ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ | Опубликовать статью РИНЦ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Научная статья

Гринкруг М.С.¹, Зайченко И.В.², Соколова В.С.^3, *

^{1, 2, 3} Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре, Россия

* Корреспондирующий автор (sokolova.v.s[at]mail.ru)

Аннотация

Целью исследования является обоснование экономической целесообразности использования абсорбционных холодильных машин для производства холода. В работе проводилось сравнение характеристик парокомпрессионных установок и абсорбционных машин. Была приведена схема абсорбционной тепловой машины и описание ее работы. Рассчитана стоимость 1 кВт·ч холода производимого абсорбционной тепловой машиной для разных видов топлив.

Ключевые слова: абсорбционная холодильная машина, тепловая энергия, производство холода.

USE OF ABSORPTION REFRIGERATING MACHINES FOR THE PRODUCTION OF COLD UNDER CURRENT CONDITIONS

Research article

Grinkrug M.S.¹, Zaichenko I.V.², Sokolova V.S.^3, *

^{1, 2, 3} Komsomolsk-on-Amur State University, Komsomolsk-on-Amur, Russia

* Corresponding author (sokolova.v.s[at]mail.ru)

Abstract

The aim of the study is to justify the economic feasibility of using absorption refrigerating machines for the production of cold. In this paper, we compared the characteristics of vapour compression plants and absorption machines. An outline of the absorption heat engine and a description of its operation were given. The cost of 1 kWh of cold produced by an absorption heat engine for different types of fuels is calculated.

Keywords: absorption refrigerating machine, heat energy, cold production.

Введение

В настоящее время в холодильных машинах и установках для кондиционирования воздуха для производства холода, как правило, используются установки, работающие по парокомпрессионному циклу [4]. Схема такой установки приведена на рисунке 1.

Рис. 1 – Схема парокомпрессионной установки:

1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – дроссель; 4 – испаритель

 

Рабочее тело сжимается компрессором и попадает в конденсатор, где отдает тепло при высокой температуре и переходит в жидкое состояние. После конденсатора оно направляется в дросселирующее устройство, где его давление уменьшается. Затем рабочее тело поступает  в испаритель, где при переходе в газообразное состояние (испарение), где отбирает тепло от охлаждаемой среды или тел. В качестве рабочего тела в испарителе системах машинах обычно, который представляет собой углеводород, в котором часть атомов водорода замещена системами фтора [2].

Наиболее часто используются фреоны марок 12, 21, 22. Во фреоне марки R-22, который получают из метана, один атом водорода замещается атомом хлора, а два атома водорода – атомами фтора. Такой фреон имеет формулу CHF₂CI, его называют хладоном и он является наиболее широко применяемым хладоном во всем мире.  Фреон марки R-12, этот фреон называют  дифтордихлометан, газ молекулы которого состоят только из молекул этого самого фреона 12 или CF₂CI₂, его температура кипения равна -29,74˚ С . Фреон R-21 с наименованием фтордихлорметан, имеет температуру кипения 8,7 ˚C, и химическую формулу CFCl₂H [7].

Основных недостатков у парокомпрессионных установок для производства холода два:

1) Часто в них в качестве рабочего тела используют фреоны фтор и хлор содержащие соединения органических веществ. Они очень вредно влияют на озоновый слой атмосферы [5].

2) В качестве привода компрессора используют, как правило, электродвигатель.

В ряде районов крайнего севера и Дальнего Востока электроэнергия в населенных пунктах производится на дизельных электростанциях. Цена её высока и достигает 30-80 руб. за кВт час. При этих условиях возникает возможность использования абсорбционных холодильных машин для производства холода [9]. Их применение может оказаться экономически целесообразным.

Схема работы абсорбционной тепловой машины представлена на рисунке 2.

 

Рис. 2 – Структурно-функциональная схема абсорбционного цикла

 

Она работает следующим образом. Смесь вода-хладагент кипит в испарителе в условиях пониженного давления при пониженной температуре. Далее  хладагент подается на поверхность труб, по которым циркулирует охлаждаемый воздух температурой. При этом происходит кипение хладагента, что позволяет отнимать теплоту от труб с воздухом, тем самым подавая охлажденный воздух потребителю. Чтобы поддерживать давление в испарителе необходимо удалять пар, образовавшийся в процессе кипения хладагента. Данную функцию исполняет абсорбер. В абсорбере происходит поглощение пара хладагента, раствором, который обладает высоким абсорбирующим свойством, увеличивающегося при понижении температуры раствора. В абсорбере раствор, подаваемый из генератора, понижает свою концентрацию, поглощая пары хладагента. Процесс абсорбции является реакцией с выделением теплоты, которая отводится охлаждающей средой.  Далее слабый раствор проходит через теплообменник и повышает свою температуру за счет теплообмена  с концентрированным раствором, поставляемым генератором. В генераторе, путём подвода тепловой энергии греющего источника, происходит выпаривание воды из слабого раствора хладагента, который за счет этого становится концентрированным и снова направляется в абсорбер.  Из генератора в конденсатор поступает водяной пар, где конденсируется посредством отвода теплоты конденсации к охлаждающей среде. Сконденсировавшийся из водяных паров хладагент снова поступает в испаритель. Затем цикл повторяется заново [1].

В качестве рабочей среды в абсорбционных тепловых машинах чаще всего используют водные растворы бромистого лития или аммиака [8].

Абсорбционные машины имеют только два недостатка:

1. Они не могут работать при температуре существенно ниже нуля из за замерзания воды.
2. Пониженный по сравнению с парокомпрессионными холодильными машинами холодильный коэффициент, а следовательно, меньшая экономичность рассчитанная на первичной энергии.

Однако стоимость первичной энергии может быть различна в разных условиях.

Для парокомпрессионной холодильной машин это стоимость электроэнергии, которая в автономных системах электроснабжения может быть очень высокой. Для абсорбционных тепловых машин первичная энергия является тепловой энергией и её стоимость может быть достаточно низкой. В этих условиях абсорбционные холодильные машины могут иметь преимущество при выработке холода в виде более низкой его стоимости.

В результате сравнительного анализа парокомпрессионных установок и абсорбционных машин было выявлено, что парокомпрессионные машины имеют наивысшие экономические характеристики, а мерой совершенства холодильных машин служит холодильный коэффициент равный отношению количества произведенного холода к затраченной на это работе. Для компрессионных машин он составляет 3 – 3,5.  Существенным является то, что источником энергии для абсорбционной холодильной машины является тепловая энергия. Движущихся частей приводимых от двигателей он не имеет.  Холодильный коэффициент для таких машин рассчитывается как количество произведенного холода, отнесенное к потребленной тепловой энергии. Для одноступенчатых машин холодильный коэффициент  составляет примерно 0,6 , а для многоступенчатых может достигать 1,2 – 1,3 [3,10].

Рассмотрим экономическую целесообразность применения абсорбционных холодильных машин  для производства холода в населенных пунктах с автономными системами электроснабжения.

Стоимость 1 кВт часа холода для компрессионной установки составит

8,6-26,7 руб. При использовании абсорбционной машины в качестве топлива можно применить низкооктановый бензин, керосин, дизельное топливо и газ. Их цена составляет 40-50 руб./л. при плотности (0,70-0,8-1)*10³ кг/м³ .

Теплотворная способность этих топлив составляет (42, 40,8, 42,7) 10⁶ Дж/кг и 33,5 мДж на 1 м³ для газа [6].

При этих условиях с учетом коэффициента полезного действия горелки равного 0.95 была рассчитана стоимость 1 кВт часа холода для одноступенчатой абсорбционной машины. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Стоимость 1 кВт·ч холода производимого абсорбционной тепловой машиной для разных видов топлив

	Бензин А 80	Газ природный	Керосин	Дизельное топливо
Объем	1 л	1 м3	кг	1 л
Масса	0,7 кг	–	кг	1 кг
Стоимость, руб.	40,00	6	47	50
Полученное тепло, мДж	29,4	33,5	40,8	42,7
С учетом кпд	28	31,8	38,8	40,6
Количество холода, кВт·ч Кф=0,6	4,67	5,3	5,47	6,8
Стоимость, 1 кВт ч. холод/руб.	8,57	1,13	8,59	7,35

 

Заключение

Проанализировав результаты расчета, следует сделать следующие выводы.

1) Из приведенного расчета видно, что применение абсорбционных холодильных машин в населенных пунктах с автономными источниками электроснабжения является экономически целесообразным решением, а при использовании двухступенчатой системы охлаждения еще и экономически выгодным по сравнению с парокомпрессионными установками.

2) Использование в качестве топлива природного газа дает существенную экономию затрат на производство холода при применении даже одноступенчатой схемы.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.