Инновационные технологии компрессоров HVAC&R в 2025 году
Исследовательская группа из Центра инженерии экологической энергетики (CEEE) при Университете Мэриленда (University of Maryland), США представляет новый способ повышения эффективности компрессора и снижения энергопотребления в системах охлаждения и заморозки в выпуске Applied Thermal Engineering от 15 февраля 2025 года . Группа разработала первый почти изотермический компрессор с использованием жидкостного поршня, который потенциально может снизить энергопотребление до 30% по сравнению с сегодняшними технологиями.
«Компрессор — одна из самых энергоемких частей кондиционера или теплового насоса», — объясняет постдокторант Ченг-И Ли, ведущий автор статьи. Обычно он быстро сжимает газ, что приводит к повышению его температуры и снижению эффективности системы. В качестве альтернативы команда CEEE разработала почти изотермический компрессор, который поддерживает температуру газа близкой к постоянной.
Во время недавней экскурсии по лаборатории исследователь Ченг-И Ли демонстрирует обновленный прототип почти изотермического компрессора с использованием жидкостного поршня.
Об устройстве холодильного компрессора с жидкостным поршнем
Изотермический холодильный компрессор с жидкостным поршнем представляет собой перспективное направление в области повышения энергоэффективности холодильных машин.
В таких системах в роли поршня выступает несжимаемая жидкость, обычно вода или масло, которая перемещается в цилиндре и обеспечивает равномерное сжатие рабочего тела — хладагента. Благодаря высокой теплоёмкости и теплопередающим свойствам жидкости обеспечивается практически изотермический режим сжатия, что позволяет значительно снизить термодинамические потери и повысить коэффициент полезного действия по сравнению с традиционными адиабатическими компрессорами.
Схема изотермического жидкостного поршневого компрессора (детандера):
Исследования показывают, что при правильной синхронизации теплообмена и гидродинамики движение жидкостного поршня позволяет достичь устойчивой работы компрессора с минимальной пульсацией давления и температур. Такие компрессоры потенциально могут использоваться в системах, ориентированных на работу с экологически чистыми хладагентами, включая CO₂ и воздух.
Жидкостный поршень снижает механический износ, вибрации и уровень шума, что делает технологию особенно привлекательной для прецизионных холодильных установок в медицине, микроэлектронике и криогенных системах.
Инновация использует жидкостный поршневой компрессор, интегрированный с газовым охладителем для транскритического цикла охлаждения диоксида углерода (CO2). «Сжимая CO2 внутри газового охладителя с большой площадью теплопередачи, мы замедляем процесс сжатия, что дает нам достаточно времени для отвода тепла и поддержания температуры на контролируемом уровне», — объясняет Ли.
Команда использовала микроканальные теплообменники в качестве компрессионных камер, каждая с крошечным внутренним диаметром — около 1 мм — для увеличения площади теплопередачи и повышения изотермической эффективности. Прототип снизил повышение температуры сжатия с 95 К до 10 К, достигнув 90% изотермической эффективности, при этом обеспечивая 1 тонну холодопроизводительности.
Инновация все еще находится на ранних стадиях, но в конечном итоге может предложить решение для более эффективного транскритического охлаждения и заморозки CO2. «Сейчас проблема в том, что мы хотим перейти на хладагенты с низким потенциалом глобального потепления (ПГП)», — говорит Ли. Как вариант с ультранизким ПГП, транскритическое охлаждение CO2 принимается некоторыми супермаркетами и продовольственными складами. Но CO2 страдает от более низкой эффективности, чем другие альтернативы, что подавляет его широкое распространение. «Если мы сможем повысить эффективность охлаждения CO2», — говорит Ли, «это станет гораздо более привлекательным экологически чистым вариантом».
