Принцип электрокалорической трансформации тепла использует свойство сегнетоэлектриков менять свою температуру под действием электрического поля.

Три последних способа трансформации тепла пока не нашли широкого практического применения, в силу незначительности эффекта трансформации, поэтому их стоит рассматривать, в большей степени, как некоторый эффект связанный с изменением температуры тел, наблюдаемый при создании соответствующих условий.

В частности, магнитокалорический и электрокалорический способ трансформации тепла позволяет понизить температуру небольшого количества какого-либо вещества, предварительно охлаждённого иными способами до нескольких градусов Кельвина, до температуры порядка 10^-5 – 10^-6 К. Это достигается отводом от этого вещества тепла при его контакте с ферроз или парамагнитными материалами, которые при снятии сильных магнитных или электрических полей, при низких температурах, сами дополнительно охлаждаются до соответствующих температур. Такие способы охлаждения нашли применение в лабораториях при изучении физических свойств веществ и фундаментальных законов физики.

По характеру трансформации тепла все установки можно разделять на две группы: с повышающей и разделительной(расщепительной) трансформацией.

При повышающей трансформации,тепло подводится к установке при более низкой температуре Т_Н, а отводится при более высокой температуре Т_В.

По повышающей схеме работает подавляющее число установок R, H и RH класса. Все циклы, показанные на рисунке 2, относятся к этой группе.

При разделительной трансформации к установке подводится тепло среднего потенциала с температурой Т_С, который в установке делится на два потока – низкого Т_Н и повышенного Т_В потенциала. Работа осуществляется за счёт подведённого тепла среднего потенциала.

Схема такого цикла показана на рис 5. В сущности, цикл состоит из двух:

 

Рис. 5.

первый 1-2-3-4 – прямой, он служит для получения работы L за счёт тепла Q_С, подводимого на уровне Т_С > Т_О.С., произведённая работа используется для осуществления обратного цикла 5-6-7-8, служащего для отвода тепла со среднего уровня Т_С на верхний Т_В. Принципиальная схема такой установки показана на рис.6.

 

Рис.6.

 

К установке подводится поток рабочего тепла расходом G_С, при давлении р_С и температуре Т_С > Т_О.С.. Поток разделяется на две части. Одна часть с расходом G_Н поступает в детандер (турбину) II и расширяется, понижая своё давление и температуру до р_Н < р_С и Т_Н ≤ Т_О.С.. Другая часть рабочего тела с расходом G_В сжимается компрессором I, повышал своё давление и температуру до р_В > р_С и Т_В > Т_О.С.. Привод компрессора I осуществляется от детандера II за счёт произведённой им работы L. Таким образом, поток разделяется на две части, первый может быть использован для охлаждения, второй для нагрева.

Разделительная трансформация осуществляется в струйных вихревых установках и в некоторых абсорбционных.

Повышающая и разделительная схемы могут быть реализованы не только с помощью циклов, но и посредством разомкнутого процесса или вообще без изменения состояния рабочего тела – при использовании электромагнитных установок.

 

По характеру протекания процесса трансформации во времени установки делятся на установки непрерывного действия и периодического действия.

Установки непрерывного действия работают непрерывно в течении всего времени между плановыми остановками.

Установки периодического действия работают периодически по определённому временному графику. Эти установки менее эффективны, но часто могут быть более выгодны экономически, т.к. имеют меньшие габариты и могут совмещать разные функции в одном аппарате.

 

Среди всех классифицированных выше ТТ, до последнего времени, наибольшее применение находили компрессионные установки, так же распространены сорбционные и струйные установки.

В настоящее время расширяется область применения струйных установок вихревого типа (вихревая труба), они отличаются исключительно простой конструкцией и особенно эффективны там, где имеется источник сжатого газа и не нужен компрессор, а также на предприятиях, имеющих избыток сжатого воздуха.

Эти установки, как правило, имеют небольшую единичную производительность и низкий КПД, но несмотря на это они могут применяться для индивидуального теплоснабжения (отопления и охлаждения), особенно в районах с мягким климатом.

В меньшей степени, пока, используются образцы полупроводниковых трансформаторов тепла, которые отличаются простотой конструкции и эксплуатации. Такие установки эффективны для систем охлаждения в регионах с жарким климатом.

Ведётся разработка новых видов ТТ на основе применения электрических и магнитных полей (электрокалорические и магнитокалорические системы). Прогрессивным, также, следует считать более широкое применение для систем технологического хладоснабжения и кондиционирования воздуха абсорбционных холодильных установок, использующих тепло вторичных энергоресурсов промпредприятий.

В каждом отдельном случае, оптимальный метод трансформации тепла должен выбираться на основе технико-экономических расчётов с учётом основных направлений и перспектив развития энергетики и техники трансформации тепла.