히트 펌프의 작동 원리. 계획, 설명

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히트펌프의 작동 원리는 카르노의 연구와 1824년 그의 논문에 발표된 카르노 사이클의 설명을 따릅니다. 실용적인 히트펌프 시스템은 1852년 윌리엄 톰슨(켈빈 경)에 의해 제안되었습니다. 승수를 계산하고 냉동기가 난방 목적으로 어떻게 효과적으로 사용될 수 있는지 보여주었습니다. 그럼에도 불구하고 Thomson은 자신의 제안을 정당화하면서 제한된 에너지 자원으로는 난방 난로에서 연료의 지속적인 연소를 허용하지 않으며 그의 열 승수 장치는 기존 난로보다 연료를 덜 소비할 것이라고 지적했습니다. 톰슨이 제안한 히트펌프(HP)는 공기를 작동유체로 사용했다. 주변 공기는 실린더 내부로 흡입되어 팽창 및 냉각된 후 열교환기를 통과하여 외부 공기에 의해 가열됩니다. 대기압으로 압축된 후 실린더의 공기는 가열된 실내로 유입되어 주변 온도보다 높은 온도로 가열됩니다. 실제로 유사한 기계가 스위스에서도 판매되었습니다. Thomson은 자신의 HP가 난방에 소비되는 에너지의 3%만을 사용하여 필요한 열을 공급할 수 있다고 말했습니다.

히트 펌프 장치는 20세기 30~20년대에야 영국에서 주변 공기의 열을 이용한 난방 및 온수 공급을 위한 최초의 설비가 만들어지면서 추가 개발이 이루어졌습니다. 그 후 미국에서 작업이 시작되어 여러 개의 데모 플랜트가 만들어졌습니다.

유럽 최초의 대형 히트펌프 공장은 1938~1939년에 취리히에서 가동되었습니다. 강물의 열과 회전식 압축기, 냉매를 이용했습니다. 60도의 물로 시청에 난방을 제공했습니다.°175kW의 전력에서 C. 피크 부하를 감당하기 위해 전기 히터를 갖춘 열 저장 시스템이 있었습니다. 여름철에는 냉각을 위해 장치가 작동되었습니다. 1939년에서 1945년 사이에 국가의 석탄 소비를 줄이기 위해 9개의 유사한 시설이 더 만들어졌습니다. 그들 중 일부는 30년 넘게 성공적으로 일해왔습니다.

그래서 1824년 카르노가 처음으로 열역학적 주기를 사용하여 과정을 설명했고, 이 주기는 HP와 비교하고 효율성을 평가하는 근본적인 기초로 남아 있습니다. 히트펌프는 역열엔진으로 생각할 수 있다. 열기관은 고온원으로부터 열(그림 1.1.1)을 받아 저온에서 방출하여 유용한 작업을 수행합니다. 히트펌프는 낮은 온도에서 열을 생산하고 높은 온도에서 방출하는 작업이 필요합니다.

히트 펌프의 작동 원리
그림 1.1.1. 열 펌프와 열 기관의 열역학적 다이어그램: 1 - 열 펌프; 2 - 열 엔진.

이 두 기계가 모두 가역적이라면(즉, 열역학적 과정에서 열 손실이나 작업 손실이 발생하지 않는 경우) 각 기계의 효율성에는 유한한 한계가 있으며 두 경우 모두 이는 비율입니다. Qn/W. 그렇지 않다면 간단히 한 기계를 다른 기계에 연결함으로써 영구 운동 기계를 만드는 것이 가능할 것입니다. 열기관의 경우에만 이 비율이 W/Qн 형식으로 표시되며 이를 열 효율이라고 하며, 열 펌프의 경우에는 Qн/W 형식으로 유지되며 열 변환 계수(Kt)라고 합니다.

열이 온도 TL에서 등온적으로 공급되고 온도 TH에서 등온적으로 제거되고 압축과 팽창이 일정한 엔트로피에서 수행된다고 가정하면(그림 1.1.2), 일은 외부 엔진에서 공급됩니다. 카르노 사이클은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

Kt \u1d TL / ( TN - TL ) + XNUMX \uXNUMXd TN / ( TN - TL )

히트 펌프의 작동 원리
Pic.1.1.2

따라서 어떤 열 펌프도 더 나은 성능을 가질 수 없으며 모든 실제 사이클은 이 한계에 최대한 가까워지려는 욕구만 실현합니다.

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