Alternative domestic and commercial refrigeration equipment based on water-ammonia absorption-diffusion refrigeration machines

Abstract

In the article are described the advantages of absorption type domestic refrigeration apparatuses where modern technical and technological solutions are used: positions of the evaporator outside the refrigerating compartment, use of heat gains on the basis of evaporator-condensation systems and cold-accumulating materials, use of systems of automatic controls.

Full Text

Проблемы перехода на экологически безопасные хладагенты (низкая энергетическая эффективность экологически безопасных хладагентов; потребность в новых синтетических маслах; недостаточный профессиональный уровень обслуживающего персонала) заставляют разработчиков бытовой и торговой холодильной техники обратить внимание на холодильные аппараты с абсорбционно-диффузионными холодильными машинами (АДХМ).

Рабочее вещество АДХМ - водоаммиачный раствор с добавлением инертного газа (водорода, гелия или их смеси) - абсолютно экологически безопасно, т. е. имеет нулевые значения потенциала разрушения озонового слоя и потенциала глобального потепления.

Холодильные аппараты с АДХМ имеют ряд уникальных качеств:

• бесшумность, высокая надежность и длительный ресурс, отсутствие вибрации, магнитных и электрических полей при эксплуатации;
• допустимость применения в одном аппарате нескольких различных источников тепловой энергии: электрической, теплоты сгорания органического топлива, солнечной, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, «горячего» потока воздуха вихревой трубы, теплонагруженных элементов радиоэлектронной аппаратуры и т. д.

К достоинствам АДХМ следует отнести также наименьшую стоимость среди существующих типов бытового холодильного оборудования, что во многих случаях и определяет их популярность у потребителей.

АДХМ незаменимы в мини-холодильниках, встраиваемых и транспортных моделях холодильников холодопроизводительностью не выше 20 Вт, когда нецелесообразно использовать компрессионные холодильные машины.

Холодильные аппараты с АДХМ, дополнительно оснащенные горелочными устройствами, широко используются туристами и путешественниками в районах, где нет электроэнергии.

Вместе с тем производство абсорбционных холодильных аппаратов в мире составляет всего 5-10 % от общего объема выпуска холодильных приборов, что связано с их повышенным энергопотреблением (на 40-60% выше, чем у аналогичных компрессионных моделей).

Однако благодаря разработкам и исследованиям ведущих фирм-производителей и научных центров за последнее десятилетие удалось абсорбционные холодильные аппараты приблизить по энергопотреблению к соответствующим компрессионным аналогам (в первую очередь за счет применения электронных систем управления).

Поэтому актуальными становятся задачи расширения ассортимента моделей бытовой и торговой абсорбционной холодильной техники.

Начиная с 1990 г. усилия ученых ОНАПТ и специалистов Васильковского завода холодильников направлены на создание новых образцов абсорбционной холодильной техники различного функционального назначения. При ее создании использовались прогрессивные технические и технологические решения:

• размещение испарителя съемной АДХМ в вертикальной плоскости в теплогидроизолированном блоке за пределами холодильной камеры [2];
• создание дополнительных теплопритоков к испарителю АДХМ с помощью тепловых труб (рис. 1) и одно- и двухфазных термосифонов [10];
• применение высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ) на основе керамики в качестве теплоизоляции генераторного узла АДХМ [9];
• использование пластичного ВПЯМ на основе меди для снижения контактного термического сопротивления в зоне тепловой связи испарителя АДХМ и холодильной камеры [3] (рис. 2);
• применение холодоаккумулирующих материалов [8];
• использование энергосберегающих способов управления [1].

Pис. 1. Абсорбционный холодильный аппарат типа «ларь» с тепловыми трубами: а — разрез (вид сбоку); б — общий вид; 1 — корпус (теплоизолированный блок); 2 — АДХМ; 3 — испаритель АДХМ; 4 — внутренний металлический корпус; 5 — крышка ларя; 6 (7) — конденсатор (испаритель) тепловой трубы; 8 — полезный объем холодильной камеры

Рис. 2. Зона тепловой связи испарителя АДХМ [1] с тепловой трубой: 1 — конденсатор тепловой трубы; 2 — подложка конденсатора тепловой трубы; 3 — резьбовые крепления; 4 — внутренний металлический корпус холодильной камеры; 5 — пластиковый корпус теплоизолированного блока; 6 — металлическая панель; 7 — испаритель АДХМ; 8 — сжатый ВПЯМ; 9 — слой теплопроводной пасты

Результатом разработок стали оригинальные модели бытовой и торговой техники абсорбционного типа. Прежде всего это трехкамерные холодильники, включающие низкотемпературное отделение (морозильную камеру), холодильную камеру и камеру хранения овощей и фруктов (10...12°С) (рис. 3) или низкотемпературное отделение (морозильную камеру), «нулевую» камеру (около 0 °С) и холодильную камеру [12].

Рис. 3. Трехкамерный абсорбционный холодильник: 1 — корпус; 2 — морозильная камера; 3 — холодильная камера; 4 — камера для овощей и фруктов; 5 — теплоизолированный блок испарителя; 6, 7, 8 — двери камер; 9 — внутренний металлический корпус; 10 — испаритель тепловой трубы; 11, 16 — оребренная панель; 12, 13 — испаритель АДХМ; 14 (15) —конденсатор (испаритель) термосифона; 17— транспортный участок термосифона

Разработаны и изготовлены также:

• комбинированные двухкамерные «шкаф» и «ларь» с неохлаждаемым отделением, в частности в виде выдвижного короба;
• торговые холодильные витрины на базе модели «Таир»;
• параметрический ряд низкотемпературных камер типа «ларь» объемом 100, 180, 220, 240 и 280 дм³ с регулируемыми режимами хранения в диапазоне температур -18...+12°С [4];
• аппараты с дополнительной нагревательной камерой (рис. 4), в которой температуры до 70°С обеспечиваются утилизацией бросового тепла холодильного цикла. Разработано два типа аппаратов - с воздушной и жидкостной нагревательной камерой - на базе серийно выпускаемого абсорбционного холодильника «Кристалл-408» АШ-150 [5];
• мини-холодильники и мини-бары типа «Киев» АШ-40.

Рис. 4. Абсорбционный холодильный аппарат с дополнительной нагревательной камерой: 1 — генераторный узел АДХМ; 2 — электронагреватель; 3, 4 — подъемный участок дефлегматора; 5, 6, 7 — испарительный, транспортный и конденсационный участки двухфазного испарительного термосифона; 8 — нагревательная камера; 9, 10, 11 — конденсатор, испаритель и абсорбер АДХМ

Наибольшей популярностью у потребителей пользуется однокамерный абсорбционный холодильник «Киев-410» АШ-160 с увеличенной (до 30%) морозильной камерой на температуры не выше - 18 °С (***) и с «плачущим» испарителем (рис.5).

Рис. 5. Абсорбционный холодильник «Киев-410» АШ—160: 1 — теплоизолированный корпус; 2— резьбовые крепления АДХМ к корпусу; 3 — испаритель АДХМ; 4 - хомуты крепления испарителя; 5 —теплоизолированный блок; 6 — газовый регенеративный теплообменник АДХМ; 7 — система отвода талой воды; 8 — оребренная панель; 9 — холодильная камера; 10 — перегородка; 11 — металлический корпус морозильной камеры; 12 — морозильная камера

На основе низкотемпературных камер типа «ларь» (модель «Стугна» АМЛ-180) разработаны мобильные системы холодильного хранения продукции:

•    транспортные холодильники;

•   мобильные установки для первичной холодильной обработки продукции прудового и речного рыбоводства (рис. 6) [6].

Рис. 6. Мобильные установки для первичной холодильной обработки продукции прудового и речного рыбоводства: 1 — холодильные камеры типа «ларь»; 2 — крышки камер; 3 — АДХМ; 4 — энергомагистраль

Следует отметить, что благодаря размещению испарителя АДХМ в вертикальной плоскости все новые модели нетребовательны к ориентации в пространстве, и многие из них с успехом используются на транспорте.

Новые модели комплектуются электронными системами управления (ЭСУ), обеспечивающими энергосберегающие (с минимумом энергопотребления) режимы работы широкого спектра аппаратов абсорбционного типа (бытовые холодильники, холодильные витрины, низкотемпературные камеры, мини-холодильники, транспортные холодильники) в диапазоне температур окружающей среды 10...32°С.

Энергосбережение достигается изменением подводимой на генераторный узел холодильного аппарата тепловой мощности в зависимости от температуры охлаждаемого объекта и температуры в характерной точке дефлегматора [7], а также перераспределением тепловой мощности по высоте подъемной части перекачивающего термосифона [11].

В заключение необходимо отметить, что применение современных технологий, в том числе и компьютерных, позволяет практически уравнять по энергопотреблению компрессионные и абсорбционные приборы с объемом холодильной камеры до 100 дм³.

Перспективы абсорбционных низкотемпературных камер типа «ларь» связаны с уникальными возможностями работы на различных источниках энергии, в том числе и при нестабильном напряжении в электросети.

Использование комбинированных аппаратов, совмещающих холодильный и нагревательный приборы и работающих без дополнительных энергозатрат, может привлечь внимание многих пользователей, особенно в сельской местности, где ассортимент бытовых приборов невелик.