Снижение расхода топлива холодильной системой изотермических грузовых автомобилей

АННОТАЦИЯ

Большинство скоропортящихся пищевых продуктов перевозятся на рефрижераторах. Это требует дополнительных затрат энергии из-за работы системы охлаждения. В Узбекистане более 300 солнечных дней и солнечная энергия используется для охлаждения изотермических бортов грузовых автомобилей. В этой статье были проанализированы технические и экономические свойства транспортных применений солнечной энергии. Некоторые результаты и дизайн предлагаемых дополнительных частей были даны.

ABSTRACT

Most perishable food products are transported with refrigerated trucks. It requires additional energy costs due to the running the refrigeration system. There are more than 300 sunny days in Uzbekistan and it is sufficient for using solar energy to refrigerate the isothermal trucks` load board. In this study, the technical and economical properties as well as feasibility of transport applications of solar energy were analyzed and discussed. Some results of theoretical calculations and the design of proposed additional parts were given.

Ключевые слова: солнечная энергия, солнечный панель, охлаждение, изотермические грузовики.

Keywords: solar energy, solar panel, refrigeration, isothermal trucks.

Введение.

Как известно, Узбекистан имеет высокий потенциал и отличное качество в производстве сельскохозяйственной продукции, поэтому доля сельскохозяйственных продуктов питания в годовом экспорте значительна. Поскольку большая часть экспортируемой сельскохозяйственной продукции является скоропортящейся, при транспортировке ее необходимо охлаждать. Это, в свою очередь, увеличит стоимость транспортировки и, в конечном итоге, повысит стоимость производства.

Целью исследования является снижение затрат на транспортировку скоропортящихся продуктов за счет реализации новой конструкции для рефрижератор-грузовиков с использованием солнечной энергии в системе охлаждения.

Обзор.

Как известно, поддержание низкой температуры в грузовиках-рефрижераторах может быть достигнуто с помощью компрессорного охлаждающего устройства, которое может приводить в действие двигатель автомобиля или автономный двигатель [2].

Холодильные агрегаты бывают двух типов: зависимые и независимые холодильные агрегаты. Независимые (автономные) холодильные установки приводятся в действие с помощью дополнительного двигателя или электродвигателем. Зависимые холодильные агрегаты приводятся в движение двигателем грузовика. Вот краткое сравнение обоих агрегатов:

Независимый холодильный агрегат

Плюсы независимой холодильной установки - стабильность и надежность, что особенно важно для рефрижераторов. Благодаря тому, что независимая холодильная установка имеет отдельный источник энергии, холодильник может продолжать работать, когда рефрижераторный автомобиль выключен или двигатель рефрижераторного транспортного средства выходит из строя, тем самым гарантируя, что товары в холодильном отделении не будут повреждены [5].

Минусы независимых холодильных агрегатов в том, что они дороги, а обслуживание более сложное, чем у зависимых холодильных агрегатов. Из-за того, что дополнительная система питания более сложна с точки зрения обслуживания, независимая холодильная установка более сложна, чем зависимая холодильная установка, а независимая холодильная установка является относительно более сложной технически и более дорогой [5].

Несамостоятельная холодильная установка

Плюсы зависимых холодильных агрегатов в том, что они недороги, просты по конструкции и просты в обслуживании [6].

Минусы зависимой холодильной установки в том, что она слишком сильно зависит от двигателя грузовика. Если двигатель грузовика останавливается, зависимая холодильная установка теряет поддерживающую мощность, и холодильная система также перестает охлаждаться. Внутренняя температура автомобиля увеличивается из-за большой потери холодного воздуха в кузове автомобиля, иначе говоря холодильник перестанет охлаждаться при выходе из строя автомобиля (отказ двигателя), и груз в автомобиле легко повредится [6].

В качестве объекта исследования была выбрана холодильная установка грузового автомобиля Isuzu NQR 71 PL, производимого в Узбекистане. Грузоподъемность автомобиля составляет 3000 кг, а температура борта от 0 ° C до -15 ° C [4]. При полной загрузке автомобиль расходует в среднем 13 кг дизельного топлива на 100 км без использования холодильной установки. При работе с холодильной установкой автомобиль расходует 15 кг дизельного топлива на 100 км [3].

Методология.

Новая конструкция была спроектирована для работы холодильной установки с электродвигателем, работающим от солнечных батарей, установленных на крыше борта грузовика. Согласно новому проекту, холодильная установка будет питаться от тонких эластичных солнечных панелей (PV), установленных на крыше (расчетная 10,3 м²), дополнительная запасная батарея будет накапливать энергию, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями, а холодильная установка будет приводиться в движение накопленной энергией, что будет способствовать снижению расхода топлива. Расчеты показывают, что для покрытия всей поверхности крыши грузовика необходимо 16 эластичных фотоэлектрических панелей мощностью 100 Вт и массой 1,35 кг с размером 1134x544x3 мм каждый. На основании расчетов был выбран аккумулятор емкостью 600 А/ч, литий-ионный 24 В и два размещенных в нижней части корпуса на борту (рис.1).

a)                                                       b)

Рисунок 1. Выбранный аккумулятор (а) и расположение (б)

Существующая холодильная установка автомобиля оснащена компрессором с приводом от двигателя. Таким образом, для работы с электричеством, хранящимся в аккумуляторе, требуется дополнительный электродвигатель. В зависимости от максимальной мощности, необходимой для компрессора, был выбран электромотор с характеристикой: 24В; 4000 Вт; 3000 об / мин. Электромотор связан с компрессором через ремень и электромагнитный шкив. В то же время компрессор должен приводиться в движение двигателем автомобиля, когда батарея разряжена. Для этого на имеющийся электромагнитный шкив компрессора устанавливается дополнительный шкив (простой), который через ремень соединяется с электромагнитным шкивом электромотора (рис. 2). Провода, соединяющие электромагнитный шкив, подключены к цепи, которая, когда аккумулятор не имеет достаточного количества энергии, отключит электромотор и электромагнитный шкив от источника. Электромагнитный шкив компрессора будет активирован, после чего он будет приводиться в движение автомобильным двигателем.

a)                                                                     b)

Рисунок 2. Шкив, дополнительно установленный на существующий электромагнитный шкив компрессора (а), электромагнитный шкив, установленный на электромоторе (б)

Выбранный электродвигатель монтируется рядом с корпусом двигателя с дополнительным конструктивным основанием (рис. 2 б).

Выводы и обсуждение.

Потребление энергии для охлаждения различных видов скоропортящихся продуктов дифференцировано следующим образом:

• охлаждение фруктов;
• охлаждение мяса и мясных продуктов;
• охлаждение молока и молочных продуктов;

а также рассчитано по 3000 кг каждого из них для снижения на 20ºC по формуле (1).

Q=CM(T₁-T₂)                                                                                 (1)

Q - количество энергии, необходимое для охлаждения (или нагрева), C - удельная теплоемкость, M - масса груза (3000 кг), T1 - начальная температура, T2 - температура после охлаждения (или нагрева)

В зависимости от расчетов, потребление энергии для охлаждения продуктов весом 3000 кг соответственно ниже:

• Фруктовый - 219600 кДж (61 кВт);
• Мясо и мясные продукты - 168000кДж (46,6 кВтч);
• Молоко и молочные продукты - 180000 кДж (50 кВтч);

С учетом оптимального удельного расхода топлива выбранного грузовика «Isuzu NQR 71 PL» 123,0 г / кВт · ч, дополнительный расход топлива на охлаждение при полной нагрузке будет соответственно ниже:

• Фрукты - 7503 г ≈ 7,5 кг;
• Мясо и мясные продукты - 5731 г ≈ 5,7 кг;
• Молоко и молочные продукты - 6150 г ≈ 6,1 кг;     

Наконец, в результате использования накопленной мощности 28,8 кВт в двух дополнительных батареях (2x600Ax24V = 28,8 кВт), общая экономия топлива составит 3,5 кг ≈ 4,11 л на полную зарядку аккумуляторов. Время зарядки аккумуляторов от фотоэлектрических панелей зависит от местоположения и дневной или ночной эксплуатации автомобиля.

Заключение.

Делается вывод, что согласно теоретическим расчетам данная система способна непрерывно работать автономно в течение 4 часов при полной зарядке аккумулятора или около 8-10 часов при работе в температурных режимах. Это, безусловно, положительно скажется на расходе топлива.

Список литературы:

1. Турсунов О. Солнечная система охлаждения для транспортных средств: магистерская диссертация. АндМИ, 2017.
2. Холиков Н. Применение современных гибридных компрессоров в изотермических грузовиках: Дис. АндМИ, 2018.
3. Б.Каримов. Проектирование системы охлаждения с электрическим приводом на солнечной энергии: диссертация на степень бакалавра. АндМИ, 2018.
4. SamAuto [Электронный ресурс]: https://samauto.uz/transport/item/7 (06.06.2020).
5. REEFERVAN [Электронный ресурс]: https://www.reefer-van.com/info/advantages-and-disadvantages-of-independent-re-38258012.html (06.07.2020).