Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа

Представлен обзор работ Института технической теплофизики НАНУ по исследованию и разработке новых рабочих веществ и совершенствованию конструкций сорбционных термотрансформаторов. Наведено огляд праць Інституту технічної теплофизики НАНУ щодо дослідження та розробки нових робочих речовин та вдоскона...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Промышленная теплотехника
Date:2006
Main Authors: Долинский, А.А., Снежкин, Ю.Ф., Чалаев, Д.М., Шаврин, В.С.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут технічної теплофізики НАН України 2006
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61385
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа / А.А. Долинский, Ю.Ф. Снежкин, Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859773293996802048
author Долинский, А.А.
Снежкин, Ю.Ф.
Чалаев, Д.М.
Шаврин, В.С.
author_facet Долинский, А.А.
Снежкин, Ю.Ф.
Чалаев, Д.М.
Шаврин, В.С.
citation_txt Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа / А.А. Долинский, Ю.Ф. Снежкин, Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Промышленная теплотехника
description Представлен обзор работ Института технической теплофизики НАНУ по исследованию и разработке новых рабочих веществ и совершенствованию конструкций сорбционных термотрансформаторов. Наведено огляд праць Інституту технічної теплофизики НАНУ щодо дослідження та розробки нових робочих речовин та вдосконалення конструкцій сорбційних термотрансформаторів. The review of the Institute of Engineering Thermophysics works on research and development of new working mediums and improvement of constructions of sorption type thermal converters is presented.
first_indexed 2025-12-02T07:22:25Z
format Article
fulltext Повышение эффективности использования энергетических ресурсов и обеспечение экологи; ческой безопасности энергоснабжения во мно; гом зависит от применения передовых энерго; сберегающих технологий. Одним из путей решения этой задачи является создание и внед; рение новых теплотехнологических процессов с использованием эффективного энергосберегаю; щего оборудования – тепловых насосов. В по; следние десятилетия этому направлению уделя; ется большое внимание во всех индустриально развитых странах мира. При этом особый инте; рес проявляется к совершенствованию сорбци; онных (жидко; и твердотельных) термотранс; форматоров, т. к. они отличаются высокой энергетической эффективностью, широким диа; пазоном регулирования производительности и экологической чистотой применяемых рабочих тел. Внедрение трансформаторов теплоты нового поколения в энергоемкие отрасли промышлен; ности и жилищно;коммунальное хозяйство спо; собно обеспечить значительную экономию топ; лива и уменьшить выбросы "парниковых" газов на десятки процентов. В Институте технической теплофизики НАН Украины накоплен большой опыт исследования термодинамических циклов и процессов тепло; массообмена, необходимый для разработки и внедрения холодильных машин и тепловых насо; сов сорбционного типа. В начале 1950;х годов Институт теплоэнергетики АН УССР (ныне ИТТФ) инициировал широкий комплекс иссле; довательских работ по изучению сорбционных процессов при тепловлажностной обработке воз; духа растворами неорганических солей и произ; водстве искусственного холода, которые послужи; ли основой для создания в СССР абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин и тепло; вых насосов [1,2]. Аналогичные исследования в те же годы проводились и в Ленинградском тех; нологическом институте холодильной промыш; ленности. В 1955 – 56 годах в Институте теплоэнергетики была создана и испытана первая эксперименталь; ная абсорбционная бромисто;литиевая установка [3], которая продемонстрировала практическую возможность выработки искусственного холода с температурой 4...8 oС. Полученные эксперимен; тальные данные по коэффициентам тепломассо; переноса в оросительных и затопленных аппара; тах, допустимым граничным концентрациям раствора и рациональным режимам работы в за; висимости от степени рециркуляции раствора были использованы в качестве исходных данных для проектирования опытно;промышленной аб; сорбционной бромистолитиевой установки БЛУ; 3 с адиабатным испарением хладагента холодо; производительностью 2900 кВт. Позднее, с середины 60;х годов, исследования в этом направлении были сконцентрированы в Институте теплофизики Сибирского Отделения Академии Наук, а решение вопросов проектиро; 14 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Представлен обзор работ Института технической теплофизики НАНУ по ис� следованию и разработке новых рабочих веществ и совершенствованию конст� рукций сорбционных термотрансформа� торов. Наведено огляд праць Інституту технічної теплофизики НАНУ щодо дослідження та розробки нових робочих речовин та вдосконалення конструкцій сорбційних термотрансформаторів. The review of the Institute of Engineering Thermophysics works on research and development of new working mediums and improvement of construc� tions of sorption type thermal converters is presented. УДК 621.565:662.997 ДОЛИНСКИЙ А.А., СНЕЖКИН Ю.Ф., ЧАЛАЕВ Д.М., ШАВРИН В.С. Институт технической теплофизики НАН Украины ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ СОРБЦИОННОГО ТИПА вания и организации серийного производства бромистолитиевых абсорбционных машин воз; ложено на Московский институт "ВНИИхолод; маш" и завод "Пензхиммаш", который освоил выпуск абсорбционных холодильных агрегатов, производимых ранее на Одесском заводе "Авто; генхолодмаш". Следующей стадией научных исследований ИТТФ по абсорбционным термотрансформато; рам была разработка энергосберегающих циклов со ступенчатой регенерацией раствора. Исполь; зование теплоты конденсации выпаренного в высокотемпературной ступени хладагента для регенерации раствора в следующей ступени поз; волило в 1,6 раза снизить потребление первич; ной тепловой энергии и примерно на 40 % уменьшить расход охлаждающей воды [4]. Для практической реализации данной схемы необходимо было решить ряд технических во; просов, связанных с высокотемпературной реге; нерацией водного раствора бромистого лития. В связи с этим на первом этапе исследований был изучен процесс кипения раствора бромистого лития при 150...160 оС и связанные с этим вопро; сы предотвращения пенообразования, уноса и роста коррозионного воздействия раствора на конструкционные материалы. По результатам исследований получены величины предельно до; пустимых значений напряжения парового объе; ма зеркала испарения в высокотемпературном генераторе, предложена методика расчета двух; ступенчатой машины и выданы рекомендации по выбору конструкционных материалов и ингиби; торов коррозии. После проведения цикла экспериментальных исследований и отработки на лабораторном про; тотипе конструкции высокотемпературного ге; нератора создана и внедрена в серийное произ; водство первая в СССР двухступенчатая бромистолитиевая машина холодопроизводи; тельностью 3000 кВт (рис.1). В машине примене; но эффективное техническое решение – парал; лельное распределение раствора между высоко и низкотемпературными ступенями генератора, позволяющее переводить в двухступенчатый ре; жим работы серийные одноступенчатые агрегаты АБХА;2500 путем их дооборудования высоко; температурной приставкой, состоящей из ступе; ни генератора высокого давления и высокотем; пературного теплообменника растворов [5]. Для повышения технико;экономических по; казателей сорбционных термотрансформаторов проведены работы по интенсификации процес; сов тепломассопереноса с применением поверх; ностно;активных веществ. Установлен ряд мно; гоатомных спиртов, оказывающих влияние на физико;химические свойства бромистого лития. Предложена физическая модель интенсифициру; ющего действия многоатомных спиртов на про; цессы тепло; и массопереноса при абсорбции. Получены расчетные зависимости для определе; ния коэффициентов теплообмена в ороситель; ном абсорбере. Введение интенсифицирующих добавок позволило увеличить удельную холодо; производительность абсорбционных машин на 30 % [6]. С участием специалистов института на пред; приятиях химической, резинотехнической, метал; лургической отраслях введено в эксплуатацию около 30 абсорбционных термотрансформаторов, в том числе на Киевском заводе "Вулкан", Челя; бинском хлопчатобумажном и Магнитогорском металлургическом комбинатах. Для ряда предпри; ятий с целью достижения максимального эффекта от использования абсорбционных термотрансфор; маторов разработаны оригинальные технические решения включения АБХМ в технологические схемы производства, защищенные патентами. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 15 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Рис. 1. Абсорбционная бромистолитиевая холо� дильная машина со ступенчатой регенерацией раствора АБХА�2500�2В. Наряду с разработкой бромистолитиевых агре; гатов промышленного назначения, в ИТТФ НАНУ, начиная с 1970;х годов, выполняются исследова; ния по созданию абсорбционных холодильных и теплонасосных установок, работающих с исполь; зованием возобновляемых источников энергии, в том числе солнечной. Выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований, по поиску новых рабочих тел для этих систем. Основной це; лью работ являлось создание сорбционных пар, имеющих невысокую температуру регенерации (достижимую в плоских солнечных приемниках), интенсификация процессов тепломассопереноса в аппаратах и совершенствование схемных и конструкторских решений с целью уменьшения удельного электропотребления абсорбционных установок. По результатам исследований термодинамиче; ских свойств ряда одно; и многокомпонентных водных и спиртовых систем определены пер; спективные сорбционные пары для различных приложений. Выполнено детальное исследова; ние этих веществ, включающее построение тер; модинамических диаграмм и определение их эксплуатационных характеристик на лаборатор; ной модели термотрансформатора. Показано, что для выработки холода минусовых температур перспективной является пара метанол;бромис; тый литий. Эта рабочая пара позволяет получать холод до –15оС при невысокой температуре гре; ющего источника (85оС) и по сравнению с тради; ционной водоаммиачной системой имеет более высокий коэффициент преобразования [7]. Для открытых гелиоабсорбционных систем рекомен; довано использовать в качестве сорбента водный раствор хлористого лития [8]. В 1980 – 90;х годах в ИТТФ разработаны моди; фикации гелиоабсорбционных термотрансфор; маторов производительностью от 30 до 350 кВт, предназначенные для эксплуатации в различных климатических зонах . Для условий с сухим жарким климатом, харак; терным для Средней Азии, создана гелиоабсорб; ционная хлористолитиевая холодильная уста; новка холодопроизводительностью 350 кВт с открытой регенерацией раствора, которая обес; печивала кондиционирование воздуха в много; этажных жилых домах одного из микрорайонов города Ашхабада. Данная установка отличалась простотой конструкции солнечного регенерато; ра, основным элементом которого являлась оро; шаемая раствором плоская кровля здания. Натурные испытания других модификаций солнечных абсорбционных термотрансформато; ров с воздушной десорбцией были проведены в Крыму и республике Куба. Установка САТ;100 на экспериментальной базе "Гелиотерм" в Крыму (рис. 2) летом осуществляла кондиционирование воздуха в помещениях, а зимой ; воздушное и па; нельное отопление. Целью натурных исследова; ний являлось изучение возможностей систем круглогодичного солнечного теплохладоснабже; ния и разработка рекомендации по их проекти; рованию. Для климатических условий средней полосы Украины и России создан гелиоабсорбционный термотрансформатор закрытого типа (рис.3), предназначенный для круглогодичного производ; ства теплоты и холода. Опытно;промышленная эксплуатация термотрансформатора мощностью 50 кВт для теплохладоснабжения свинарника;ма; точника в городе Зернограде Ростовской области продемонстрировала перспективность данного типа оборудования. Накопленный опыт эксплуатации абсорбци; онных термотрансформаторов показал, что для создания эффективной автономной системы 16 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Рис. 2. Общий вид исследовательского центра "Гелиотерм". солнечного теплохладоснабжения прежде всего необходимо решить вопрос кратко; и долгосроч; ного хранения тепловой энергии. Для решения данной задачи в 80;е годы в институте были нача; ты исследования рабочих тел твердотельных тер; мотрансформаторов. На первом этапе работ пла; нировалось создание адсорбционного агрегата для бытового солнечного холодильника. Основ; ными требованиями, предъявляемыми к разра; ботке, были: полная автономность, транспорта; бельность, способность вырабатывать минусовой холод при температуре окружающей среды до +40 оС и воздушном охлаждении аппаратов, что обусловило необходимость поиска новых рабо; чих тел, отвечающих этим условиям. Исследование сорбционных свойств извест; ных промышленных сорбентов показало, что эти материалы не могут обеспечить необходимую эффективность солнечного холодильника, т. к. в требуемом диапазоне рабочих температур их сорбционная емкость очень мала. По этой при; чине главный упор в работе был сделан на созда; ние нового высокоемкого адсорбента на основе эффекта хемосорбции и предложено использо; вать в качестве сорбирующего вещества соли ще; лочных металлов с добавкой наполнителя для повышения механической прочности гранул [9]. На базе сорбционной пары бромид лития – метанол разработан композитный солевой сор; бент, гранулы которого имеют жесткий пористый каркас из инертного материала с внедренным в поры каркаса бромистым литием. Это позволило добиться значительного увеличения сорбцион; ной емкости, т. к. пористый каркас способствует удержанию соли в грануле даже после ее раство; рения, обеспечивая работоспособность адсор; бента как в области твердой, так и жидкой фазы солевого раствора [10]. На основании экспериментальных исследований нового сорбента и моделирования холодильного цикла получены базовые величины, необходимые для проектирования солнечного адсорбционного холодильника: изотермы и дифференциальные теплоты адсорбции, коэффициенты переноса в аппаратах, оптимальная загрузка адсорбера и уг; лы наклона солнечного приемника в зависимос; ти от климатических условий [11]. Натурные испытания экспериментального об; разца холодильника (рис. 4) проводились на по; лигоне "Гелиотерм" в Крыму. Испытания показа; ли стабильную работу холодильника и подтвердили эффективность сорбента. Средняя суточная выработка холода при интенсивности солнечного излучения до 800 Вт/м2 составила 2500 кДж на 1м2 площади солнечного приемни; ка, величина приведенного теплового коэффи; циента – 0,11…0,13. По сравнению с известными аналогами разработанный холодильник имеет в 1,5…2 раза меньшую материалоемкость генерато; ра;адсорбера и обеспечивает получение холода при более высоких температурах сорбции и кон; денсации. Повышенная сорбционная емкость разрабо; танного сорбента, а также способность адсорб; ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 17 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Рис. 3. Гелиоабсорбционный термотрансформатор ТТА�30. Рис. 4. Экспериментальный солнечный адсорбционный холодильник. ционных холодильников вырабатывать холод без одновременного потребления энергии позволяет создать весьма компактные автономные холодо; аккумулирующие агрегаты периодического дей; ствия. Зарядка агрегата (регенерация сорбента) может осуществляться от электросети, после чего холодильник способен длительное время нахо; диться в состоянии готовности к выработке холо; да и при включении работает без потребления энергии. Указанные достоинства, а также просто; та конструкции адсорбционного агрегата делают его вполне конкурентоспособным с компресси; онными холодильными агрегатами, несмотря на то, что холодильный коэффициент адсорбцион; ного цикла ниже. Такие агрегаты могут приме; няться в холодильниках для хранения медицин; ских препаратов в полевых условиях, выездной торговле и в автомобильных холодильниках. Созданы и испытаны экспериментальные об; разцы адсорбционных холодильных агрегатов для переносного холодильника;сумки объемом 10 литров и автомобильного холодильника;ларя объемом 35 литров (рис. 5). Регенерация сорбен; та производится от электросети в течение 1,5…2 часов, после чего испаритель с хладагентом отсе; кается запорным клапаном. В состоянии готов; ности к выработке холода сумка;холодильник может длительное время храниться и транспор; тироваться. Производство холода осуществляет; ся без одновременного потребления энергии и длится 15…20 часов. Выводы 1. На основе композитных сорбентов пер; спективно создание теплонасосного оборудова; ния с теплоаккумулирующими возможностями. Такие установки найдут применение в качестве отопительных агрегатов для индивидуальных жилых домов. 2. При потреблении электроэнергии только в ночное время по льготному тарифу адсорбци; онный теплонасосный агрегат способен осуще; ствлять круглосуточное отопление за счет преоб; разования низкопотенциальной теплоты окружающей среды в теплоту повышенного по; тенциала. 3. В настоящее время институтом совместно с "Крымтеплокоммунэнерго" формируется регио; нальная программа реконструкции коммунальной энергетики АР Крым, которая предусматривает использование современных энергосберегающих технологий в системах автономного теплохладо; снабжения здравниц и коммунальных объектов с вовлечением в энергетический оборот вторичных и возобновляемых источников энергии, в том чис; ле теплоты морской воды. Первый этап програм; мы предполагает модернизацию системы энерго; снабжения города Керчь. ЛИТЕРАТУРА 1. Чернобыльский И.И., Кремнев О.А. Энерге; тические показатели использования тепла для кондиционирования воздуха // Труды Ин;та теп; лоэнергетики АН УССР. 1953. №9. С.18 – 34. 2. Чернобыльский И.И., Кремнев О.А., Чавда# ров А.С. Исследование лабораторно;опытной хлористо;литиевой установки для кондициони; рования воздуха за счет тепла низкого потенциа; ла // Труды Ин;та теплоэнергетики АН УССР. 1955. №12. С. 150 – 159. 3. Чернобыльский И.И., Кремнев О.А., Даниле# вич Н.Н. Исследование вакуум;водяной абсорб; ционной бромисто;литиевой установки для ох; лаждения кондиционирующей воды // Труды 18 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ Рис. 5. Экспериментальные образцы переносных холодильников с адсорбционным холодильным агрегатом. Ин;та теплоэнергетики АН УССР. 1956. №13. С. 123 – 134. 4. Гросман Э.Р., Шаврин В.С. Эксперимен; тальное исследование процессов абсорбционной холодильный установки со ступенчатой регене; рацией раствора // Холодильная техника. 1979. №5. С.12 – 16. 5. Гросман Э.Р., Шаврин В.С., Ткачук А.П., Шмуйлов Н.Г. Промышленный абсорбционный бромистолитиевый холодильный агрегат со сту; пенчатой регенерацией раствора // Холодильная техника. 1983. №4. С.10 – 13. 6. Наумов С.Е. Интенсификация процессов тепломассообмена в абсорбере бромистолитие; вого абсорбционного трансформатора тепла: Дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1987. – 120 с. 7. Гросман Э.Р. Исследование абсорбцион; ных термотрансформаторов, использующих в качестве рабочего тела раствор метанол ; броми; стый литий: Дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1971. – 161 с. 8. Kremnyov O.A., Zhuravlenko V.Ya., Grosman E.R., Tolstykh I.P., Shavrin V.S. Study and development of absorption;type solar;cooling units. XV International Congress of refrigeration, Venezia (Italy) – 1979, Commission B2;54, p. 1 – 5. 9. Grosman E.R., Suoslova N.K., Chalaev D.M. Methanol as a working medium in sorption type ther; mal converters. XVI International Congress of refrig; eration, Paris (France) – 1983, Commission B;1, p. 359–364. 10. А.с. 1477999 СССР. Опубл. в Б. И. ,1989, №17. 11. Чалаев Д.М. Создание солнечного адсорб; ционного холодильника на солевых сорбентах с наполнителем: Дис. … канд. техн. наук. – Киев, 1996. – 165 с. Получено 16.03.2006 г. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 19 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61385
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3602
language Russian
last_indexed 2025-12-02T07:22:25Z
publishDate 2006
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format dspace
spelling Долинский, А.А.
Снежкин, Ю.Ф.
Чалаев, Д.М.
Шаврин, В.С.
2014-05-04T20:01:47Z
2014-05-04T20:01:47Z
2006
Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа / А.А. Долинский, Ю.Ф. Снежкин, Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 14-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61385
621.565:662.997
Представлен обзор работ Института технической теплофизики НАНУ по исследованию и разработке новых рабочих веществ и совершенствованию конструкций сорбционных термотрансформаторов.
Наведено огляд праць Інституту технічної теплофизики НАНУ щодо дослідження та розробки нових робочих речовин та вдосконалення конструкцій сорбційних термотрансформаторів.
The review of the Institute of Engineering Thermophysics works on research and development of new working mediums and improvement of constructions of sorption type thermal converters is presented.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Тепло- и массообменные аппараты
Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
A study and development of sorption type thermal converters
Article
published earlier
spellingShingle Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
Долинский, А.А.
Снежкин, Ю.Ф.
Чалаев, Д.М.
Шаврин, В.С.
Тепло- и массообменные аппараты
title Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
title_alt A study and development of sorption type thermal converters
title_full Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
title_fullStr Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
title_full_unstemmed Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
title_short Исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
title_sort исследование и разработка термотрансформаторов сорбционного типа
topic Тепло- и массообменные аппараты
topic_facet Тепло- и массообменные аппараты
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61385
work_keys_str_mv AT dolinskiiaa issledovanieirazrabotkatermotransformatorovsorbcionnogotipa
AT snežkinûf issledovanieirazrabotkatermotransformatorovsorbcionnogotipa
AT čalaevdm issledovanieirazrabotkatermotransformatorovsorbcionnogotipa
AT šavrinvs issledovanieirazrabotkatermotransformatorovsorbcionnogotipa
AT dolinskiiaa astudyanddevelopmentofsorptiontypethermalconverters
AT snežkinûf astudyanddevelopmentofsorptiontypethermalconverters
AT čalaevdm astudyanddevelopmentofsorptiontypethermalconverters
AT šavrinvs astudyanddevelopmentofsorptiontypethermalconverters