Самостійна робота № 8. Робота холодильної установки в якості теплового насосу.
Тепловий насос здійснює перенесення тепла від більш холодного тіла, яким є навколишнє атмосферне повітря, до більш теплого – повітрю у вантажному приміщенні вагону, для чого до холодоагенту підводиться ззовні робота. Перетворити холодильну установку в тепловий насос можна зміною напрямку руху холодоагенту, і внаслідок, функцій конденсатора і випарника або зміною напрямку подачі повітря (атмосферного і з вантажного приміщення). В першому випадку в схему установки необхідно ввести додатково терморегулювальний вентиль ТРВ і декілька трьохідних вентилів В для зміни напрямку руху холодоагенту. Суцільними лініями показано напрямок руху холодоагенту при роботі холодильної установки в режимі теплового насосу. Тут вже випарник В являється конденсатором, а конденсатор КД – випарником.
При зміні напрямку повітря, що подається, конструкція і схема холодильної установки залишаються попередніми, але потребують складні конструктивні рішення по організації руху повітря до теплообмінним апаратам в режимі насосу (атмосферного повітря до випарника, повітря з вантажного приміщення до конденсатора).
Коефіцієнт перетворення теплового насосу представляє собою відношення кількості тепла, що передається гарячому джерелу, до роботи, що подається ззовні. Він завжди більший одиниці і чисельному вираженні більше холодильного коефіцієнта циклу, що реалізується між тими ж граничними температурами:
U0 = q / l = (q0+l) / l = E+1.
Перетворення роботи в тепло за допомогою теплового насосу в енергетичному відношенні більш вигідно, ніж пряме безпосереднє перетворення. Це відноситься до передачі тепла при помірних температурах. Розрахунки показують, що холодильні установки, що працюють на бінарних сумішах фреонів, можуть забезпечити в режимі теплового насосу підтримання додатних температур у рефрижераторних вагонах взимку.
Самостійна робота № 9. Термоелектричне охолодження .
Отримання низьких температур за допомогою напівпровідникових матеріалів основа на використанні термоелектричного ефекту, відкритого в 1834 р. Фізиком Пельтьє. Сутність його заключається в тому, що при пропусканні постійного струму в замкненому електричному ланцюзі, який складається з двох різнорідних провідників, на одному із спаїв цих провідників тепло поглинається (охолодження), на другому – виділяється (нагрівання). Щоб холодний спай мав постійну низьку температуру і був джерелом охолодження, потрібно неперервно пропускати струм і охолоджувати теплий спай. Гарячий та холодний спаї обмінюються місцями при зміні напрямку струму.
Кількість поглинутого або виділеного тепла в одиницю часу залежить від струму І в ланцюзі і коефіцієнта Пельтьє П, який залежить від фізичних властивостей матеріалів, що використовуються:
Q =П · I,
Головні функції охолоджуючого пристрою виконує батарея термоелементів, складена з напівпровідників з можливо більш високими термоелектричними властивостями.
Термоелементом (термопарою) називають два зкомутованих один з іншим елементи різної провідності. Елемент 2 з електронною провідністю з’єднують мідною комутаційною планкою 3 з елементом 1, що має діркову провідність, який в свою чергу з’єднується з елементом, що має електронну провідність, і т.д. Так послідовно з’єднують напівпровідники, утворюючи стовпчик з певного числа елементів. Декілька стовпчиків складають батарею з великої кількості елементів. Існують охолоджуючі пристрої і з одним термоелементом. Напівпровідники підібрані по властивостям таким чином, що при проходженні електричного струму в напрямку, вказаному стрілками, нижній спай нагрівався, а верхній охолоджувався.
Найкращі результати отримані при використанні матеріалів типу телурій свинець + селенистий свинець.
Простота термоелектричних пристроїв, їх висока надійність, зручність управління процесом з можливістю плавного переходу від режиму охолодження до нагрівання є важливою перевагою термоелектричного охолодження.
Створені холодильники ТЕХ-20 ХАТЕ-12 об’ємом 20 і12 літрів на напругу 12 В постійного струму. Призначені для короткочасного збереження продуктів, використовуються водіями автомобілів. В таких холодильниках середня температура повітря знижується на 20 0С приблизно через 2 години після вмикання і повністю стабілізується через 5-6 год. Потужність споживання 35-55 Вт. Різниця температур всередині і ззовні холодильника утримується на рівні 18-24 0С. В цих холодильниках потрібно розташовувати попередньо охолоджені продукти.