках мощностью в де­сятки мегаватт можно применять существующие газотурбинные

Установки. Идеальным было бы сочетание газовой турбины с цен­тробежным компрессором, работающим при той же скорости вра­щения и входящим в теплонасосный цикл Ренкина. Все сбросное тепло газовой турбины здесь могло бы складываться с теплом, восстановленным в тепловом насосе. По-видимому, капиталовло­жения и эксплуатационные расходы такой установки будут очень велики, поэтому, несмотря на большую экономию топлива, такая машина появится нескоро.

Теплонасосный цикл Брайтона — это обращенный энергетичес­кий цикл (на рис. 2.21 показан замкнутым). Он бывает двух типов. Первый кз них — засасывание окружающего воздуха в точке 1, нагрев за счет сжатия до точки 2, отдача полезного тепла между точками 2 и 3 с помощью одного или двух теплообменников, рас­ширение в турбине 3—4 и выброс воздуха в атмосферу. Отметим, что здесь трудно получить существенную разность температур между Ті и Тз.

Другой тип показан на рис. 2.22. Здесь внешний воздух засасы­вается в точке 3, расширяется до давления ниже атмосферного, подогревается в теплообменнике окружающим воздухом, а затем снова сжимается до давления в обогреваемом помещении (точ­ка 2). Основная проблема этой схемы состоит в создании машины для давления ниже атмосферного и в обмерзании теплообменника.

Еще одна возможность иллюстрируется с помощью описания автомобильного воздушного кондиционера «Rovac».

Основой системы на рис. 2.23 служит ротационный двухполостной компрессор-расширитель, подобный устройству на рис. 2.10.

Окружающий воздух сжимается, охлаждается до температуры ок­ружающей среды, затем расширяется с понижением температуры и подается в салон автомобиля. Таким образом, в автомобиле происходит кондиционирование воздуха без рециркуляции с помо­щью очень компактного устройства [5].

Наиболее широкое применение охлаждение по циклу Брайтона находит при кондиционировании воздуха в пассажирских самоле-

Тах. Поскольку небольшое количество сжатого воздуха всегда можно получить от двигателей и охладить его потоком окружаю­щего воздуха, охлажденный воздух просто подается в кабину, под­держивая в ней давление и снабжая свежим холодным воздухом.

Теоретический расчет теплового насоса с двойным циклом Брайтона приведен в работе [4], а его результаты показаны в табл. 2.3.

Высокие значения КПЭ объясняются следующим: 1) газовая турбина напрямую соединена с воздушным компрессором; 2) для необходимой интенсивности теплообмена с окружающим воздухом при 21° С потребовалась высокая максимальная температура цикла.