Тітлов Олександр Сергійович. Науково-технічні основи створення енергозберігаючих побутових абсорбційних холодильних приладів

brief description

Тітлов Олександр Сергійович. Науково-технічні основи створення енергозберігаючих побутових абсорбційних холодильних приладів : Дис... д-ра наук: 05.05.14 - 2008.

Тітлов О.С. «Науково-технічні основи створення енергозберігаючих побутових абсорбціїних холодильних приладів ». Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.05.14 холодильна, вакуумна і компресорна техніка, системи кондиціювання, Одеська державна академія холоду, Одеса, 2008
Дисертація присвячена розробці науково-технічних основ створення енергозберігаючих побутових абсорбційних холодильних приладів. Обґрунтовані напрями створення таких холодильних приладів. Показано, що: склад інертного газу не впливає на ефективність циклу. Розроблені енергозберігаючі конструкції: випарника; рідинного теплообмінника; абсорбера; генераторних вузлів з теплоізоляцією у вигляді засипки гранул з високопористого комірчастого матеріалу; холодильника з витяжним каналом. Розроблений двохступеневий спосіб підведення тепла зі зменшеним на 10..15 % енергоспоживанням. Запропоновані новий підхід до вибору товщини теплоізоляції камер і новий принцип конструювання абсорбційних холодильників на базі теплових труб і термосифонів. Показана доцільність застосування мідного високопористого матеріалу, що стискається, як заповнювач в зоні теплового зв'язку і теплоізоляційного кожуха на всій висоті підйомної ділянки дефлегматора. Розроблена математична модель нестаціонарних температурних полів холодильників з тепловими трубами, що дозволяє проводити вибір числа теплових труб. Показана енергетична ефективність форсування теплового навантаження, що підводиться, в період пуску абсорбційних морозильників і способу управління з постійним підведенням теплового навантаження і контролем температури на виході дефлегматора. Встановлено, що абсорбційні холодильники можуть застосовуватися у всьому діапазоні температур холодильного зберігання від мінус 18 С до плюс 12 С і стати універсальним побутовим холодильним приладом, а їх мінімальне енергоспоживання досягається в режимі трьохпозиційного управління. Перспективним напрямом енергозбереження в побутовій техніці є розробка приладів, що суміщають функції холодильного зберігання і теплової обробки харчових продуктів. Показано, що установка додаткової теплової камери не приводить до зростання енергоспоживання і не погіршує експлуатаційні характеристики камер охолоджування. Показано, що запропоновані моделі холодильників перевищують по екологічних характеристиках кращі аналоги; експлуатація нових холодильників на органічному паливі чинитиме сумірний або менший, в порівнянні з компресійними аналогами, техногенний вплив на навколишнє середовище.

1. На основі теоретичного аналізу, аналітичних і експериментальних досліджень розроблені науково-технічні основи створення енергозберігаючих побутових абсорбційних холодильних приладів, які володіючи рядом позитивних якостей (безшумність, надійність і тривалий ресурс роботи, менша в порівнянні з компресійними аналогами вартість, відсутність вібрації, магнітних і електричних полів при експлуатації, можливість використання в одному агрегаті декількох джерел енергії як електричних, так і теплових) і маючи робоче тіло, що складається із природних компонентів, можуть розглядатися як один з варіантів переходу на екологічно безпечні холодоагенти.
2. Встановлено, що найбільш перспективними напрямками при створенні енергозберігаючих побутових абсорбційних холодильних приладів є: удосконалювання термодинамічних циклів АХА; удосконалювання режимів роботи й конструкцій елементів АХА; раціональне використання холоду в побутових АХП; енергозберігаюче управління режимами роботи побутових АХП;розширення функціональних можливостей побутових холодильних приладів на базі АХА за рахунок утилізації «викидного» тепла циклу.
3. Енергетичний і ексергетичний аналіз циклів АХА показав, що: склад інертного газу не впливає на ефективність циклу заміна водню гелієм приводить лише до росту кількості циркулюючого газу в 2 рази, що ускладнює роботу КПЦ; максимальну енергетичну ефективність мають дво-трьох-чотирикамерні АХП що працюють у діапазоні температур охолодження від мінус 18 С до плюс 12 С; енергетична ефективність АХП, оснащених пальниковими пристроями, у порівнянні з апаратами з електричними джерелами енергії, вище в 3 рази (для умов України); основні ексергетичні втрати в циклі АХА припадають на генератор (при роботі на електроенергії до 80 % від загальних втрат, з пальниковими пристроями до 60 %).
Результати енергетичного аналізу режимних параметрів серійних і дослідних моделей АХА дозволили сформулювати ряд рекомендацій для виробників: необхідно забезпечувати максимальне переохолодження потоку рідкого аміаку і потоку слабкого ВАР на вході в абсорбер з максимальним наближенням до температури навколишнього середовища; для кардинального вирішення задач переохолодження потоків у рідкого аміаку і слабкого ВАР слід використовувати низькотемпературний потенціал потоку холодної насиченої ПГС, причому в низькотемпературних апаратах весь потік насиченої ПГС слід використовувати тільки для переохолодження потоку слабкого ВАР; температура кипіння у генераторі не повинна перевищувати 175 С (її ріст до 195 С супроводжується зниженнямhвід 24 % до 7 %).
4. Моделювання і аналіз режимів роботи елементів АХА з використанням результатів експериментальних досліджень серійних і дослідних моделей дозволили сформулювати рекомендації в частині забезпечення енергозберігаючих режимів роботи: для зниження витрат холоду на попереднє охолодження (від 10 % до 15 %) необхідно попередньо прохолоджувати потік очищеної ПГС на вході адіабатної ділянки випарника з недорекуперацією в 15 С (для морозильників) і в 510 С (для моделей із НТВ); досить підтримувати температурний напір в 5 С між потоком рідкого аміаку і мінімальною температурою випаровування для всіх типів АХА (за винятком, що працюють у складі універсальних АХП).
5. Результатами моделювання і аналізу режимів роботи елементів АХА стали оригінальні енергозберігаючі конструкції: випарника із проміжним зливом рідкого аміаку, яка дозволяє раціонально розподілити холод для попереднього охолодження потоків рідкого аміаку і очищеної ПГС і забезпечити в НТВ обсягом 40 дм3температуру мінус 19мінус 21 С; «сплющеного» РТО, яка дозволяє зменшити довжину РТО і підвищити надійність роботи АХА; АХА з ефективним відводом теплоти абсорбції за рахунок інтенсифікації внутрішнього і зовнішнього теплообміну і використання низькотемпературного потенціалу потоку насиченої ПГС.
6. Встановлено, що при наявності витяжного каналу на задній стінці холодильної шафи за рахунок інтенсифікації циркуляції повітря зниження енергоспоживання становить 1020 %, при цьому підвищена температура повітряного потоку у верхній частині витяжного каналу дозволяє встановити додаткову ТК для термічної обробки харчових продуктів, сировини і напівфабрикатів. Застосування вентиляторів для обдування теплорозсіюючих елементів АХА енергетично недоцільно.
7. На основі аналізу енергозберігаючих режимів роботи генератора АХА розроблений: оригінальний двоступінчастий спосіб підведення тепла, який в діапазоні температур навколишнього середовища 1032 С знижує енергоспоживання на 10..15 %; оригінальні конструкції генераторних вузлів з розташуванням джерел тепла у внутрішніх порожнинах і з теплоізоляцією у вигляді засипання гранул із ВПЧМ, що дозволило знизити енергоспоживання на 10 %, спростити технологію виробництва і підвищити надійність роботи АХП.
8. Запропоновані нові підходи до вибору товщини теплоізоляції охолоджуваних камер АХП, засновані на врахуванні вартості камер і експлуатації і на врахуванні темпів їх зміни, які враховують специфіку роботи АХП (розміщення теплорозсіюючих елементів АХА на задній стінці шафи і наявність теплових перетічок між камерами).
9. З урахуванням результатів експериментальних досліджень реальних конструкцій розроблена математична модель нестаціонарних температурних полів теплоізоляційних камер АХП із ТТ або ДФТС. На основі моделі розроблена номограма, що дозволяє проводити вибір числа ТТ і товщини стінки внутрішнього корпуса залежно від обсягу камери.
10. Запропонований і апробований в серійному і дослідному виробництві ВЗХ новий принцип конструювання АХП на базі додаткових теплопередаючих систем (ТТ, ДФТС) для теплового зв'язку "об'єкт охолоджування випарник АХА". На його основі розроблені конструкції, які відрізняються від традиційних виносом випарника АХА за межі корисного обсягу охолоджуваних камер і установкою його в спеціальному теплогідроізольованому блоці. Показана доцільність застосування стисливого мідного ВПЧМ у якості заповнювача в зоні теплового зв'язку випарника АХА і плоских теплосприймаючих поверхонь. Це дозволяє: збільшити корисний об'єм охолоджуваних камер; виключити з технології виробництва екологічно небезпечну операцію оцинкування поверхні випарника; зменшити енергоспоживання (на 79 % в однокамерному холодильнику із НТВ «Київ-410» АШ-160 і на 1518 % в абсорбційному морозильнику «Стугна-101» АМЛ-180); знизити рівень температур в охолоджуваних камерах (у НТВ на 7...8 С і на 12...14 С у морозильнику); час виходу на робочий режим скоротити на 2530 % у холодильнику із НТВ і на 5055 % у морозильнику.
11. Встановлено, що наявність теплоізоляційного кожуха, розрахованого з умови повного очищення парового потоку аміаку в жорстких умовах експлуатації, на всій висоті піднімальної ділянки дефлегматора дозволяє підвищити холодопродуктивність випарника в порівнянні із традиційною частковою теплоізоляцією на 15...20 %.
12. Показана енергетична ефективність форсування підведеного теплового навантаження в період пуску абсорбційних морозильників зниження енерговитрат у цей період становить від 25 до 35 %.
13. Показано, що спосіб управління однокамерним АХП із НТВ із постійним підведенням теплового навантаження і контролем температури потоку на виході піднімальної ділянки дефлегматора дозволяє знизити енергоспоживання до 20 %, у порівнянні із традиційним двопозиційним.
14. Встановлено, що АХП можуть застосовуватися у всьому діапазоні температур холодильного зберігання, використовуваному в побуті від мінус 18 С до плюс 12 С, тобто стати універсальним побутовим холодильним приладом, причому реалізація необхідних режимів холодильного зберігання може бути досягнута за допомогою зміни теплового навантаження в генераторі АХА. Мінімальне енергоспоживання універсального АХП у діапазоні температур навколишнього середовища 1032 С и у всім діапазоні температур холодильного зберігання досягається в режимі «110-Qnom-0», деQnom номінальне теплове навантаження генератора АХА, яка розподіляється між основним і компенсаційними нагрівачами залежно від температури навколишнього середовища і режиму холодильного зберігання. У порівнянні із кращими світовими аналогами зниження енергоспоживання досягає 60 %.
15. Встановлено, що перспективним напрямком енергозбереження в побутовій техніці є розробка приладів, що сполучають функції холодильного зберігання і теплової обробки харчових продуктів, напівфабрикатів і сільськогосподарської сировини. У таких комбінованих приладах теплота, що виділяється при реалізації холодильного циклу, не відводиться в навколишнє середовище, а передається в спеціальну ТК, температура повітря в якій може досягати 70 С.
16. Експериментальні дослідження побутових комбінованих приладів абсорбційного типу, створених на базі серійної моделі ВЗХ "Кристал-408" АШ-150 показали: введення до складу побутових абсорбційних холодильників додаткової ТК, зв'язаної в тепловому відношенні з піднімальною ділянкою дефлегматора АХА, не приводить до росту енергоспоживання і не погіршує експлуатаційні характеристики камер охолодження.
17. Запропоновані оригінальні конструкції комбінованих апаратів на базі АХП, показана перспективність моделей з пальниковими пристроями і конструкцій із гнучкими теплопередаючими пристроями [42].
18. Оцінка техногенного впливу на навколишнє середовище побутових холодильних приладів дозволила зробити наступні виводи: нові АХП суттєво перевищують по екологічних характеристиках (у середньому на 35 %) кращі закордонні і вітчизняні аналоги; в умовах, що склалися в Україні експлуатація нових моделей на органічнім паливі буде чинити порівняний або менший, у порівнянні з компресійними аналогами, техногенний вплив на навколишнє середовище.