Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование диметилового эфира и смесей хладонов R22, RC318 и R142b для замены R12 в промышленных и бытовых холодильных установках

Диссертация: Исследование диметилового эфира и смесей хладонов R22, RC318 и R142b для замены R12 в промышленных и бытовых холодильных установках
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Обзор литературных данных показал, что равноценной замены R12 в холодильной технике для условий нашей страны пока не найдено, особенно для ретрофита действующего холодильного оборудования. Использование многочисленных альтернативных хладагентов, таких как R134a, R401A, R401B, R401C, R409A и др., предлагаемых зарубежными компаниями, сталкивается с определенными трудностями. Предлагаемые хладагенты… Читать ещё >

Исследование диметилового эфира и смесей хладонов R22, RC318 и R142b для замены R12 в промышленных и бытовых холодильных установках (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И
  • ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. История вопроса
    • 1. 2. Основные требования к новым хладагентам
    • 1. 3. Особенности термодинамических свойств смесей-хладагентов
    • 1. 4. Перспективы применения альтернативных хладагентов
    • 1. 5. Альтернативные хладагенты, предназначенные для замены R
      • 1. 5. 1. Хладагенты — чистые вещества
      • 1. 5. 2. Многокомпонентные хладагенты
        • 1. 5. 2. 1. Многокомпонентные хладагенты на основе углеводородов
        • 1. 5. 2. 2. Многокомпонентные хладагенты группы ГХФУ
    • 1. 6. Энергетические показатели компрессионных холодильников и морозильников
    • 1. 7. Проблемы применения углеводородов в качестве хладагентов в бытовой холодильной технике
    • 1. 8. Анализ литературных данных и постановка и задачи исследовательской работы
  • ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ НА БИНАРНОЙ И ТРОЙНЫХ СМЕСЯХ
    • 2. 1. Выбор концентрации бинарной идеальной смеси при замене R
    • 2. 2. Оптимизация концентраций компонентов смеси с учетом ее неидеальности
    • 2. 3. Описание лабораторного калориметрического стенда
      • 2. 3. 1. Монтаж и наладка лабораторного стенда
      • 2. 3. 2. Методика проведения испытаний
    • 2. 4. Испытания бинарной смеси R22/RC318 на калориметрическом стенде
    • 2. 5. Выводы по испытаниям бинарной смеси
    • 2. 6. Испытания тройной смеси «Экохол-3″
    • 2. 7- Испытания модифицированной тройной смеси
  • Экохол-МГТУ»
  • ГЛАВА 3. СРАВНЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОРОЗИЛЬНИКА STINOL-Юб ПРИ РАБОТЕ НА R12, СМЕСИ ЭКОХОЛ-МГТУ" И ДМЭ
    • 3. 1. Сравнение суточного энергопотребления при испытании заводского образца морозильника на R12 и экологически безопасных ХА
      • 3. 1. 1. Создание экспериментального стенда
      • 3. 1. 2. Сравнительные испытания R12 и «Экохол-МГТУ»
      • 3. 1. 3. Определение оптимальной массы заправки ДМЭ
    • 3. 2. Оптимизация размеров капиллярной трубки при использовании ДМЭ в качестве хладагента
    • 3. 3. Оценка погрешности экспериментальных данных
  • ВЫВОДЫ

Развитие холодильной техники в настоящее время находится под влиянием трех определяемых экологическими проблемами взаимосвязанных факторов: требований Монреальского протокола о прекращении потребления веществ, разрушающих озоновый слой (в первую очередь R12) и о временном и количественном ограничении применения веществ переходной группы (в том числе R22), имеющих малый потенциал разрушения озонового слоя (ODP) — требований Киотского протокола к «Рамочной конвенции ООН об изменении климата» о регулировании эмиссии парниковых газов (веществ, имеющих высокий потенциал глобального потепления — GWP), к которым относятся широко применяемые хладагенты R22, R134a и многие другие вещества, используемые в холодильной технике;

ГОСТ Р МЭК 66 035−2-24−2001, разрешающий использование в приборах бытовой холодильной техники углеводородов (пропан, изобутан, пропан-бутан) при ограниченной массе заправки (до 150 г).

Анализируя наиболее известные, разработанные в нашей стране и за рубежом хладагенты — заменители R12, можно убедиться, что у каждого из них имеются уязвимые места с точки зрения выполнения перчисленных выше требований.

Обзор литературных данных показал, что равноценной замены R12 в холодильной технике для условий нашей страны пока не найдено, особенно для ретрофита действующего холодильного оборудования. Использование многочисленных альтернативных хладагентов, таких как R134a, R401A, R401B, R401C, R409A и др. [1], предлагаемых зарубежными компаниями, сталкивается с определенными трудностями. Предлагаемые хладагенты запатентованы компаниями-производителями и имеют высокую стоимость. Зачастую в состав хладагентов-смесей входят редкие и, следовательно, дорогие, компоненты, что существенно увеличивает затраты на сервисное обслуживание холодильных систем. Применение большинства новых хладагентов требует изменения условий работы системы (замены масла, замены некоторых агрегатов и аппаратов холодильной машины). Российские разработки направлены на использование более дешевых смесевых хладагентов (R22/R142b, CI, С10М1 и др. [2, 3]). Преимуществом отечественных хладагентов является их относительная дешевизна и возможность использования без изменения конструкции холодильной машины и замены масла. Однако у этих смесей существует ряд недостатков. В состав смесевых хладагентов на основе R22 нередко входят дорогостоящие компоненты-фреоны. Применение таких смесей, несмотря на относительно высокую стоимость, перспективно в холодильных машинах малой производительности (холодильниках, например), где масса заправки составляет 100−150 грамм и составляет около 5% от общей стоимости холодильного аппарата. Поэтому применение смеси R22/RC318 может быть экономически оправдано при ретрофите холодильных машин малой производительности. Для ретрофита холодильных машин большей производительности на Кирово-Чепецком химическом комбинате была создана смесь «Экохол-3» (R22(40%)/RC318(12%)/R142b (48%)), где, для снижения концентрации дорогостоящего RC318 введен третий компонентR142b. Но эксплуатационные и термодинамические характеристики «Экохол-3» не были исследованы. Проблемой является также пожароопасность отдельных компонентов смесевых хладагентов (R142Ь). Смеси, включающие этот компонент, как правило имеют невысокую стоимость, но, при возможной утечке негорючего компонента, концентрация горючего компонента увеличивается, и может возникнуть пожароопасная ситуация.

С другой стороны, решения Киотского протокола, ограничивающие применение фреонов в холодильной технике и новая редакция ГОСТов России, допускающая использование углеводородов в качестве хладагентов.

4, 5, 6], открывают новые возможности для применения углеводородов в холодильных машинах малой производительности, где масса заправки мала. Однако в нашей стране опыт применения углеводородов, в частности диметилового эфира (ДМЭ) в холодильной технике ограничен, а возможность их применения в холодильных машинах практически не исследована. ДМЭ лучше, чем рекомендованные смесевые хладоны (С1, например), поэтому работы по применению ДМЭ проводятся в МГТУ им Н. Э. Баумана несколько лет. Из чистых веществ возможно применение только изобутана R600a (ts = -11,7°С), поэтому его использование в морозильниках (to = -18.-25°С) исключено. С другой стороны, ДМЭ может использоваться в качестве дизельного топлива, поэтому его цена должна быть на порядок ниже, чем у других хладонов.

Положения Федерального закона «Об энергосбережении» обязывают производителей холодильной техники (в т.ч. бытовых холодильных приборов) искать пути повышения энергетической эффективности новой техники, что, в частности, может быть достигнуто путем применения новых хладагентов [7, 8].

Целью работы является выбор отечественного недорогого озонобезопасного хладагента, имеющего низкий или нулевой потенциал глобального потепления, который способен заменить R12 в действующем холодильном оборудовании без существенного изменения конструкции холодильной машины и замены масла: сервисные смеси на основе R22 и чистое вещество ДМЭ.

ВЫВОДЫ.

1. Экспериментальное сравнение основных термодинамических характеристик циклов на R12 и смеси R22/RC318 показало, что для адекватной замены R12 концентрация R22 в смеси должно быть не ниже 40.45% массовых. При этом холодильный коэффициент цикла на смеси по сравнению с циклом на R12 возрастает на 2. 16%.

2. На основе данных об отрицательном отклонении давления конденсации от идеальности в реальной смеси, концентрация R22 в «Экохол-3» повышена с 40% до 50%, при соответствующем уменьшении концентрации других компонентов. Экспериментальные исследования новой смеси, получившей название «Экохол-МГТУ» показали, что смесь является адекватной заменой R12. Холодильный коэффициент цикла на «Экохол-МГТУ» близок к аналогичному показателю цикла на R12. На основании вышесказанного, можно рекомендовать смеси R22/RC318 и «Экохол-МГТУ» как сервисные при ретрофите холодильного оборудования на R12.

3. Определена оптимальная масса заправки бытового морозильника при работе на ДМЭ. Она составила 70 г, при этом суточное энергопотребление по сравнению с работой на R12 снизилось на 15% при температуре охлаждения -24°С. Результаты эксперимента показывают перспективность использования ДМЭ в качестве хладагента для бытовой холодильной техники.

4. Проведена экспериментальная оптимизация длины капиллярной трубки бытового морозильника на ДМЭ. При этом оптимальная длина капилляра составила 4,75 м (3,5 для R12). Энергопотребление по сравнению с R12 снизилось на 9%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Т. Статус хладагентов — краткая сводка // Журнал Danfoss. — 1996.-№ 3.-С. 14−15.
  2. Перспективы развития производства озонобезопасных хладонов на Кирово-Чепецком химическом комбинате. / Н. С. Верещагина,
  3. A.Н. Голубев, В. Ю. Захаров и др. // Холодильное дело. 1998. -№ 2-С. 4−5.
  4. Альтернативный хладагент С ЮМ для ретрофита холодильного оборудования, работающего на R12 / В. С. Зотиков, В. А. Сараев,
  5. B.И.Самойленко и др. // Холодильная техника. 1999. — № 2. — С.6−9.
  6. И.М., Смыслов В. И., Фадеков К. Н. Оценка перспектив применения экологически безопасных хладагентов в бытовой холодильной технике. / Холодильная техника. 2001. — № 12. — С.4−8.
  7. О.Б., Лаптев Ю. А. Углеводороды перспективы и реалии. / Холодильный бизнес. — 2002. — № 3. — С. 8−9.
  8. ГОСТ Р МЭК 60 335 — 2 24 — 2001. Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Дополнительные требования к холодильным приборам, мороженицам и устройствам для производства льда. — 2-е изд. — М.: Изд-во стандартов. — 2002. — 20 с.
  9. К.Н. Применение смесевых зеотропных хладагентов для повышения энергетической эффективности бытовых холодильников: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. — М., 2002.-18 с.
  10. ГОСТ Р 5165 2000. Приборы холодильные электрические бытовые: Эффективность энергопотребления. Методы определения. — Введен с 01.01.2000. — М.: Изд-во стандартов, 2000. — 5 с.
  11. .С., Стефанчук В. И., Ковтунов Е. Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе: Справочное руководство. -М.: Колос, 2000.-160 с.
  12. Ю.Хаттатов В. У. Ни реабилитировать, ни помиловать хладоны нельзя. // Холодильный бизнес. 2001. — № 3 — 4. — С. 4−5.
  13. П.Абдульманов Х. А. О реабилитации фреона-12. // Холодильный бизнес. -2001.- № 2.- С. 4−5.
  14. В.А., Шейндлин А. Е., Шпильрайн Э. Э. Термодинамика растворов. — М., «Энергия», 1980. 290 с.
  15. Температурные режимы калориметрических испытаний малых герметичных холодильных компрессоров/ И. А. Афанасьева, И. М. Калнинь, В. И. Смыслов и др. // Холодильная техника. 2002 — № 2. — С. 8−12.
  16. М.Р., Лунин А. И., Могорычный В. И. Характеристики криогенных систем при работе на смесях. — М.: Изд-во МЭИ, 1990.-87с.
  17. .С. Хладагенты, масла, сервис холодильных систем: Монография. Рязань: Узорочье. — 2003. — 470 с.
  18. Промышленные фторорганические продукты: Справочное издание. / Б. Н. Максимов, В. Г. Барабанов, И. Л. Серушкин и др. Изд. 2-е, пер. и доп. — СПб.: Химия, 1996. — 544 с.
  19. ASEREP fur EXCEL (Demo). Version 1.3c. Programmbeschreibung. Institut fur Luft- und Kaltetechnik, Dresden. — 1999.
  20. B.M. От твердой воды до жидкого гелия (история холода). -М.: Энергоатомиздат, 1995. 336 с.
  21. А.А., Глухов С. Д., Богаченко В.Н. Диметиловый эфир — топливо и хладагент для дизельных авторефрижераторов
  22. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». Специальный выпуск. 2000. — С. 182−185.
  23. А.В. Применение диметилового эфира в качестве рабочего тела холодильных установок дизельных авторефрижераторов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 2001. — 19 с.
  24. Жердев А. А. Разработка и исследование холодильных установокс использованием в качестве рабочих тел экологически безопасных топлив: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М. — 2003. — 35 с.
  25. А.А., Глухов С. Д., Шарабурин А. В. Диметиловый эфир — рабочее тело холодильных машин. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». Специальный выпуск. 2002. — С. 55−62.
  26. К.А. Альтернативные смесевые хладагенты. // Холодильный бизнес. 1999. — № 5. — С. 6−7.
  27. Патент № 2 088 629 С1 РФ. Рабочая смесь для холодильных машин / В. Г. Барабанов, А. Ю. Беляев, С. Д. Егоров и др. // Б.И. 1997. — № 24.
  28. А.Ю., Егоров С. Д. Озонобезопасная смесь С1 — альтернатива хладагенту R12. // Холодильное дело. 1997. — № 6. — С. 11−13.
  29. Патент № 2 072 382 С1 РФ. Озонобезопасная рабочая смесь / О. Н. Подчерняев, А. И. Лунин, М. Ю. Боярский и др. // Б.И. 1997. — № 3.
  30. Патент № 2 073 058 С1 РФ. Озонобезопасная рабочая смесь / О. Н. Подчерняев, А. И. Лунин, М. Ю .Боярский и др. // Б.И. 1997. — № 4.
  31. А.С. SU 1 781 279 А1. Рабочая смесь для холодильных машин / Е. Г. Савельев, А. А. Никонов, М. Ю. Боярский и др.// Б.И. 1992. — № 46.
  32. Патент № 2 119 937 С1 РФ. Хладагентная композиция, способ охлаждения / Б. В. Юдин, Р. Стивенсон, М. Ю. Боярский и др. // Б.И. 1998. — № 28.
  33. Патент № 2 072 486 С1 РФ. Рабочий агент для холодильной установки / А. М. Архаров, А. С. Нуждин, С. Д. Глухов и др. // Б.И. 1997. — № 1.
  34. Патент № 2 057 779 С1 РФ. Рабочая смесь для холодильных машин / И. М. Мазурин // Б.И. 1996. — № 10.
  35. Патент № 2 117 025 С1 РФ. Композиция хладагента / В. Г. Барабанов,
  36. A.Ю.Беляев, В. С. Зотиков и др. // Б.И. 1998. — № 22.
  37. Патент № 2 135 541 С1 РФ. Композиция хладагента / В. Г. Барабанов,
  38. B.С.Зотиков, Б. Н. Максимов и др. // Б.И. 1999. — № 24.
  39. Патент № 2 140 431 С1 РФ. Композиция хладагента / В. Г. Барабанов, В. С. Зотиков, В. А. Сараев и др. // Б.И. 1999. — № 30.
  40. Патент № 2 161 637 С2 РФ. Композиция хладагента (варианты) / В. М. Андрюшин, А. Ю. Беляев, В. С. Зотиков и др. // Б.И. 2001. — № 1.
  41. Патент № 2 177 491 С2 РФ. Композиция хладагента для железнодорожного холодильного оборудования /С.Н Науменко, В. И. Панферов, А. Ю. Беляев и др. //Б.И. -2001. -№ 36.
  42. Патент № 2 098 441 С1 РФ. Композиция хладагента / В. Г. Барабанов,
  43. A.Ю.Беляев, В. С. Зотиков и др. // Б.И. 1997. — № 37.
  44. Альтернативный хладагент С ЮМ для ретрофита холодильного оборудования, работающего на R12 / В. С. Зотиков, В. А. Сараев,
  45. B.И.Самайленко и др. // Холодильная техника. 1999. — № 2. — С. 6−7.
  46. В.Г., Кузьмин А. Ю. Экспериментальное исследование малых холодильных машин на смеси R22/R142b // Холодильная техника. 1996. — № 5. — С.12−13.
  47. В.Г. Закономерности теплообмена при конденсации и кипении неазеотропных смесей холодильных агентов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб., 1998. — 35 с.
  48. В.Г., Шуршев В. Ф., Данилова Г. Н. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении смеси R22/R142b в испарителе холодильной машины // Холодильная техника. № 3. —1996. С.10−11.
  49. Сопоставление энергетических и эксплуатационных характеристик холодильной машины МХВ-4−1-2, работающей на R12 и смеси R22/R142b / В. И. Соломин, В. А. Мельников, Ю. Н. Алексеев и др. // Холодильная техника. 1999. — № 2.1. C.10−11.
  50. Патент № 2 013 431 С1 РФ. Композиция хладагента / Такемаса К. // Б.И. -1994.-№ 10.
  51. А.С. SU 1 022 979 А1. Холодильный агент / Г. Э. Одишария, Н. И. Изотов, Ю. Г. Мутовин и др.// Б.И. — 1977. № 22.
  52. Патент № 2 022 339 С1 РФ. Азеотропоподобная композиция / Ф. Л. Бартлетт, Дж.Э.Криззо, В. М. Феликс и др. // Б.И. 1994. — № 9.
  53. Патент № 2 090 588 С1 РФ. Невоспламеняющаяся охлаждающая композиция для холодильных устройств / С. Ф. Пирсон // Б.И. 1997. -№ 26.
  54. Патент № 2 092 515 С1 РФ. Озонобезопасная рабочая смесь для холодильных машин / И. М. Мазурин, А. Я. Столяровский, А. С. Доронин и др.// Б.И.- 1997.-№ 28.
  55. Патент № 2 095 390 С1 РФ. Рабочая смесь для рефрижераторных систем и тепловых насосов / О. Н. Подчерняев, А. И. Лунин, М. Ю. Боярский и др.1. Б.И. 1997. — № 31.
  56. Патент № 21 409 955 С1 РФ. Композиция, содержащая фторидоуглерод (варианты), способ применения хладагента / Дж.С.Нимиц, Л. Х. Лэнкфорд //Б.И.-1999.-№ 31.
  57. Патент № 2 109 789 С1 РФ. Рабочая смесь для рефрижераторных систем
  58. О.Н.Подчерняев, А. И. Лунин, М. Ю. Боярский и др. // Б.И. 1998. — № 12.
  59. Патент № 2 121 488 С1 РФ. Бинарная композиция / В. Ф. Антипенок, Н. С. Верещагина, А. Н. Голубев и др. // Б.И. —1997. № 4.
  60. Патент № 2 182 819 С2 РФ. Бинарная композиция хладагента /
  61. В.Ф.Антипенок, Н. С. Верещагина, А. Н. Голубев и др. // Б.И. — 2002. № 15.
  62. Патент № 2 184 133 С2 РФ. Композиция хладагента / В. В. Азатян, О. В. Васина, И. А. Болодьян и др. // Б.И. 2002. — № 18.
  63. Патент № 2 024 569 С1 РФ Холодильный агент / Н. Д. Захаров, Н. Н. Сурьянинова // Б.И. 1994. — № 23.
  64. .С., Выгодин В. А. Бытовые холодильники и морозильники/ 2-е изд., испр. и доп. М.: Колос, 2000. — 656 с.
  65. О.Б. Природные холодильные агенты — углеводороды // Холодильная техника. 2002. — № 7. — С. 10−13.
  66. В.П., Хлиева О. Я., Быковец Н. П. Перспективы ипроблемы применения углеводородов в качестве хладагентов // Холодильная техника. 2002. — № 7. — С. 14−16.
  67. Granryd Е. Hydrocarbons as refrigerant an overview // Int. J. Refrig. — 2001. — Vol. 24. — P. 103−112.
  68. Steimle F. HCFS’s and HFC’s Perspective // Proc. IIR Conference «Refrigerant Management and Destruction Technologies of CFC». -Dubrovnik (Croatia). 2001. — 254 p.
  69. Hammad M.A., Fssad Ma. The use of hydrocarbon mixtures as refrigerant in domestic refrigerators // Appl. Therm. Eng. 1999. — Vol. 19. — P. 1181−1189.
  70. Akash B.A., Said S.A. Assessment of LPG as a possible alternative to R12 in domestic refrigerators // Energy Conv. Manag. 2003. — Vol. 44.1. P. 381−388.
  71. Tashtoush В., Tanat M. and Shudeifat M.A. Experimental study of new refrigerant mixtures to replace R12 in domestic refrigerators // Appl. Therm. Eng. 2002. — Vol. 22. — P. 495−506.
  72. Jung D., Kim C.B., Song K., Park B. Testing of propane/isobutane mixtures domestic refrigerators // Int. J. Refrig. 2000. — Vol. 23. — P. 517−527.
  73. В.П., Хлиева О. Я., Быковец Н.П. Оценка перспектив применения изобутана в бытовой холодильной технике с помощью эколого-термоэкономического метода
  74. Холодильная техника. 2001. — № 9. — С. 11−13.
  75. С. Дави на газ // ТверскаяДЗ. 31.01.2002. — № 10. — С.4.
  76. Постановление правительства Москвы № 170−1111 «О городской программе использования альтернативных видов моторного топлива на автомобильном транспорте на 2002−2004 г» от 12.03.2002 г.
  77. С.Н., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. — JL: Машиностроение, 1978.-167 с.
  78. Г. К. Формирование эффективныхмногокомпонентных рабочих тел и создание на их основе компрессионных дроссельных систем охлаждения //Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. ОГАХ. — Одесса, 1985.
  79. Whipple G.H. Vapor-Liquid Equilibria of Some Fluorinated Hydrocarbon Systems // Industrial and engineering chemistry. — 1952. — Vol. 44 (7).-P. 1664−1667.
  80. А.С., Ужанский B.C. Измерения в холодильной технике. -М.: Агропромиздат, 1986 г. 368 с.
  81. К.А. Расчет количества заправляемого хладагента и объема ресивера для холодильных установок // Холодильный бизнес. 2002. — № 2. — С.20−23.
  82. ГОСТ 16 317 87. Приборы холодильные электрические бытовые: Общие технические условия. — Введен с 01.07.88. — 4-е изд. — М.: Изд-во стандартов, 1999. — 21 с.
  83. .С., Вайн JI.H. Бытовые компрессионные холодильники. М.: Пищевая промышленность, 1974. — 272 с.
  84. Холодильные компрессоры / А. В. Быков, Э. М. Бежанишвили, И. М. Калнинь и др. Под ред. А. В. Быкова М.: Колос, 1992. -304 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!