Industrial Heat Pumps

 

Thermodynamische cyclus warmtepomp

De warmtepomp is gebaseerd op de fysische eigenschap dat bij stijgende drukken de kookpunttemperatuur van een vloeistof ook stijgt. Door de druk te veranderen kan een medium bij een lage druk verdampt worden en bij een hoge druk condenseren.

Voor grootschalige industriële toepassingen heeft ammoniak als werkmiddel vele voordelen. Voor ammoniak wordt meestal een pompsysteem toegepast.

Log P - h diagram

Om het werkingsprincipe van een mechanische warmtepomp goed te kunnen begrijpen wordt gebruik gemaakt van een log P - h diagram. In een log P-h diagram kunnen alle toestandsgrootheden van het werkmiddel worden afgelezen. De x-as geeft de enthalpie (h) weer en op de y-as is de logaritme van de druk weergegeven. Voor de overige lijnen in het diagram geldt:

De zwarte curve verdeelt de grafiek in de verschillende toestanden van NH3. Links van de curve is er alleen vloeistof. Rechts van de curve is er alleen gas. Onder de zwarte curve is er een combinatie van gas en vloeistof. Boven het maximum van de zwarte lijn bevindt zich het transkritische gebied.

Log P-h diagram

De thermodynamische cyclus

In het het log P - h diagram is de cyclus voor een warmtepomp weergegeven. De punten in het diagram geven de verschillende componenten weer. Als voorbeeld is een warmtepomp genomen met een condensatietemperatuur van 80°C en een verdampingstemperatuur van 40°C.

1-2 De compressor: Met de compressor wordt het gas in druk verhoogd van 15 naar 40 bar. In de ideale situatie blijft de entropie gelijk bij compressie. In de praktijk zal de entropie tijdens compressie echter toenemen doordat een deel van de elektrische energie voor het aandrijven van de compressor in de vorm van warmte wordt toegevoerd aan de ammoniak. Hierdoor zal de temperatuur van het gas stijgen naar 120°C.

2-3 De condensor: In de condensor wordt de nuttige energie afgegeven. Eerst wordt de oververhitting weggekoeld (van 120°C naar 80°C) en vervolgens condenseert de NH3 bij constante temperatuur van 80 °C. Het vloeibare ammoniak stroomt naar het expansieorgaan.

3-4 Expansieorgaan: In het expansieorgaan wordt de druk gereduceerd van 40 naar 15 bar. Hierbij ontstaat er een mengsel van vloeistof en gas. Dit mengsel stroomt naar de vloeistofafscheider.

4-5/1 Vloeistofafscheider: In de vloeistofafscheider bevindt zich zowel vloeistof (5) als gas (1). De belangrijkste functie van de afscheider is het scheiden van vloeistof en gas. Het gas wordt afgezogen door de compressor; de vloeistof wordt over de verdampers verpompt.

5-6 Verdamper: Het ammoniak vloeistof dat zich in het onderste deel van de afscheider bevindt, wordt over de verdamper(s) gepompt. In de verdamper wordt een deel van de ammoniak verdampt. De benodigde energie wordt geleverd door de restwarmte. Het mengsel van vloeistof en gas stroomt terug naar de afscheider (6) en wordt hier weer gescheiden in vloeistof en gas.

Lees meer over de thermodynamische cyclus van een:
Ammoniak warmtepomp
Butaan warmtepomp

Lees meer