Рабочие вещества и режимы работы сорбционной теплоиспользующей холодильной машины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Аль Тавиль Мохаммад Талал

• Аль Тавиль Мохаммад Талал
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль Тавиль Мохаммад Талал

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

I. Введение

II. Современные разработки экономичных средств холодоснабжения

III. Экспериментальное исследование давления начала конденсации смеси пропан бутановой технической зимней

3.1.Устройство экспериментальной установки

3;2.Методика проведения исследований

3.3.Анализ опытных данных и их обработка

IV. Исследование свойств растворов роданида аммония - нового рабочего вещества сорбционных холодильных машин

V. Экспериментальное исследование режимов работы сорбционной холодильной машины

5.1 .Устройство машины

5.2.Способ зарядки компонентами рабочего вещества и отладка машины в работе

5.3.Пути повышения эффективности работы машины

5.4.Результаты экспериментальной проверки путей повышения эффективности работы машины

5.5.Исследование влияния температуры греющей среды и расхода охлаждающей воды на режимы работы машины

VI.Области применения сорбционных холодильных машин

6.1 .Применение на транспорте

6.2.Применение в быту

6.3.Применение в промышленности

6.4.Применение в строительстве, трубопроводной технике

6.5.Рабочие чертежи модернизированного бытового

холодильника

УП.Заключение

VIII.Список использованной литературы

IX ..Приложения

9.1.Приложение 1

9.2.Приложение 2

9.3 .Приложение 3

9.4.Приложение 4

9.5.Приложение 5

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рабочие вещества и режимы работы сорбционной теплоиспользующей холодильной машины»

I.ВВЕДЕНИЕ

Первое авторское свидетельство СССР [5] на сорбционную холодильную машину было получено в 1978 году. С 1985 года во ВНИХИ последовательно велись работы по усовершенствованию сорбционной холодильной машины ( далее СХМ). Первый экспериментальный образец был изготовлен из простейших теплообменников типа "труба в трубе" змеевикового типа. Образец был выполнен в плоском варианте высотой около 2 м.

Испытания подтвердили работоспособность СХМ от источника тепла с температурой от 45 °С до 90 °С. Была достигнута минимальная температура в смесителе на уровне плюс 4 °С.

В 1988-И 989 г.г. была изготовлена и испытана большая СХМ с циркуляционным насосом марки ПГ 6,3/32 К2,2-(5). СХМ была выполнена по уже испытанной схеме, однако, для минимизации потерь были изменены конструкции генератора и конденсатора, диаметры труб в теплообменниках, значительно улучшена теплоизоляция. Насосная система циркуляции обеспечила стабилизацию работы СХМ. Была достигнута температура в смесителе на уровне минус 30 °С.

Таким образом, проведенные исследования показали, что СХМ не имеют конкурентов для выработки холода от теплоты низкого потенциала, начиная с температуры, превышающей на 10ч-15 °С температуру среды, охлаждающей конденсатор.

Рабочие вещества и их компоненты не оказывают вредного воздействия на озоновый слой атмосферы Земли.

Работа проводилась с целью содействия решению энергетической и экологической проблем холодильной промышленности Российской Федерации, а также государств Ближнего Востока.

Потенциально энергетическая эффективность СХМ может быть не ниже абсорбционных холодильных машин. Практически неограриченные области

применения раскрываются перед СХМ, работающим по схемам без использования электрической или механической энергии. Поэтому целью настоящей работы является дальнейшее совершенствование СХМ., позволяющих вырабатывать холод в странах с жарким климатом и особенно в государствах Ближнего Востока, от источников энергии, имеющихся в избытке , а именно от солнечной радиации [1, 16, 32, 38].

¡¡.СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ ЭКОНОМИЧНЫХ СРЕДСТВ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ

Одной из важнейших тенденций дальнейшего прогресса современной холодильной техники является уменьшение энергозатрат на производство искусственного холода. Современное производство искусственного холода является одним из основных потребителей высокопотенциальной энергии, на выработку которой расходуются невосполнимые виды природного органического топлива (нефть, газ, уголь), запасы которых ограничены. Одним из важнейших направлений по экономии энергоресурсов являются применение схем без использования или с малым использованием электрической и механической энергии, вырабатываемых при сжигании органических топлив. Применение таких схем важно также в связи с возросшими требованиями по снижению теплового загрязнения окружающей среды.

Перспективны в этом отношении теплоиспользующие холодильные машины благодаря возможности эффективного применения вторичных ресурсов (отходящие газы, отработанный пар, горячая вода), теплоты ТЭЦ в неотопительный период, а также нетрадиционных источников энергии, например, солнечной энергии. В настоящее время получили широкое распространение в ряде отраслей государственного хозяйства абсорбционные водоаммиачные и бромисто-литиевые холодильные машины. Тепло использующие холодильные машины положительны и с экологической точки зрения, так как. позволяют избежать применения хлорфторутлеродов в качестве хладагентов, отрицательно воздействующих на озоновый слой атмосферы, а также выбросов машинного масла в окружающую среду. Абсорбционные холодильные машины работают при температуре греющего источника 70-180 °С (наиболее используемый диапазон 115-180 °С) [10,11,17, 33, 37,40].

Вследствие этого, диапазон температур до 70°С является "не -используемым" и соответствующая теплота часто просто сбрасывается в

атмосферу. Следовательно, необходимы холодильные установки, способные вырабатывать холод при подводе к ним теплоты низкого уровня температур, а запасы тепловой энергии в указанном температурном диапазоне огромны.

Такими установками необходимой холодопроизводительности являются сорбционные, в которых рабочие смеси обладают не только эффектом сорбции, но и эффектом полной взаимной растворимости компонентов.

Повышение стоимости невосполняемых органических топлив, а тем самым и электрической энергии, вырабатываемой с их использованием, а также экологические проблемы ставят задачу поиска альтернативных источников энергии. Для СХМ такими альтернативными источниками энергии являются первичные источники энергии (солнечная радиация и теплота грунта, включая геотермальные пар и воду) и вторичные источники энергии (биоэнергия, сбросная теплота электростанций, промышленных предприятий и двигателей внутреннего сгорания транспортных средств).

Одним из наиболее доступных таких источников, имея в виду малые мощности, например, для устройств небольшой холодопроизводительности, являются солнечные установки. Они особенно целесообразны для регионов и стран, расположенных в южных районах, особенно в странах Ближнего Востока. Например, в Иорданском Хашимистском Королевстве средняя годовая температура достигает 35 - 40 °С при 245 солнечных днях в году.

Особенностями солнечной энергии являются ее рассеивание, неравномерность во времени и низкий потенциал. Поэтому для ее практического использования требуется создание концентраторов солнечной энергии с большой поверхностью. Концентраторами солнечной энергии могут быть параболические зеркала, в фокусе которых образуются высокие температуры. Такие концентраторы могут служить источником тепла для выработки в парогенераторах пара энергетических параметров с последующей выработкой электроэнергии в турбогенераторе. Такие установки достаточно сложны и дороги.

Если не требуются высокие температуры, то предпочтительнее более дешевые плоско-пластинчатые солнечные нагреватели [16], которые существенно проще параболических концентраторов. Примером плоскопластинчатого солнечного нагревателя может служить образец, приведенный на рис.1.

Нагреватель представляет собой корпус в форме ящика, покрытый светопрозрачным материалом с проложенными в нем оребренными змеевиками специальной конструкции. Такие нагреватели, объединяемые в батареи, могут служить для получения перегретой (до 116ч-120 °С) воды (рис.2).

В предложенных [ 16 ] схемах перегретая вода служила источником тепла для бинарного цикла паросиловой энергетической установки, в которой в качестве рабочего тела во втором контуре использовался легкокипящий фреон-11. Из фреона-11 при температуре кипения 82 °С получался перегретый пар, приводящий в дейсвие турбогенератор. В настоящее время запрещено применение фреона-11 как экологически вредного, разрушающего озоновый слой атмосферы Земли. Однако, применение солнечной энергии для циклов паросиловой установки не теряет актуальности при применении экологически безопасных рабочих веществ.

Батареи солнечных нагревателей могут служить также источником тепла для работы бромисто-литиевых холодильных машин в системах кондиционирования воздуха (СКВ) [12,13,41].

Оригинальная система непосредственного использования солнечной энергии для холодоснабжения двух домов была построена в семидесятых годах в Средней Азии на базе использования абсорбционной холодильной машины [13]. В этой системе впервые осуществлен процесс открытого нагрева лучами солнца водного раствора хлористого лития, стекающего тонким слоем по покрытию, являющемуся генератором. Концентрированный раствор хлористого лития, полученный в результате выпаривания воды, стекает по

Рис. I. Плоско-пластинчатый солнечный нагреватель.

Рис. 2. Система холодоснабжения с плоско-пластинчатыми солнечными нагревателями:

1. Батареи нагревателей.

2. Терморегулирующие вентили.

3. Теплоноситель.

4. Генератор абсорбционной холодильной установки.

5. Холодильный агент.

6. Циркулярный насос теплоносителя.

трубам в нижнюю часть здания, где размещены другие элементы абсорбционной машины. Скаты покрытия здания с площадью испарения 180 м2, ориентированные на юг, служат одновременно генераторами абсорбционных установок. Через испарители установок, размещенных в подвале, циркулирует вода, охлаждаемая в них до +5 °С. Холодная вода по системе трубопроводов распределяется в квартирные кондиционеры и возвращается в хладоцентр с температурой +15 °С. При наружной температуре + 40 °С температура в жилых помещениях поддерживается на уровне +25 °С. Принципиальная схема системы приведена на рис. 3.

В перспективе возможно также создание эффективных полупроводниковых термоэлектрогенераторов для непосредственного преобразования в них тепла солнца в электроэнергию. Использование солнечной энергии для выработки холода на основе термоэлектрических батарей было рассмотрено в работе [34,38,39].

Принципиальная схема холодоснабжения указанного типа приведена на рис. 4. Солнечная энергия при помощи фотоэлемента, установленного на покрытии здания, преобразуется в постоянный ток, который затем преобразуется в холод и тепло в элементах Пельтье, установленных в квартирном кондиционере.

Поверхность солнечных элементов должна превышать поверхность олаждения примерно в 10 раз.

Теплоиспользующие холодильные машины широко применяют в ряде отраслей государственного хозяйства благодаря возможности эффективно использовать вторичные ресурсы (отходящие газы, отработанный пар, горячая вода) и теплоту ТЭЦ в неотопительный период и получать экономию топлива и электроэнергии [1,2, 3,15 , 16, 36].

Рабочим веществом применяемых теплоиспользующих абсорбционных машин является раствор, состоящий из двух компонентов с

Рис. 3. Принципиальная схема холодоснабжения здания с использованием солнечной энергии.

1—покрытие-генератор абсорбционной хилодильной установки; 2-отвод концентририванного раствора хлористого лития; 3 - абсорбционная установка; 4 -подача слабого раствора хлористого лития; 5 - местные воздухоохладители.

^ ^ ^ ^^ ^

Рис. 4. Принципиальная схема тепло и холодосабжения при помощи солнечных батарей из элементов Пельтье:

1. Солнечная батарея (фотоэлемент).

2. Элемент Пельтье.

различными температурами кипения при одинаковом давлении. Один компонент с более низкой температурой кипения является холодильным агентом, а другой - абсорбентом (поглотителем). Известно много пар компонентов, которые могут быть использованы в качестве рабочих веществ абсорбционных холодильных машин [5, 11, 14, 36]. Однако, практически используют водоаммиачный раствор, где холодильным агентом является аммиак, и водный раствор бромистого лития, в котором холодильным агентом служит вода.

Абсорбционные водоаммиачные машины применяют для получения отрицательных температур (от О °С до -70 °С), бромисто-литиевые - для получения положительных (охлаждение воды до 4 °С). Абсорбционные водоаммиачные и бромисто литиевые машины работают при температуре греющего источника 70 °С 4- 180 °С (наиболее используемый диапазон 115 °С -180 °С [1,11,33, 36 ]).

В статье Дж. Богарда [1] рассмотрены теплоиспользующие холодильные машины как непрерывного, так и периодического действия, работающие от энергии солнечного излучения. Эти машины имеют следующие характеристики: - холод вырабатывается только днем; КПД машины абсорбционной близок к 0,7; управление машиной должно быть приспособлено к изменению параметров тепловой энергии, поступающей из солнечных коллекторов; температура теплоносителя должна быть в пределах от 80 до 120 °С; дневной КПД - отношение количества выработанного холода к количеству подведенной солнечной энергии - находится в пределах от 0,05 до 0,15.

Машины производятся промышленно, например, фирмой STORK в Нидерландах.

Таким образом, до создания сорбционных теплоиспользующих холодильных установок и способа их работы для выработки холода применяли лишь высокопотенциальное тепло. Предложенная ВНИХИ сорбционная

холодильная машина [4-8, 18] расширила возможность использования для выработки холода теплоносители с температурой, которая всего лишь на 10 20 °С выше температуры охлаждающей среды.

СХМ в наибольшей степени соответствует всем основным требованиям, предъявляемым к элементам новых систем холодоснабжения.

СХМ относится к классу теплоиспользующих холодильных машин, вырабатывающих холод путем смешения потоков двух жидкостей с поглощением теплоты с последующим разделением образованной смеси на исходные жидкости выпариванием легкокипящей жидкости с последующей конденсацией ее паров в непрерывном цикле.

Наиболее близким аналогом СХМ является абсорбционная холодильная машина. Преимущества СХМ становятся очевидными при сравнении блок -схем и циклов работы этих машин (см. рис.5).

СХМ машина не содержит обязательные для абсорбционной холодильной машины блоки дросселирования и создания повышенного давления, а также блок абсорбции. Таким образом СХМ при прочих равных условиях менее металлоемка. В ней также может быть применен циркуляционный насос, но не для создания высокого давления, а для увеличения ее

холодопроизводительности.

Хладагентами СХМ могут быть водные и спиртовые растворы солей, растворы ацетона с пропаном, бутаном, растворы ацетона со спиртами, растворы ацетона с экологически безопасными фреонами. В настоящее время работа СХМ проверена на растворах ацетона с пропаном и с пропан бутановой смесью [ 18, 20, 29]. Получен холод, обеспечивающий работу даже самых современных низкотемпературных бытовых холодильников от таких источников теплоты, от которых не может работать ни одна из существующих лучших абсорбционных холодильных машин. Давление внутри машины находилось в типичных для работы холодильных машин пределах.

Блок-схема абсорбционной Блок-схема сорбцнонпон

холодильной машины холодильной машины

Рис. 5

Сравнение устройств абсорбционной и сорбционной холодильных машин

Следует подчеркнуть, что в различных частях полости машины давление отличается лишь на высоту столба находящейся внутри жидкой смеси. Поэтому температуру конденсации ограничивают лишь по условиям прочности применяемых аппаратов. Наиболее предпочтительной является полностью герметичная конструкция сорбционной машины.

В связи с изложенным, СХМ найдут широкое применение как самостоятельно, так и в сочетании с установками, работа которых сопровождается отводом в окружающую среду теплоты с минимальной температурой лишь на 10-^20 °С выше температуры этой среды.

Самостоятельно СХМ могут работать от солнечной энергии, биогаза, термальных природных вод, систем горячего водоснабжения и отопления и производить холод весной, летом и осенью. В зимний период, работая в режиме тепловой трубы, они могут охлаждать камеры встроенных бытовых холодильников, используя только холод окружающей среды.

Наиболее перспективна работа СХМ в сочетании с работой двигателей внутреннего сгорания и с работой компрессорных холодильных машин. Например, по проведенной оценке при использовании теплоты, выбрасываемой в настоящее время через радиатор грузовой машины типа "КАМАЗ" в атмосферу, в СХМ с ее фактическим КПД достаточно для охлаждения ее теплоизолированного кузова при перевозке овощей и фруктов. СХМ не чувствительна на изменение ориентации в пространстве и может работать при установке ее на транспортных средствах. Особый интерес представляет сорбционная холодильная машина для создания холодильников и кондиционеров на легковых автомобилях и грузовых автомобилях междугородних и международных перевозок.

Теплота перегрева паров после сжатия в компрессоре может быть использована для дополнительной выработки холода и охлаждения им хладагента перед терморегулирующем вентилем или перед капиллярной трубкой домашнего холодильника [7]. Использование теплоты перегрева паров

позволит снизить расход электроэнергии на выработку холода в отраслях агропромышленного комплекса.

При перечисленных преимуществах сорбционных машин они найдут более широкое практическое применение, если повысить их коэффициент полезного действия. В настоящее время фактический КПД (отношение количества холода к количеству затраченной низкопотенциальной теплоты) находится в пределах до десяти процентов. Только с учетом того, что эта теплота не нашла еще практического применения летом, сорбционные холодильные машины уже имеют право на практическое использование их для выработки холода.

Другим аналогом СХМ, разработанным и исследованным до проведения дан ной диссертационной работы, авляется СХМ с термоавтоколебательным насосом [ 8, 29].

В абсорбционных холодильных установках для осуществления работоспособности цикла и циркуляции рабочего вещества обычно применяют механические насосы различных типов с приводом, работающим от электрической или тепловой энергии.

В абсорбционно-диффузионных установках для этой цели используют термосифонный насос и разность парциальных давлений аммиака и инертного газа. Крепкий раствор из абсорбера в генератор подается термосифоном. В таких установках механически движущиеся части отсутствуют, что повышает их надежность. Однако, энергетические характеристики указанных установок существенно хуже, чем насосных.

СХМ с термосифонным насосом, как и абсорбционно-диффузионная, имеет существенный недостаток - малая кратность циркуляции рабочего вещества. Одим из возможных путей усовершенствования СХМ, работающей на использовании эффекта смешения жидкостей, является увеличение кратности циркуляции рабочего вещества с помощью термоавтоколебательного

Рис. 6 Принципиальная схема сорбционной холодильной установки:

1. генератор;

2. парогенератор;

3. нагнетательный патрубок;

4. 7. конденсаторы;

5. всасывающий патрубок;

6. 8. регенеративные теплообменники;

7. 9 — смеситель.

насоса [ 30, 31] (использование механического насоса ограничивает области применения установки).

На основе одного из вариантов такого насоса, созданного [30] ранее, была разработана сорбционная холодильная установка ( см. рис. 6). Установка работала следующим образом. Смесь компонентов кипела в генераторе при подводе теплоты Qr. Пары легкокипящего компонента по трубопроводу проходили в конденсатор 7, от которого отводили теплоту QK. Конденсат с температурой tK через регенеративный теплообменник 8 сливался в смеситель.

Сюда же через регенеративные теплообменники 6, 8 поступал высоко-кипящий компонент. В теплообменнике 8 высококипящий компонент и конденсат охлаждался встречным потоком смеси до температуры ti, которая ниже температуры окружающей среды toC. В результате смешения конденсата и высококипящего компонента температура смеси понижалась до значения t0. В смесителе от охлаждаемого объекта отбиралась теплота Q0.

Смесь компонентов термоавтоколебательным насосом, состоящим из парогенератора, всасывающего и нагнетательного патрубков, конденсатора 4, через регенеративные теплообменники 6, 8 направлялась в генератор для разделения.

Для устойчивой и эффективной работы сорбционной установки с термоавтоколебательным насосом к рабочим веществам предъявляются следующие основные требования:

максимально возможная интегральная теплота смешения; разность температур кипения компонентов при р = const не менее 10—15 °С для получения наиболее полного их разделения;

низкая плотность раствора, для того, чтобы снизить расход энергии на работу насоса;

химическая стабильность компонентов раствора во всем диапазоне рабочих температур.

Чтобы термоавтоколебательный насос работал устойчиво, нормальная температура кипения раствора должна быть равна или ниже той, при которой частота автоколебаний жидкого поршня в термоавтоколебательном насосе обеспечивает необходимые напор и расход [31].

Сорбционная холодильная установка описанного типа была испытана на ряде смесей фреонов со спиртами.

В процессе экспериментов измеряли:

температуры греющей среды на входе и выходе генератора, смеси в смесителе, прямых и обратных потоков на входе и выходе из регенеративных теплообменников - хромель-копелевыми термопарами с помощью потенциометра ПП-63;

расход охлаждающей воды и греющей среды - стеклянными ротаметрами.

Для анализа отбирали пробы рабочего вещества в различных точках системы - в конденсаторе, генераторе, смесителе.

Температуру греющей среды поддерживали автоматически с точностью 0,5 °С в термостате Ш5С. Для имитации тепловой нагрузки на смеситель использовали электронагреватель с регулируемой мощностью.

Смесь компонентов для холодильной установки приготовляли объемным методом. Установку предварительно испытывали в широком диапазоне концентраций отдельных компонентов с шагом 10 %. В результате для дальнейших исследований была выбрана смесь, содержащая 40 % высоко кипящего и 60 % легко кипящего компонента.

Опыты проводили на холодильной установке без насоса, с термосифоном и термоавтоколебательным насосом.

На рис. 7 показаны полученные при испытаниях энергетические характеристики установки. Видно, что они наиболее высоки для установки с термоавтоколебательным насосом - максимальные значения эксергетического КПД т|е и теплового коэффициента Е, составили соответственно 5,0 % и 0,11 %

Рис. 7 Зависимость эксергетического КПД и теплового коэффициента установки от температуры смешения /о: 1,1' — установка с термоавтоколебательным насосом; 2, 2' — то же, с термосифоном; 3, 3' — то же, без насоса

(эксергетический КПД абсорбционно-диффузионного агрегата [37] не превышает 3,1 %).

Максимальные значения г|е для установок с термосифоном (кривая 2) и без насоса (кривая 3) соответственно равны 2,6 % и 2,1 %.

Смещение максимума на кривой 1 по отношению к кривым 2 и 3 можно объяснить интенсификацией теплообмена путем увеличения скоростей потоков в обоих регенеративных теплообменниках при принудительной циркуляции рабочего вещества.

Эксергетический КПД установки т\в рассчитывали по формуле [33]:

Ле = (<Зо * т'е) / (От * ), (1)

где С>0 - холодопроизводительностъ установки, Вт;

т'е, т"е" коэффициенты работоспособности теплоты, подведенной к смесителю и генератору; Рг - теплота, подведенная к генератору, Вт.

По уравнению теплового баланса установки

0г + 0о + 0тс= Ок, (2)

где Отс - теплота, подведенная к термосифону, Вт (для установки с термосифоном);

С)к - теплота, отведенная в конденсаторе, Вт, проверяли значение измеряемых тепловых потоков. Расхождение не превышало 6,3 %. Теплоту, подведенную к генератору, рассчитывали по формуле:

0г==Ср*О*(и1-1^2),

где Ср - теплоемкость греющей воды, кДж / (кг * К); О - расход греющей воды, м3/с;

1^1, ^ - температуры входящей и выходящей греющей воды, °С.

8п, Вт

4 < £-«И—- ' ' -- 1-

' ¿7,5 2 (

V7 J

/ г-*-*

82-

О 1 4 6 в 10 12 /4 16 г

Рис. 8 Зависимость холодопроизводительности Оо от температуры смешения ¿о (обозначения см рис. 7)

На рис. 8 показана опытная зависимость холодопроизводительности С>0 от температуры смешения ^ при различных температурах генерации V для трех вариантов установки.

Минимальная температура смешения ^ достигнутая в экспериментах на установке с термоавтоколебательным насосом, составила О °С при (С>о==10 Вт, 1;г= 57,5 °С и = 18°С. При этом г|е= 3%. Минимальная температура смешения ^ на установке с термосифоном при тех же значениях 1;г и достигла 2 °С, а для установки без насоса 5,4 °С.

Максимальное значение холодопроизводительности (28 Вт) при температуре смешения 1э= 8,8 °С было получено на холодильной установке при работе с термоавтоколебательным насосом.

В значительной степени на устойчивую работу установки влияет температура генерации, зависящая от температуры высококипящего компонента, выходящего из генератора.

Из рис. 8 видно, что лучшие результаты достигнуты при 57 °С < 1:г < 65 °С. В этом диапазоне температур генерации установка работала устойчиво и были получены наибольшие значения г|е.

Повышать температуру генерации такой установки не надо, так как это приведет к сокращению интервала температур в смесителе и снижению эффективности ее работы, поскольку при повышении ^ происходит бурное кипение смеси, сопровождающееся уносом высококипящего компонента в конденсатор. В результате понижается концентрация высококипящего компонента в смесителе, и, следовательно, повышается температура смешения.

Указанное явление подтверждалось анализом проб рабочего вещества, взятого из конденсатора и смесителя. Концентрация высококипящего компонента в конденсаторе при температуре ^ = 82°С составила 18 %.

Снижение температуры генерации до 49 °С приводило к понижению концентрации легкокипящего компонента в смесителе и, как следствие, к уменьшению холодопроизводительности установки.

Были проведены испытания установки при работе в наклонном положении. Отклонение оси установки от вертикали до 25° при работе с термоавтоколебательным насосом не влияло на ее работоспособность и энергетические показатели, а отклонение оси установки без насоса нарушало циркуляцию рабочего вещества. При всех режимах, включая пусковой, насос работал устойчиво.

Результаты испытаний сорбционной холодильной установки показали целесообразность использования термоавтоколебательного насоса для осуществления принудительной циркуляции рабочего вещества.

Применение термоавтоколебательного насоса дает возможность понизить температуру в смесителе, существенно повысить КПД установки и обеспечить ее устойчивую и надежную работу.

При надлежащем подборе рабочих веществ и усовершенствовании конструкции сорбционная установка описанного типа может обеспечить более высокие энергетические характеристики.

Сорбционная холодильная установка с термоавтоколебательным насосом особенно перспективна для работы на теплоте низкого потенциала. Перспективно также использование для привода такой установки солнечной энергии, реализуемой наиболее простым способом ("черный ящик"), и энергии геотермальных источников [14].

В работе [29] не дано объяснение хода зависимости С, и г|е от температуры в смесителе. Кроме того термоавтоколебательный насос сильно усложняет конструкцию СХМ.

На первом этапе научных исследований доказана практическая реализация цикла с механическим насосом, термосифоном и термоавтоколебательным насосом и определены основные области возможного применения машин.

Поэтому, достигнутое численное значение КПД СХМ можно считать стартовым для их дальнейшего совершенствования.

Главными направлениями совершенствования являются поиск исходных жидкостей с наибольшей холодопроизводительностью смеси и с наименьшей удельной теплотой парообразования более летучей жидкости, а также поиск оптимальных параметров цикла, а также изучение самих процессов цикла.

В заключение следует отметить, что имеются все предпосылки для успешной реализации всех направлений совершенствования КПД СХМ. В результате совершенствования КПД сорбционных холодильных машин достигнет численных значений, позволяющих более широкую практическую реализацию преимуществ новых теплоиспользующих холодильных машин, а также совершенствование их устройства.

Следовательно, работа по созданию улучшенной СХМ является актуальной как с энергетической, так и с экологической точек зрения.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАЧАЛА КОНДЕНСАЦИИ СМЕСИ ПРОПАН БУТАНОВОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗИМНЕЙ.

В проводимых экспериментах с СХМ необходимая массовая доля компонентов рабочих смесей достигалась проведением значительного объема подзарядок и перезарядок рабочим веществом. Это приводило к большим затратам времени и материалов. Дальнейшее совершенствование СХМ должно идти в направлении научно обоснованного выбора требуемого соотношения компонентов в смеси. Это возможно при наличии полного комплекта диаграмм давление - массовая доля и энтальпия - массовая доля рабочих смесей. Для построения инженерных диаграмм необходимо исследование наиболее важных свойств рабочих (веществ) смесей:

1- давления насыщенного пара смесей;

2- теплоемкости смесей;

3- интегральных теплот смешения компонентов рабочих смесей.

Давление начала кипения ацетона с СПБТЗ исследовано ранее и

результаты приведены в статье [19 ]. Методика эксперимента опубликована в [19, 23]. Данные по теплоемкости смесей ацетона с СПБТЗ опубликованы в [25 ], данные по теплотам смешения перспективных рабочих смесей - в работе [20]. Из необходимых для инженерных расчетов свойств этих смесей отсутствуют данные по давлениям начала конденсации смесей ацетона с СПБТЗ и прежде всего самой СПБТЗ.

3.1.Устройство экспериментальной установки.

За основу установки по исследованию фазового равновесия взята схема,

подробно описанная в [23]. Она состоит из следующих частей (см.рис. 9):

1- система термостатирования и измерения температуры;

2- система измерения давления;

3- пьезометр постоянного объема;

4- вакуумная установка.

Рис.9. Схема установки для исследования зависимости давление-температура-состав смеси.

Система термостатирования предназначена для строгого выдерживания температуры рабочей смеси в течение эксперимента. Она включает термостат 1 с диапазоном рабочих температур от минус 60 до 260 °С, оснащенный ртутным контактным термометром 3, нагревателем мощностью 1,1 кВт и мешалкои-насосом 2. С помощью этой системы температура теплоносителя поддерживалась автоматически с точностью ± 0,05 °С. Температура в термостате измерялась ртутным термометром 5 с ценой деления 0,1 °С.

В систему измерения давления входит разделительная колонка 10 со смотровым стеклом для определения положения уровня масла, баллон^ с сжатым азотом 11, баллонД 6 с летучим компонентом, пружинный манометре^ 7, поршневого манометру 9, системы трубопроводов с вентилями 8 для передачи и регулирования давления^ "Пружинное манометру 7 типа МТП-160 ГОСТ 2405-74 (класс точности 1,5, пределы измерения от 0 до 16 кгс/см2).

Атмосферное давление измеряли барометром ртутным N0 303762 с ценой деления//0,5 мм рт. ст|, пределы измерений от {(600 до 820 мм рт.ст) Относительная погрешность измерения абсолютного давления равна ббДбмм рт.ст. Емкостной мембранный нуль индикатор с прибором Е8-1 фиксирует равенство давления в системе и внутри пьезометра 4. Он состоит из корпуса толщиной 30 мм из стали Х18Н9Т, крышки толщиной 25 мм с приваренным к ней штуцером для соединения с пьезометром. В крышке имеется отверстие диаметром 1 мм для подвода исследуемого вещества к мембране. В выемке внутри корпуса крепятся два электрода из стали Х18Н9Т. эти электроды проводами соединены с прибором Е8-1, который по измеряемой электрической емкости фиксирует изменения положения мембраны относительно электродов. По оценке [19] чувствительность нуль индикатора не ниже()0?002 кге/ем2.;'' 'а

Пьезометр 4 представляет собой сосуд высокого давления, выполненный из стали Х18Н9Т со съемной крышкой. Внутри пьезометра на пружине подвешена мешалка. Пьезометр 4 соединен с мембранным нуль-индикатором с помощью вентилей и разъемных соединений. Они предназначены для

облегчения операций сборки блока, проверки его на герметичность, а также для перезарядки смесью очередной массовой доли легкокипящего компонента.

Работа установке была проверена на хорошо изученном веществе -хладоне 22.

Составление смеси производили на вакуумной установке, которая собрана по стандартной схеме. Подробное ее описание приведено в статье [19]. Смесь составляли весовым методом.

3.2.Методика проведения исследований.

Проведение эксперимента начинали с наинизшей температуры в термостате. Измерение температуры производили после установления термодинамического равновесия в составленной и введенной. в пьезометр смеси заданной массы и заданной массовой долей при выдержке от 30 до 60 минут.

Устанавливали лимб прибора Е8-1 такой же, как и при тарировке. Загрубляли чувствительность прибора настолько, чтобы стрелка индикатора отошла от крайнего левого положения. Затем снижали или повышали давление в измерительной линии так, чтобы стрелка индикатора отклонилась до максимума вправо. Чувствительность прибора увеличивали и снова снижением или повышением давления добивались отклонения вправо стрелки индикатора. Так повторяли действия до достижения максимальной чувствительности. Давление, при котором стрелка индикатора находилась в максимальном отклонении вправо при наивысшей чувствительности прибора, регистрировали как Рман.

Температуру в термостате повышали и снова измеряли давление указанным способом до измерения давления при максимальной температуре в термостате. При таком способе измерения давления получали воспроизводимость результатов по давлению в пределах точности

измерительных приборов как при повышении температуры в термостате, так и при ее снижении.

Абсолютное давление рассчитывали по формуле:

Рабе = Рман + Рбар, (3)

где Рабе - абсолютное давление рабочей смеси, крс/см2; П<Ял

Рман - давление, измеренное поршневым манометром, кре/см?;! (<Я Рбар - барометрическое давление в момент опыта, кке/езд^; Рман = Р1 + Р2/0,5019,

где Р1 - давление подвижного поршня, ьарв^ш^, Ля Р2 - вес грузов и разновесов, кгс;

л

0,5019 см - переводной коэффициент.

На установке и по методике, описанной выше, было экспериментально определено давление начала кипения смесей ацетона с углеводородами, входящими в состав СПБТЗ. Результаты эксперимента, таблицы и диаграммы представлены в статье [19].

В настоящих опытах определяли давление начала конденсации СПБТЗ. В этом случае большое значение имеет количество смеси, вводимой в пьезометр. Для получения зависимости давление-температура на линии начала конденсации необходимо, чтобы паровая фаза занимала весь объем пьезометра. Тогда при повышении температуры в термостате определяли излом в ходе производной от давления по температуре при постоянном объеме.

В точке излома давление равно давлению смеси на линии начала конденсации при температуре в точке излома. При этом массовая доля пара равна массовой доле введенной в пйаУ^ометр жидкой фазы СПБТЗ.

РисДОНахождение точки излома.

Миа

I

и

I

н

I

г I

г

1 1 * г

ь

I

г »I

г

I

I »I

Г I

I

»-

(

и

I н

I

г

I

г !

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль Тавиль Мохаммад Талал, 1998 год

VII. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Bougard J. The state of the art of solar driven sorption refrigeration machines. IIR, Commissions B2, C2, Dl, D2/3. Dresden, 1990-4.

2.European Solar Hauses - "The Architects Journal", 1976, vol/163, p 780-781. 3.Stolk A. and al - Operational results of the 13 kW/50 m3 solar-driven cold

store in Khartoum, The Sudan. Solar Energy, vol 41, n 4, 341-347, 1988.

4.Авторское свидетельство СССР № 543813 на "Холодильную установку", БИ № 3, опубликовано 25.01.77. Автор - Латышев В.П.

5.Авторское свидетельство СССР № 630500 на "Холодильную установку и способ ее работы". БИ № 40, опубликовано 30.10.78. Автор- Латышев В.П.

6.Авторское свидетельство СССР № 783330 на "Рабочее вещество холодильных машин", БИ № 44, опубликовано 30.11.80. Авторы - Латышев В.П. и др.

7.Авторское свидетельство СССР № 1028969 на "Холодильную установку", БИ № 26, опубликовано 15.07.83. Автор - Латышев В.П.

8.Авторское свидетельство СССР № 1257373 на "Теплоиспользующую холодильную установку", БИ № 34, опубликовано 15.09.86. Авторы Бродянский В.М., Латышев В.П. и Пономаренко A.B.

9.Агропромышленный комплекс России: ресурсы, продукция, экономика. Статистический сборник. Том 1. Новосибирск, Россельхозакадемия, 1995.

Ю.Алексеев А.Ю., Боярский М.Ю., В.И.Могорычный. Совершенствование авсорбционных холодильных установок периодического действия. "Холодильная техника", 1995, № 2.

П.Бадылькес И.С., Данилов Р.Л. Абсорбционные холодильные машины. М: Пищевая промышленность, 1966.

12.Баум В.А., Какабаев А., Хандурдыев А. И др. Опытно-промышленная гелиохолодильная абсорбционная установка. "Холодильная техника", 1973, № 8, с. 9-11.

13.Баум В.А., Хандурдыев А., Какабаев А. Исследование солнечной абсорбционной холодильной установки в летних условиях Туркмении. "Холодильная техника", № 2, 1972.

14.Гаджиев А.Г., Султанов Ю.И., Ригер П.Н. и др. Геотермальное теплоснабжение. М: Энергоатомиздат, 1984. С. 120.

15.Даффи Д.А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М: Мир, 1977.

16.Джордан Р.К. Потенциальные возможности солнечно-тепловых систем преобразования энергии для применения в кондиционировании воздуха. Труды Х1У конгресса Международного института холода. М., Внешторгиздат, 1975.

17.Долотов А.Г., Тимофеевский Л.С., Пятко В.Ю. Оценка эффективности абсорбционных бромисто литиевых холодильных машин с двух ступенчатой генерацией пара. "Холодильная техника" 1995, № 3.

18.Латышев В.П., Аль Тавиль Мохаммад Талал, Лебедев В.Ф. Сорбционная тепло использующая холодильная машина: результаты испытаний, преимущества и области применения. "Холодильная техника." 1996. №7. С 28-30.

19.Латышев В.П., Волошина С.И. Зависимость давления начала кипения смеси ацетона с углеводородами от температуры и состава. "Холодильная техника", 1984, № 11, с. 60.

20.Латышев В.П., Волошина С.И. Экспериментальное определение теплового эффекта смешения жидкостей. "Холодильная техника", 1982, № 3, с. 38.

21. Латышев В.П., Лебедев В.Ф., Аль Тавиль Мохаммад Талал. Особенности цикла работы сорбционной тепло использующей холодильной машины. - В сб. "Научные чтения, посвященные памяти А. М. Бражникова", М., МГУПБ, 1997 г.

22.Латышев В.П., Лебедев В.Ф., Аль Тавиль Мохаммад Талал. Перспективы развития и применения на транспорте экологически безопасных

сорбционыых холодильных машин. - В сб. Международной конференции " Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом Астрахань, 1997, сентябрь.

23.Латышев В.П. Изучение фазового равновесия жидкость-пар в системе дибутилфталат - фреон-22. "Холодильная техника", 1968, № 4, с. 21.

24.Латышев В.П. Новый способ получения холода на основе поглощения тепла при смешении жидкостей. "Холодильная техника." 1982, № 2. С. 34—38.

25.Латышев В.П., Черняк В.А., Волошина С.И. Измерение удельной теплоемкости смеси ацетон-смесь пропан бутановая техническая зимняя. "Холодильная техника", 1987, № 3, с. 34.

26.Лебедев В.Ф., Аль Тавиль Мохаммад Талал, Латышев В.П. Исследование свойств растворов роданида аммония - нового рабочего вещества сорбционных холодильных машин. - В сб. "X международные Плехановские чтения" - М., РЭА им. Г. В. Плеханова, 1997, стр. 40.

27.Лебедев В.Ф., Аль Тавиль Мохаммад Талал., Латышев В.П. Экспериментальная сорбционная тепло использующая холодильная машина (СТХМ). - В сб. "X международные Плехановские чтения" - М., РЭА им. Г .В. Плеханова, 1997, стр. 45.

28.Лебедев В.Ф., Аль Тавиль Мохаммад Талал. Тепло использующие холодильные машины - В сб. "IX международные Плехановские чтения" - М., РЭА им .Г. В. Плеханова, 1996, стр. 45.

29.Пономаренко A.B., Бродянский В.М., Латышев В.П. Сорбционная холодильная установка с термоавтоколебательным насосом. "Холодильная техника", 1987, № 10, с. 40-43.

30.Пономаренко A.B., Бродянский В.М. Экспериментальное исследование термоавтоколебательного насоса. "Холодильная техника." 1982, № 5. С. 23—27.

31.Пономаренко А.В., Синявский Ю.В., Луговцов В.В. Теоретический анализ процессов в термоавтоколебательном насосе "Изв. вузов СССР. Энергетика." 1986, № 12. С. 105—110.

32.Рамачандран А., Гурурраджа Дж. Солнечное будущее энергетики. "Курьер ЮНЕСКО", 1978, июль, с. 16-19.

33.Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: Энергия, 1981. С. 22—23.

34.Степанова В.Э. Возобновляемые источники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М: ВО "Агропромиздат", 1988. С. 113.

35.Тепловые трубы - теплоаккумуляторы. Обзорная информация ЦНИИТЭИСтроймаш, выпуск 2, Москва, 1983.

36.Теплофизические основы получения искусственного холода. Справочник. Глава VIII. Москва: "Пищевая промышленность", 1980. С. 232.

37.Третьяков И.П., Суренков С.И. Абсорбционный домашний холодильник с пластинчатыми аппаратами. " Холодильная техника." 1963, № 3. С. 22—25.

38.Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М: Энергоатомиздат, 1991. С. 208.

39.Хашем Б. Термоэлектрическое исследование охлаждающего элемента, питаемого солнечной энергией. Труды XIV конгресса Международного интститута холода. М: Внепггоргиздат, 1975.

40.Холодильная техника. Под редакцией проф. Лебедева В.Ф. М: Агропромиздат, 1986.

41.Холодильный склад с абсорбционной холодильной машиной, работающей на солнечной энергии. Бюллетень МИХ, 1989, № 6, с. 777.

(Mashimo К., Shimada Т. Ishiim. Refrigeration, Jp. 64,1989/01, № 735,16-21.)