Інноваційні технології компресорів HVAC&R у 2025 році
Дослідна група з Центру інженерії екологічної енергетики (CEEE) при Університеті Меріленду (University of Maryland), США представляє новий спосіб підвищення ефективності компресора та зниження енергоспоживання в системах охолодження та заморозки у випуску Applied Thermal Engineering від 15 лютого 2012 року. Група розробила перший майже ізотермічний компресор з використанням рідинного поршня, який потенційно може знизити енергоспоживання до 30% в порівнянні з сьогоднішніми технологіями.
"Компресор - одна з найбільш енергоємних частин кондиціонера або теплового насоса", - пояснює постдокторант Ченг-І Лі, провідний автор статті. Зазвичай він швидко стискає газ, що призводить до підвищення його температури та зниження ефективності системи. Як альтернатива команда CEEE розробила майже ізотермічний компресор, який підтримує температуру газу близькою до постійної.
Під час нещодавньої екскурсії лабораторією дослідник Ченг-І Лі демонструє оновлений прототип майже ізотермічного компресора з використанням рідинного поршня.
Про пристрій холодильного компресора з рідинним поршнем
Ізотермічний холодильний компресор з рідинним поршнем є перспективним напрямом у галузі підвищення енергоефективності холодильних машин.
У таких системах у ролі поршня виступає нестислива рідина, зазвичай вода або олія, яка переміщається в циліндрі і забезпечує рівномірний стиск робочого тіла - холодоагенту. Завдяки високій теплоємності та теплопередавальним властивостям рідини забезпечується практично ізотермічний режим стиснення, що дозволяє значно знизити термодинамічні втрати та підвищити коефіцієнт корисної дії порівняно з традиційними адіабатичними компресорами.
Схема ізотермічного рідинного поршневого компресора (детандера):
Дослідження показують, що при правильній синхронізації теплообміну та гідродинаміки рух рідинного поршня дозволяє досягти стійкої роботи компресора з мінімальною пульсацією тиску та температур. Такі компресори потенційно можуть використовуватися в системах, орієнтованих на роботу з екологічно чистими холодоагентами, включаючи CO₂ та повітря.
Рідинний поршень знижує механічне зношування, вібрації та рівень шуму, що робить технологію особливо привабливою для прецизійних холодильних установок у медицині, мікроелектроніці та кріогенних системах.
Інновація використовує поршневий рідинний компресор, інтегрований з газовим охолоджувачем для транскритичного циклу охолодження діоксиду вуглецю (CO2). «Стискаючи CO2 усередині газового охолоджувача з великою площею теплопередачі, ми уповільнюємо процес стиснення, що дає нам достатньо часу для відведення тепла та підтримки температури на контрольованому рівні», — пояснює Лі.
Команда використовувала мікроканальні теплообмінники як компресійні камери, кожна з крихітним внутрішнім діаметром — близько 1 мм — для збільшення площі теплопередачі та підвищення ізотермічної ефективності. Прототип знизив підвищення температури стиснення з 95 К до 10 К, досягнувши 90% ізотермічної ефективності, забезпечуючи 1 тонну холодопродуктивності.
Інновація все ще знаходиться на ранніх стадіях, але зрештою може запропонувати рішення для більш ефективного транскритичного охолодження та заморозки CO2. "Зараз проблема в тому, що ми хочемо перейти на холодоагенти з низьким потенціалом глобального потепління (ПГП)", - говорить Лі. Як варіант із ультранизьким ПГП, транскритичне охолодження CO2 приймається деякими супермаркетами та продовольчими складами. Але CO2 страждає від більш низької ефективності, ніж інші альтернативи, що пригнічує його поширення. "Якщо ми зможемо підвищити ефективність охолодження CO2", - говорить Лі, "це стане набагато привабливішим екологічно чистим варіантом".
