XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение. В условиях постоянного роста автомобильного парка и ужесточения экологических нормативов особую значимость приобретает поиск энергоэффективных решений для климатического комфорта в салоне. Традиционные системы кондиционирования, работающие по компрессионному циклу, создают существенную нагрузку на двигатель внутреннего сгорания (ДВС), что ведёт к увеличению расхода топлива и выбросов. В этом контексте перспективной альтернативой выступают абсорбционные холодильные машины (АХМ), способные утилизировать «бросовое» тепло – например, от выхлопных газов или системы охлаждения ДВС – для генерации холода. Настоящее исследование посвящено устройству автомобильного абсорбционного кондиционера и поиску путей его модернизации как ключевого элемента повышения энергоэффективности транспортных средств.

Цель исследования и постановка задач. Целью данного исследования является изучение устройства автомобильного абсорбционного кондиционера и нахождение способов его модернизации.

Для данного исследования были поставлены и следующие задачи: изучить этапы абсорбционного цикла, а также принцип устройства АХМ, предложить способы модернизации некоторых её узлов.

Результаты исследования и их обсуждение. В современных автомобильных системах кондиционирования воздуха (СКВ) применяется парокомпрессионный цикл, включающий четыре ключевых компонента:

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Дросселирующее устройство.

4. Испаритель.

Компрессор, который приводится в движение посредством ременной передачи от двигателя внутреннего сгорания (ДВС), затрачивает механическую энергию на сжатие хладагента. Именно этот процесс становится главным фактором потерь мощности двигателя и роста расхода топлива.

В отличие от парокомпрессионного, абсорбционный цикл функционирует по иной схеме и состоит из следующих последовательных этапов:

1. Генерация (десорбция). Насыщенный раствор рабочей жидкости, содержащий абсорбент и хладагент, с помощью насоса подаётся в генератор. Под воздействием внешнего источника тепла (например, тепло от ДВС) хладагент выпаривается из раствора при повышенном давлении.

2. Конденсация. Нагретые пары хладагента поступают в конденсатор, где охлаждаются и переходят в жидкое состояние, отдавая тепло в окружающую среду.

3. Дросселирование. Жидкий хладагент через дросселирующее устройство, которое сбрасывает давление, идет в испаритель.

4. Испарение. В испарителе при пониженных значениях температуры и давления жидкий хладагент переходит в газообразное состояние, поглощая тепло из салона автомобиля (охлаждает воздух).

5. Абсорбция. Пары хладагента из испарителя направляются в абсорбер, где поглощаются жидким абсорбентом. Данный процесс сопровождается выделением тепла (носит экзотермический характер). Затем насыщенный раствор рабочей жидкости возвращается в генератор и цикл замыкается.

Как и любое сложное устройство, АХМ имеет свои преимущества и недостатки. Изучив различные источники литературы можно выделить основные положительные и отрицательные стороны абсорбционных конденсаторов.

Преимущества:

1. Минимальное потребление механической энергии (только на работу маломощных насосов).

2. Использование «бросового» тепла ДВС.

3. Низкий уровень шума (нет компрессора).

4. Относительная экологичность.

Недостатки:

1. Более низкий (по сравнению с компрессионным устройством) холодильный коэффициент (COP ≈ 0,5–0,8).

2. Большие габариты и масса.

3. Чувствительность к вибрациям и наклонам.

4. Сложность запуска при низких температурах.

Направления модернизации. Модернизация абсорбционных холодильных машин (АХМ) направлена на повышение их энергоэффективности, компактности, надёжности и адаптивности к различным условиям эксплуатации. Рассмотрим некоторые из них:

1. Оптимизация термодинамического цикла. У данного направления имеется возможность применения двухступенчатых схем для повышения COP, использования гибридных рабочих тел (например, добавки наночастиц для интенсификации теплообмена), а также внедрение рекуперативных теплообменников между слабым и крепким раствором.

2. Конструктивные улучшения. Главное преимущество – это виброустойчивый генератор, применяющий, например, пластинчатые или плёночные испарители. Кроме того, в генераторе пара можно использовать ректификационную колонну с демпфером для более качественного разделения рабочей смеси на исходные компоненты. Также можно использовать микроканальные теплообменники в абсорбере и конденсаторе для снижения массы и компактные насосы для регулирования производительности устройства.

3. Системы управления. В этом направлении возможно использование датчиков концентрации раствора для оптимизации работы генератора, а также адаптивные алгоритмы регулирования подачи тепла в зависимости от режима движения и интеграция с бортовой сетью для координации с ДВС и климатической системой.

4. Материалы и покрытия. Использование коррозионностойких сплавов для работы с агрессивными растворами, гидрофильных/гидрофобных покрытий для улучшения тепло- и массообмена.

Выводы и перспективы развития:

Перспективы внедрения АХМ на данный момент связаны с грузовым транспортом, гибридными и электрическими автомобилями. В последних может быть использовано тепло от батарей или инверторов. В будущем вполне возможно создание микроканальных генераторов и абсорберов с высокой плотностью теплообмена, которое может значительно уменьшить габариты системы, сделав ее пригодной для любых легковых автомобилей.

Проведённый сравнительный анализ устройств кондиционирования воздуха на транспорте и рассмотрение перспектив внедрения автомобильного абсорбционного кондиционера позволяют сказать, что данные системы хоть и принципиально отличаются от традиционных компрессорных, но каждая из них имеет достоинства и недостатки, которые можно решить путем модернизации их ключевых узлов.

Литература

1. Буланов Н.В., Авксентьева Е.И., Бондаренко В.Г. Перспективы развития техники кондиционирования воздуха на транспорте с двигателями внутреннего сгорания. Инновационный транспорт. 2020. № 4 (38). С. 67-71.

2. Буланов Н.В., Авксентьева Е.И., Бондаренко В.Г. Абсорбционный кондиционер автомобиля. Патент на изобретение RU 2758018 C1, 25.10.2021. Заявка № 2021108012 от 24.03.2021.

3. Буланов Н.В., Авксентьева Е.И., Бондаренко В.Г. Абсорбционный кондиционер автомобиля (варианты). Патент на изобретение RU 2787633 C1, 11.01.2023. Заявка № 2022124262 от 12.09.2022.

4. Гринкруг М.С., Ткачева Ю.И., Сандалов И.В. Использование абсорбционного холодильного цикла для кондиционирования воздуха в автомобилях. В сборнике: Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Редколлегия: С.И. Сухоруков (отв. ред.), А.С. Гудим, Н.Н. Любушкина. Комсомольск-на-Амуре, 2021. с. 269-272. DOI: 10.17084/978-5-7765-1468-5_2021_269.

5. Попов А.А., Леденева Г.А., Щербаков С.Ю. Сравнительная характеристика абсорбционной холодильной установки и паровой компрессионной холодильной машины. Наука и Образование. 2025. Т. 8. №