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 применения 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 7V
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 нллюстрируется с помощью описання автомобильного воздушного кондиционера «Rovac».
Основой системы на рис. 2.23 служит ротационный двухполос-тной 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.
Наиболее широкое применение охлаждение по циклу Брайтона находит при кондиционировании воздуха в пассажирских самолетах.
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, 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.