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空压机热水机的热能来源

空压机热能热水机的热利用效之高,理论上一直困扰着不少人。以一台100kW的空压机为例计算,其能量利用量不可大于100kW,这是常识。通常我们会这样认为,该空压机的输入电功率为100kW,其输出率不能大于输入功率,否则就会因破坏了宇宙间能量守恒定律而变得荒谬。正是基于以上的信条,人们不能理解,为何热能机的热能利用量可以高到接近甚至超过空压机的轴输入功率。难道,能量守恒定律在这里失效了?答案当然是否定的。以下分析可以很好的阐述空压机热回收系统“热利用率”接近输入电功率甚至超过输入功率的原因。

螺杆压缩机由于本身的设计结构和工作原理决定,它的绝热效率在0.65-0.85之间。低压力比、大中容积流量压缩机为0.75-0.85,高压力比、小容积流量比压缩机为0.65-0.75。对于空气压缩机,供油温度一般在50-60℃。这就决定了空压机输入电功率的65%-85%用于压缩空气,而余下的输入功率才消耗在产生热能和克服摩擦等功耗上。只有约30%左右的输入功率消耗在无用的功耗上,这一部分主要是因压缩而产生的温升上。

对于空压机而言,除了机械摩擦导致的热能损失外,主要是因为压缩气体时热能转换的热能损失,压缩机的绝热效率仅有60-80%。也就是说输入功率的65%-85%用于做有用功,其余的一部分因摩擦产生了热能。假定一台空压机的绝热功率是70%,忽略其他次要因素,可利用的热能应该为(100-70)%=30%。而实际运行中,由于存在热能散失,可以用的热能一定会低于30%。这样一来,可利用的热能应该就更少了,那么,为何热能热水机的热能利用为何能达到空压机输入功率的85-100%,甚至更多呢?

我们知道热力学第一定律,也就是能量守恒定律是建立在一个对外没有能量交换的系统中。因此,我们分析空压机的热能利用时,需要用到这一基本的方法。按照能量守恒定律,系统在一个理想模型下,输入功率应该等于系统的输出功率。

空压机的输入功率为空压机的电功率,输出后将转变为空压机的空气势能,热能等。而当我们将空压机不仅作为压缩气体的设备来分析的时候,空压机系统的输入能量就不仅仅是空压机的如入电功率了,还应该加上输入空气所携带的热能。有了这一点,我们就不难理解系统的能量变化了。

 我们知道空压机输出的热能来源于三块,一是空气被压缩的势能转换所产生的热能,这个知道热力学第一定律的人比较容易理解。二是循环油被剪切所产生的热能,三是机械摩擦所产生的热能。后两者都属于摩擦热能范畴,而其中因化学变化产生的热能可以或略不计。然而空压机的运行不是一个独立的系统,空压机的运行是一个不断有电输入做功带动空压机运转,同时又有大量的空气进入系统的动态过程。空气中的热能在分析过程中就显得尤为重要了。空压机通过搬运动作将空气搬入腔体内,系统的热能实际上是空压机压缩所产生的热能与空压热能之和。热能机正是利用了两者的人能才使得热回收系统能够实现”热利用率“接近甚至超过空压机电机输入功率的。通常对于一般的工程人员而言,理解前三者比较容易,而往往忽略了后者的作用,甚至困扰了许多设计此类设备的技术人员。

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