CC BY
21<щ
Научные разработки и исследования
Использование холода газификации природного газа для кондиционирования на транспорте
В.И. Карагусов, профессор Омского государственного технического университета, д.т.н., В.Л. Юша, профессор Омского государственного технического университета, д.т.н., И.В. Карагусов, аспирант Омского государственного технического университета
Рассматривается возможность кондиционирования воздуха на транспорте за счет холода газификации природного газа. При газификации сжиженного природного газа на транспортных средствах требуется достаточно большое количество теплоты для его испарения и нагрева при подаче в двигатели. Холода, запасенного в сжиженном природном газе, достаточно для кондиционирования салонов и других объемов многих транспортных средств.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, транспорт, газификация, кондиционирование.
При использовании на транспорте сжиженного природного газа (СПГ) его необходимо газифицировать и нагревать для подачи в двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Как правило, газификация и нагрев осуществляются теплотой отработавших газов, охлаждающей жидкости или продувкой забортным воздухом. При этом выбрасывается в атмосферу достаточно большое количество энергии, которая ранее была затрачена на сжижение природного газа [1, 2].
С другой стороны, для кондиционирования салонов и других объемов транспортных средств отбирается мощность от их ДВС, что ведет к увеличению расхода СПГ В итоге в атмосферу сбрасывается эксергия криогенной жидкости (СПГ), а затем эксергия (теплота сгорания) затрачивается на кондиционирование природного газа. Использование холода СПГ позволяет решить следующие проблемы на транспорте:
• уменьшение расхода СПГ;
• увеличение пробега на одной заправке;
• уменьшение затрат на приобретение, монтаж и эксплуатацию систем кондиционирования воздуха (СКВ);
• исключение применения фреонов.
Такой подход имеет и недостаток, который связан с эксплуатацией транспортных средств в
холодный период, когда СКВ не задействована. В холодных условиях газификация СПГ должна осуществляться традиционными способами.
При кондиционировании на транспортных средствах требуется значительно большая холо-допроизводительность (табл. 1) по сравнению с жилыми и офисными помещениями при равных
Таблица 1
Максимальная холодопроизводительность транспортных СКВ
Транспортное средство Холодопроизводительность СКВ, кВт
Легковой автомобиль 0,5...2,0
Минивэн, крупный внедорожник 2,0...4,0
Грузовые автомобили Газель 3302 и аналогичные по кабине КАМАЗ 53208 и аналогичные по кабине 2,0.2,5 2,5.3,0
Автобусы 10,0.20,0
Комбайны (Енисей-950, Дон-1500 и аналогичные по кабине) 4,0.6,0
Тракторы 3,0.6,0
Магистральные тепловозы 2 х (4,0.5,0)
Суда (РТ-722, РТ-771 и аналогичные) 6,0.10,0
Научные разработки и исследования
кондиционируемых объемах, что обусловлено худшей теплоизоляцией и более интенсивным конвективным теплообменом с окружающим воздухом [3].
Количество холода, вырабатываемого при газификации СПГ, зависит от расхода топлива, который можно соотнести с мощностью ДВС на типовых режимах. Это количество холода состоит из двух слагаемых:
О7 = О + О ,
I исп нагр'
где О1 - суммарная холодопроизво-дительность; Оисп - теплота испарения СПГ; Онагр - теплота нагрева СПГ.
Средняя теплота испарения сжиженного природного газа Оисп = 514 кДж/кг.
Теплота нагрева СПГ О = т С (Т - Т ) ,
нагр р у исп кв' '
Максимальная суммарная от газификации СПГ
где т - масса газифицируемого СПГ; Ср - теплоемкость СПГ (2,26 кДж/кг-К ); Тисп - температура испарения СПГ (113 К); Ткв - температура воздуха, подаваемого в объем кондиционирования (293 К).
Следует отметить, что максимальная суммарная холодопро-изводительность от газификации СПГ для различных транспортных средств на типовых режимах (табл. 2) отличается от реальной холодопро-изводительности на 10...30 % из-за неизбежных потерь, которые будут определяться при конкретной технической реализации [4]. С другой стороны, в табл. 1 приведена максимальная холодопроизводитель-ность для самых тяжелых условий эксплуатации, а в большинстве случаев требуется меньшая.
Таблица 2
холодопроизводительность на транспортных СКВ
Транспортное средство Холодопроизводительность от газификации СПГ, кВт
Легковой автомобиль 0,2...1,5
Минивэн, крупный внедорожник 1,5...4,0
Газель 3302 2,93
КАМАЗ 53208 4,63
МАЗ-500 4,09
Автобус ПАЗ-4230 3,09
Комбайн Енисей-950 Дон-1500 4,07 3,85
Трактор Беларус-82 Беларус-320 К-704 К-710 1,92 0,86 7,49 5,53
Магистральный тепловоз 2ТЭ70 ТЭП70БС 2ТЭ116 88,2 179.5 134.6
Судно РТ-722 РТ-771 6,93 8,14
Как видно из табл. 2, холода от газификации СПГ достаточно для кондиционирования большинства транспортных средств, а для тепловозов - с большим запасом. Исключение составляют автобусы, так как они имеют большие салоны при сравнительно малой мощности двигателей.
Для легковых автомобилей, ми-нивэнов и крупных внедорожников в первую очередь необходимо определить целесообразность применения в них СПГ, а затем рассматривать соотношение потребляемого топлива и размера салона.
В заключение следует отметить, что наиболее целесообразно использовать такие СКВ на транспортных средствах, которые большей частью эксплуатируются на магистральных режимах, - тепловозах, судах, автомобилях на междугородных перевозках, комбайнах, сельскохозяйственных тракторах.
Литература
1. Карагусов В.И., Мальцев П.С. Бортовой термоакустический кондиционер на природном газе // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 4. - С. 45-47.
2. Карагусов В.И. Магнитокало-рические двигатели внешнего сгорания на речных судах // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011.
- № 2. - С. 38-41.
3. Карагусов В.И., Ланьков Н.И., Маянков И.В. Магнитокало-рический кондиционер на природном газе для речных судов // Транспорт на альтернативном топливе.
- 2012. - № 2. - С. 44-46.
4. Карагусов В.И. Реконденса-ция паров СПГ на речном транспорте // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 1. - С. 11-12.
