Цикл Вийемье
| Термодинамика |
|---|
 |
Цикл Вийёмье был запатентован швейцарско-американским инженером Рудольфом Вийёмье в 1918 году. Целью машины Вийёмье было создание теплового насоса , который бы использовал тепло при высокой температуре в качестве источника энергии. Цикл Вийемье...
и сжатие рабочего использовать расширение газа в трех пространствах переменного объема, чтобы перекачивать тепло от низкого до умеренного температурного уровня. Интересной особенностью машины Вийемье является то, что индуцированные изменения объема реализуются без использования работы, а термически. Именно по этой причине у него есть потенциал для использования в современных приложениях, где загрязнение окружающей среды не является выбором. Он является идеальным кандидатом для таких применений, поскольку состоит только из металлических частей и инертного газа . Используя эти устройства для отопления и охлаждения зданий, значительной экономии энергии можно добиться , поскольку их можно эксплуатировать в небольших масштабах в обычных зданиях или в больших масштабах, обеспечивая тепловую энергию для целых строительных блоков без использования ископаемого топлива . Использование машин Vuilleumier для промышленного применения или внутри транспортных средств также является возможным вариантом. Другая область, в которой эти машины уже использовались, — это криогеника , поскольку они также способны обеспечивать охлаждение. при очень низких температурах, как в очень похожих и известных холодильниках Стирлинга . [1]
Цикл Вийёмье — это термодинамический цикл , применяемый в низкотемпературном охлаждении . В некоторых отношениях он напоминает цикл или двигатель Стирлинга , хотя у него есть два « вытеснителя » с соединяющей их механической связью по сравнению с одним в цикле Стирлинга. Горячий вытеснитель больше холодного вытеснителя. Муфта поддерживает соответствующую разность фаз . Вытеснители не выполняют никакой работы — это не поршни. Таким образом, в идеальном случае для управления циклом не требуется никакой работы. На самом деле трение и другие потери означают, что требуется некоторая работа.
Устройства, работающие по этому циклу, способны создавать температуру до 15 К, используя для предварительного охлаждения жидкий азот. Без предварительного охлаждения температура 77 К была достигнута при тепловом потоке 1 Вт.
Цикл был впервые запатентован Вийомье в 1918 году (патент US1275507) , а затем снова в Лейдене К.В. Таконисом в 1951 году. В марте 2014 года цикл Вийомье был протестирован в применении с модернизацией обычных систем HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) компанией используя предложенный в цикле термодинамический процесс перемещения тепловой энергии и получая результаты повышения производительности в сочетании с уменьшением выбросов углекислого газа . [2] Эта работа была выполнена компанией ThermoLift ( http://www.tm-lift.com/ ), базирующейся на базе Центра передовых энергетических исследований и технологий Университета Стоуни-Брук , при сотрудничестве Министерства энергетики США и Нью-Йоркского университета. Государственное управление энергетических исследований и разработок (NYSERDA). [3] Кульминацией этой работы стала демонстрация системы ThermoLift в Национальной лаборатории Ок-Ридж в августе 2018 года. Демонстрация показала, что технология ThermoLift (TCHP) способна достичь коэффициентов производительности (COP) для цикла, которые значительно превышают целевой показатель Министерства энергетики. КПД для тепловых насосов для холодного климата (хотя ни в коей мере не превышающий КПД геотермальных тепловых насосов ). Кроме того, из-за особенностей ТТЭЦ существенного снижения производительности при уменьшении температуры на входе в холодный котел не происходит. [4]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Метод и устройство для индукции тепловых изменений, заявка на патент Р. Вийомье, 1918 г.
- Все патенты США основаны на оригинальном патенте Вийемье, 938 патентов по состоянию на сентябрь 2020 г.
- Криогенное охлаждение с циклом Вийемье, технический отчет, Лаборатория динамики полета ВВС, Авиационные лаборатории ВВС Райта, Командование системы ВВС, апрель 1976 г.
- Криогенный холодильник Фракционного Ватта Вийемье, окончательный отчет по предварительному проекту задачи 1, The Garrett Corporation, AiResearch Manufacturing Co, подготовлен для Центра космических полетов Годдарда, март 1973 г.
- Космический холодильник большой вместимости Вийемье, автор Р. Д. Дуди, ноябрь 1980 г.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Догкас, Джордж (23 июля 2020 г.). «Термодинамический анализ тепловых насосов Вийёмье» . дои : 10.26240/heal.ntua.18638 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Потенциал энергосбережения и возможности исследований и разработок для технологий HVAC без парокомпрессии» (PDF) . Министерство энергетики США . Март 2014 года . Проверено 7 июля 2023 г.
- ^ «Тепловой насос на природном газе и кондиционер - Министерство энергетики» . Energy.gov.ru .
- ^ Шарма, Вишалдип (01 сентября 2019 г.). «Оценка производительности кондиционера ThermoLift, работающего на природном газе, и теплового насоса для холодного климата» (PDF) . Управление научно-технической информации Министерства энергетики США .
- Экспериментальные методы в физике низких температур, Гай Кендалл Уайт , Филип Дж. Мисон, Oxford University Press, 2002, с. 30 ссылок
- Потенциал энергосбережения и возможности НИОКР для технологий HVAC без сжатия пара, Министерство энергетики США, Уильям Гетцлер, Роберт Зогг, Джим Янг, Кейтлин Джонсон, Navigant Consulting, Inc., март 2014 г. Ссылка