生物机电之密闭式回路系统课件

生物机电之密闭式回路系统我在冷冻空调系统研发上的学思历程,方炜台湾大学生物产业机电工程系教授,2005/01/25宁波市，浙江省，中国,高力热处理股份有限公司超高温热冰水双效机产品发表会,生态上的密闭式回路系统,水循环,碳循环,氮循环,磷循环,海洋环流,热力学领域的密闭式回路系统,蒸汽动力循环气体动力循环冷冻空调循环,Carnot冷冻空调循环,Process1-2为湿压缩WetCompression,冷冻空调循环,W12,W34,轮机,压缩机,高压侧,低压侧,Process1-2为干压缩DryCompression,气冷式冷冻空调系统,Condenser,Evaporator,EV,冷凝器/热排,蒸发器/冷排,Capillarytube,Coldair,Hotair,压缩机,毛细管,膨胀阀,冷气或暖气双效机?,不匹配的散热与吸热面积,热水与冰水双效机,P,板式热,交换器,板式热,热水槽,P,交换器,冷排侧,热排侧,消耗,冷水槽,C,消耗,新水,新水,人类与地球,对地球的责任以保护臭氧层为目的而定的蒙特娄议定书决定，自1996年中止生产CFC冷媒(R12)，自2004年依序减产HCFC冷媒(R22)而至2020年中止生产。以防止地球温室效应为目的而定的京都议定书，也指出会造成地球温室效应的CFC冷媒(R12)应受到抑制。2005/2/26正式生效。,冷冻空调界的因应,开发替代冷媒对环境影响小的冷媒(R134a,HFC冷媒)自然冷媒(NH3,CO2)开发使用替代冷媒的高效率商品化机器推广热泵的各种应用层面(新看法),传统的热水/热气产生系统,瓦斯热水器，锅炉产生二氧化碳(温室气体)产生氧化碳(危害安全)电热水器，电暖炉(统称电热器)高耗电,热泵制造热水/热气耗电程度COP1*1.15,EER,PF与COP的计算,性能系数,性能因子,热泵,冷冻空调,EER=COP*3.6/4.18,冷热水双效机COP与EER的计算,1,3,3.5,EERdual=COPdual*3.6/4.18=6.5*0.86124=5.6,现阶段冷冻空调系统的局限,Carnot循环是理想状况,一些观察,基于热传递的不可逆性，高压侧冷媒温度需要高于TH，低压侧冷媒温度需要低于TC压缩机非绝热(等s)压缩过程，膨胀阀非等焓过程State1非饱和气态State3非饱和液态管路摩擦造成压力损失(图中未显示)当高压侧压力愈高and/or低压侧压力愈低，COP愈减,一些观察,T-SDiagram,压缩机与膨胀阀存在冷媒的供需平衡问题，受外扰影响大,冷气/热泵缓冲能力差(non-robust),不允许室外温度太低、太高室内温度太低、太高冷媒太多、太少,拟人化的说法,EQ低,一些观察,热排内冷媒总是液态与气态并存，无法充分散热热排散热能力受外温影响大,热排,FromCompressor,上下存在不小温差,一些观察,高温高压时，饱和气态冷媒的比容为液态冷媒的912倍，冷媒液化后热排管路中留给气态冷媒的空间大增，造成高压侧压力下降热排中液态冷媒与管壁摩擦造成压力损失大,R22冷媒，饱和液气比容比较,R134a冷媒，饱和液气态比容比较,冷媒量少，熱排空間仍然樣大，造成壓力降低,冷排吸热不足,低壓側壓力太低造成冷排結冰,热排散热太好(外温低)太多液态冷媒，摩擦大，比容变化大,低压侧压力下限,R22冷媒,R134a冷媒,其它密闭式回路系统1,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,太极拳？,压缩机,膨胀阀,冷凝器热排,蒸发器冷排,气态冷媒,液态冷媒,高压高溫冷媒,低压低溫冷媒,循环(cycle)就是一个画圆的动作,两仪,四象,八卦,太极,高技巧的用力,一般的外家拳求快用力太极拳则讲求柔缓松静用意不用力随意不随力,高技巧的使力,有招拆招是反应无招化招是顺应,太极本自然顺应柳随风,如何顺应,练拳首先要松松胯，松命门身松则身虚，虚以积气要松才能卸提供缓冲,现阶段冷冻空调系统的缺点,不松启动电流大，运转电流大压缩机经常性全额或过负载，容易过热不卸一旦热排之后的冷媒流动受阻，其回冲的压力将直接冲击压缩机，缩减压缩机的使用寿命,松代表着存在因系统张力所形成的空腔,系统张力代表着鼓面/吉他弦的拉紧程度有适当张力，敲鼓/拨弦才能发声有空腔才能靠共振(共鸣)传声,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,新增装置提供空腔，如此整个循环才能松新增装置提供预压力，有预压力的空腔才能提供缓冲，如此才能卸，压缩机才有保护,新增装置：蓄压器,2000,2001方&蕭,有没有听过预应力？,对材料预先施以应力，可提高材料的耐受力，延长使用寿命,现阶段冷冻空调系统的缺点,不流畅压缩机本身问题，由负荷高或转速低时压力表指针的强烈摆动可知不稳先天：使用四方阀的冷暖气系统后天：天候的变化与负荷大小不定,太极拳的理念,流畅轻灵连贯,稳,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,流畅(轻灵连贯)压缩机高速运转可缓和瞬时的压力变化高耗电新增装置可缩小化压缩机对整体循环的影响让冷媒流动更顺畅让压缩机与膨胀阀在冷媒供需上维持平衡让系统更稳定稳天候的外扰在新增装置可承受的范围内，不致影响压缩机负荷静中触动动犹静，因敌变化是神奇,太极拳的理念,借力使力蓄劲待发动中求静，动静配合以大事小以小搏大(四两拨千斤)沾粘连随，敷盖对吞,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,借力使力：机由己发，力从人借热排后段与冷排后段結合加强散热与吸热利用热排前段与冷排前段結合预冷与预热,允许两端各取所需左侧可视为热排散热之延续或加强右侧可视为冷排吸热之延续或加强,热排后段与冷排后段結合,新增一个热交换器(机由己发),机由己发：热排后段加在冷排下方,蒸发器/冷排,膨胀阀,冷凝器/热排,压缩机,a,b,d,a,d,e,机由己发：热排后段加在冷排下方,熱排,冷排,熱排,冷排,2000，左,热排前段与冷排前段结合,2000,2001方&蕭,新增一个热交换器(机由己发),P-hDiagram,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,蓄劲待发启动时，压力先在新增装置累积，直到可以推动后面的冷媒压缩机只补充新增装置不足的压力，所以启动电流小,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,动中求静，动静配合静压(新增装置做大部分的功)动压(压缩机只补充新增装置失去的静压),压缩机需提供压力(动压)=高压侧压力-低压侧压力压缩机(动压)+新增装置(静压)=高压侧压力-低压侧压力,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,以大事小新增装置以大截面积压力推动管路中小截面积流体以小搏大启动电流小，运转电流小散热/吸热能力大,高效率,太极理念应用于冷冻空调系统的研发,并联的二次膨胀串联的二次膨胀兩段散热与二次膨胀,沾粘连随，敷盖对吞,二次膨胀：毛细管与膨胀阀并联,2002,黃,二次膨胀：毛细管与膨胀阀串联,2001，左,二次膨胀：两个凝结器(热排)之间增加次膨胀,h,第一段散热,第二段散热,p,二次膨胀,2000,2001方&蕭,其它密闭式回路系统2,心脏,doublepump体循环/大循环肺循环/小循环,血管,管分歧为多管或多管合为管最佳管径比例为多少时，能量损失最少?,分合并用，动之则分，静之则合，分击气打，合击沾粘,血管为什么要有舒张压,心脏之体循环(大循环)vs.高压侧,充氧血液经压缩由左心室至左心房，在左心房经压缩排出，通过主升动脉泵入体内上中下三区，供应主要器官氧气之后成为缺氧血液经过微血管，进入静脉，流回心脏的右心室,气态冷媒进入压缩机至排出冷媒在热排散热，冷凝成为液态冷媒,心脏之肺循环(小循环)vs.低压侧,在右心房经压缩排出的缺氧血液通过直径扩大的肺动脉泵入肺中，肺内容积大幅加大，血液喷入血液在肺泡内进行气体交换，排出二氧化碳，吸进氧气，使血液恢复成为充氧血液通过肺静脉回到左心室,在热排末端的液态冷媒进入膨胀阀冷媒经膨胀，降压，在冷排吸热，汽化，成为低压气态冷媒经由回流冷媒管回到压缩机,血液循环理论应用于冷冻空调系统的研发,串行式压缩系统(两个压缩机)二元式元式含中间冷却的元式,二元串行式压缩系统二元：两种不同冷媒,两个循环串行,CycleB:体循环,類似颗心脏，双心房与心室,CycleA:肺循环,各一個膨脹閥共用冷熱排(相同冷媒),两个循环串行一元串行式,左心室,左心房,右心房,右心室,体循环,肺循环,优点：省下area2-3-4-a的输入功避免Ta的高温高压侧平均温度降低,含中间冷却的一元串行式压缩冷冻循环,左心室,左心房,右心室,右心房,心脏手术，加旁通管,血液循环理论应用于冷冻空调系统的研发,小循環：个压缩机配两个蒸发器(冷排)大循環：个压缩机配两个凝结器(热排),小循环：个压缩机、两个蒸发器,颗心脏，两片肺,对二，分离式冷气,大循环：个压缩机，两个凝结器,2000，左,充氧血供應身體各區器官的氧氣,血液循环理论应用于冷冻空调系统的研发,多一个压缩机高血压vs.压缩机高负荷,多个压缩机,心脏手术，颗不够再加颗,高血压,高舒张压：肺功能不足造成血液含氧量不足高收缩压：动脉硬化或阻塞造成血液循环差，供血量不足造成器官缺氧，心脏加速动作，形成高血压,压缩机高负荷,低压侧冷排中冷媒吸热不足，液态冷媒被液气分离装置留住，进入压缩机的气态冷媒量不足高压侧热排中散热过度，液态冷媒多，造成压损大压缩机负荷大，过热，停机,人工心脏研究上的盲点,将心脏视为马达或加压机由流量的观点无法解释为什么血液一离开心脏便有一个大转弯,血液循环与气,气聚膻中,血液循环中动能只占总能量的2%98%能量在膻中(主动脉转弯处)转为弹性位能血管缺乏弹性位能，就没有舒张压，血管与器官都会扁掉,王唯工，2004,膻中(主动脉转弯处),气与太极,中医的气事实上是种共振，也是人体血液循环的动力太极：气机导引,结论,血液循环与太极是远比冷冻空调循环先进的密闭式回路系统!,新增装置：蓄压器,是冷冻空调系统的膻中提供所有的静压与压缩机发生共振是冷冻空调系统的命门提供内需的缓冲提供因应外扰的后援,配备蓄压器的热冰水双效机应具备的优异性能,同时提供冷热水比單效机节能，减废，应用多提供超高温热水，可用能(Exergy)高，应用廣相对于压缩机大小，提供超额冷却能力，节能，高效率超低启动电流较低运转电流压缩机使用寿命长系统运作稳定,回流热水TH=88oC,回流冷水TC=12oC,高力公司(HTU