Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №7 (141) февраль 2017 г.

Дата публикации: 17.02.2017

Статья просмотрена: 147 раз

Библиографическое описание:

Гафуров Ш. Д., Карабаев А. С. Перспективы применения углекислого газа в холодильных машинах // Молодой ученый. — 2017. — №7. — С. 46-48. — URL https://moluch.ru/archive/141/39627/ (дата обращения: 24.04.2018).



Применение экологически чистых хладагентов в холодильных машинах вместо озоноразрушающих является актуальной задачей. К таким веществам относится углекислый газ.

The use of environmentally-friendly refrigerants in refrigerators instead of ozone is an urgent task. These substances include carbon dioxide.

Углекислый газ (хладагент R744) — достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Химическое название R744 — Диоксид углерода.

Химическая формула CO2 (диоксид углерода). Относится к группе ГФУ (HFC). Дешевое нетоксичное, негорючее и экологически чистое (ODP = 0, GWP= 1) вещество. Стоимость диоксида углерода в 100…120 раз ниже, чем R134a.

R744 может служить альтернативным хладагентом. Содержится в атмосфере и биосфере Земли, имеет следующие преимущества: низкая цена, простое обслуживание, совместимость с минеральными маслами, электроизоляционными и конструкционными материалами. Вместе с тем при использовании диоксида углерода требуется водяное охлаждение конденсатора холодильной машины, увеличивается металлоемкость холодильной установки (по сравнению с металлоемкостью установок, работающих на галоидопроизводных хладагентах). Высокое критическое давление имеет и положительный аспект, связанный с низкой степенью сжатия, вследствие чего эффективность компрессора становится значительной. Возможны перспективы применения диоксида углерода в низкотемпературных двухкаскадных установках и системах кондиционирования воздуха автомобилей и поездов. Его предлагают использовать также в бытовых холодильниках и тепловых насосах.

СО2 принадлежит к так называемым «естественным» хладагентам, таким как аммиак, пропан, бутан или вода. У каждого из них есть свои недостатки: аммиак токсичен, пропан горюч, у воды ограниченная область применения. В отличие от них СО2 не токсичен и не горюч, хотя его влияние на окружающую среду не однозначно. С одной стороны, СО2 содержится в воздухе и необходим для протекания жизненных процессов. С другой стороны, считается, что большая концентрация углекислоты в воздухе и есть одна из причин глобального потепления.

Основные холодильные оборудования работают с помощью аммиака и фреона. Аммиак используют, обычно, для крупных холодильных установок, а фреон в бытовых и других холодильных установках. Но при этом аммиак опасен по промышленной безопасности, а фреоны уступают аммиаку в энергетической эффективности. Кроме этого фреоны обладают рядом других недостатков, суть которых сводится к следующему: нет такого синтетического хладагента который был бы озонобезопасным, не способствовал бы созданию парникового эффекта, обладал бы хорошими термодинамическими свойствами и высокими эксплуатационными параметрами.

Углекислый газ, или диоксид углерода (СО2), имеет хорошие показатели эффективности для низких температур, очень высокую удельную холодопроизводительность. (Рис. 1)

Характеристики производительности винтового компрессора Битцер с объёмной производительностью 220 м3/ч на СО2, R22 и NH3

Рис. 1. Характеристики производительности винтового компрессора «Битцер» с объёмной производительностью 220 м3

Недостатки фреонов привели к тому, что в мире наблюдается тенденция перехода на натуральные, природные, хладагенты. Наиболее популярные: воздух, вода, аммиак, углеводороды, углекислый газ.

При этом, воздух имеет чрезвычайно низкую температуру кипения, а вода высокую при нормальных условиях. Аммиак является одним из лучших холодильных агентов и в настоящее время активно внедряется для малых холодильных установок, однако главный недостаток — токсичность и взрывопожароопасность неустраним. Углеводороды еще более взрывопожароопасны, чем аммиак, поэтому их целесообразно использовать только в малых холодильных машинах, например, в бытовой технике.

На этом фоне, повышенный интерес к углекислому газу становится вполне объясним.

Углекислый газ обладает следующими достоинствами:

1) обладает высокой объемной холодопроизводительностью,

2) не токсичен и безопасен;

3) инертен к материалам;

4) дешевый и доступный.

Главные недостатки — низкая критическая температура 31°С и высокие рабочие давления, до 10 МПа. Для исправление этих недостатков рекомендуется использовать углекислый газ как примесью с другими хладагентами, например с пропаном и бутаном.

Благодаря благоприятным для окружающей среды характеристикам, низкой токсичности и привлекательным физико-химическим свойствам в случае «докритического» функционирования углекислота (CO2) всё более интересует разработчиков как предпочтительный хладоноситель для вторичного контура, а также как хладагент для низкотемпературных каскадных систем. При обычном низкотемпературном применении видна особенно высокая удельная холодопроизводительность CO2, по сравнению с другими хладагентами.

Для реализации докритического цикла необходимо поддержание температуры конденсации в пределах 0 -10°С, что будет соответствовать давлению 2,5–3,5 МПа. Данная схема реализуется в каскадных холодильных машинах.

Литература:

  1. Herman Renz, «Bitzer Kuelmashinenbau GmbH», Germany, 2007.
  2. Лашутина Н. Г., Верхова T. A., Суедов В. Р. Холодильные машины и установки. — M.: Koлoс, 2006. — 440 с.
  3. Современные холодильники. Подред. A. В. Родина и Н. A. Tюнина. — M.: СОЛОН — ПРЕСС, 2008. — 96 с.
  4. Bill Whitman, Bill Johnson, John Tomczyk, Eugene Silberstein. Refrigeration & air conditioning technology. Delmar Cengage Learning.-2012.
  5. http://www.frigodesign.ru.
  6. http://www.hvac-school.ru.
Основные термины (генерируются автоматически): холодильных машинах, углекислый газ, Углекислый газ, диоксида углерода, холодильных установок, диоксид углерода, малых холодильных, каскадных холодильных машинах, малых холодильных машинах, крупных холодильных установок, малых холодильных установок, Стоимость диоксида углерода, холодильных установках, применения диоксида углерода, лучших холодильных агентов, использовании диоксида углерода, нормальных условиях, условиях двухатомный газ, аммиак токсичен, низкотемпературных двухкаскадных установках.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос