Применение хладагентов

Таблица 4

Таблица 2

Хладагент	Термодинамические свойства
	tн.к, °С	tз, °С	tкр, °С	Ркр, МПа	r, кДж/кг
Хладагенты высокого давления
(низкотемпературные)
R744	-78,5*	-56,6	31,2	7,38	573**
RI3	-81,6	-180,0	28,8	3,85
RI4	-128,0	-184,0	-45,6	3,74
Хладагенты среднего давления
(срсднетемператирные)
R7I7	-33,3	-77,7	132,4	11,3
RI2	-29,7	- 155,9	112,0	4,11
R22	-40,8	- 160,0	96,1	4,94
RII5	-38,9	- 106.0	79,1	3,19
RI43	-47,6	-111.3	73,1	4,11
R502	-45,6	-	82,2	4,01
Хладагенты низкого давления
(высокотемпературные)
RII	23,6	- 111,0 198,0	4,37
R2I	8,7	- 135,0 178,5	5,17
RI42	-9,2	- 138,0 136,4	4,14
R7I8	100.0	0,0 374,2	22,11
* н ** — соответственно температура и теплота сублимации при атмосферном давлении

Нормальная температура кипения t_н.к является пределом, ниже которого в системе холодильной машины будет вакуум, что может привести к «подсосу» окружающего воздуха и нарушить ее нормальную работу.

Температура замерзания t_з— это тот предел, который ограничивает возможность использования данного хладагента.

Критические температура t_кр и давление р_кр указывают верхний предел области, в которой хладагент может быть в жидком состоянии. Выше критических параметров хладагент находится в газообразном состоянии, когда невозможны процессы кипения и конденсации.

Удельная (скрытая) теплота парообразования r приведена при атмосферном давлении. С повышением давления и температуры кипения значение rуменьшается и становится равным 0 при критических параметрах.

Чем больше значение r, тем меньшую массу жидкого хладагента необходимо превратить в пар, чтобы забрать от охлаждаемого вещества заданную теплоту. Следовательно, в системе холодильной машины может циркулировать меньшее количество хладагента.

Из хладагентов среднего давления наибольшей удельной теплотой парообразования rобладает аммиак. Это — одно из основных его термодинамических достоинств. Еще большее значение rуводы, однако, она может служить хладагентом лишь при температурах выше 0 °С. При этом давление кипения должно быть меньше атмосферного (вакуум), если температура кипения ниже 100°С. Поэтому воду используют как хладагент лишь в теплоиспользующих холодильных машинах, работающих в системах кондиционирования воздуха (см. тему 2).

Превращение жидкости в пар (процесс кипения) при постоянном давлении сопровождается поглощением теплоты, при этом температура кипения не изменяется. Жидкость в состоянии, когда начинается процесс кипения, называют насыщенной жидкостью. Ее показатели в этом состоянии обозначают одним штрихом, например: r' — плотность насыщенной жидкости, кг/м³; обратная ей величина u ' — удельный объем насыщенной жидкости, м³/кг.

Превращение пара в жидкость (процесс конденсации) сопровождается отводом теплоты и у чистых веществ происходит при постоянной температуре конденсации. Пар в состоянии, когда начинается процесс конденсации, называют насыщенным паром. Его показатели в этом состоянии обозначают двумя штрихами, например: r" — плотность насыщенного пара. кг/м³.

Количество теплоты, которое нужно отвести (при постоянных температуре конденсации t _k и давлении конденсации р _к)для превращения единицы массы пара в жидкость, называют удельной (скрытой) теплотой конденсации. Ее, как и удельную теплоту парообразования, обозначают r, кДж/кг.

Температуру, при которой значения удельной теплоты парообразования и удельной теплоты конденсации равны, называют температурой насыщения.

Теплофизические свойства ряда хладагентов при температуре кипения t₀=-20 °С и соответствующем этой температуре давлении p₀ приведены в табл. 3 [4].

Таблица 3

Хладагент	Теплофизические свойства
р0, МПа	, кг/м^3	, Вт/(м×К)	, Па×с	r, кДж/кг	, кг/м^3	, Вт/(м×К)	, Па×с
R717	0,19		0,538	21,6		1,605	2,03	0,854
R12	0,15		0,083	31,6	161,6	9,17	0,764	1,164
R13	1,14		0,060	12,9	110,5	72,06	1,12	1,40
R22	0,24		0,102	30,2	219,5	10,82	0,84	1,12
R502	0,29		0,081	28,44	155,6	17,05	0,89	1,11

Плотность r аммиака намного меньше, чем плотность фреонов. Пары аммиака легче воздуха, а пары фреонов — тяжелее. Это учитывают при устройстве вентиляции в машинных залах, где установлены соответствующие холодильные машины.

Чем меньше плотность хладагента, тем меньше затраты мощности на его циркуляцию в трубопроводах и преодоление сопротивления в клапанах компрессора. Значительно большие коэффициент теплопроводности l и удельная теплота парообразования rу аммиака, чем у фреонов, обеспечивают лучшую теплоотдачу при его кипении и конденсации в теплообменных аппаратах.

Меньшая динамическая вязкость паров m" у аммиака способствует меньшим затратам работы в клапанах аммиачных компрессоров, чем в клапанах фреоновых компрессоров.

Все это свидетельствует о высокой значимости как термодинамических, так и теплофизических свойств хладагентов для работы холодильных машин.

К основным физико-химическим свойствам хладагентов относят растворимость в них масел, взаимодействие с водой, воздействие на конструкционные материалы

Аммиак весьма незначительно растворяет масло. Это позволяет отделять масло от аммиака и выводить его из системы холодильной машины

Вода неограниченно растворяется в аммиаке.

Аммиак в присутствии воды и кислорода разрушает цветные металлы.

Большая растворимость масел во фреонах (Rll, R12, R502) приводит к интенсивному пенообразованию в испарителях, лучшим условиям смазки трущихся поверхностей в компрессорах, но вместе с тем — к повышению вязкости хладагентов и ухудшению теплоотдачи н аппаратах.

Из-за нерастворимости воды во фреонах особо строгие требования предъявляются к осушке системы фреоновой машины перед зарядкой хладагентом. Свободная вода может замерзнуть в дроссельном органе и вывести из строя машину.

Особо тщательной осушке подлежат системы фреоновых холодильных машин с герметичными компрессорами, имеющими встроенные электродвигатели, поскольку присутствие воды может привести к сгоранию обмотки статора встроенного электродвигателя.

Фреоны инертны к металлам.

Исключительно большое значение для безопасной эксплуатации холодильных машин имеют токсичность и взрывоопасность хладагентов.

Токсичность оценивают коэффициентом токсической опасности К_то=r₂₀/ПДК,

где —плотность паров хладагента при 20 °С;

ПДК—предельно допустимая концентрация хладагента в воздухе, мг/м³. Значения ПДК и К_тодля ряда хладагентов приведены в табл. 4.

Хладагент	ПДК. мг/м^3	Кто×10^-3
R11
RI2
R22
R142
R502
R7I7

Наибольшую токсическую опасность представляет аммиак. Он имеет резкий неприятный запах, сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. При его содержании в воздухе более 0,5 % (по объему) происходит отравление. Поэтому на предприятиях с аммиачными холодильными установками действуют очень строгие правила техники безопасности.

Кроме того, аммиак взрывоопасен при концентрации 16...28 %.

Фреоны взрывобезопасны, но при открытом пламени разлагаются, образуя отравляющее вещество — фосген. Поэтому в машинных залах фреоновых холодильных установок запрещается курить.

В 1986 г. в Монреале был подписан Международный протокол об ограничении производства и контроле за использованием экологически опасных фреонов, которые разрушают озоновый слой атмосферы. К наиболее озоноактивной группе относят Rll, R12, R113, R1I4 и RI15 [2].

R22 имеет существенно более низкую активность. Поэтому в ближайшие годы намечается [1] перевод холодильных машин на R22 (вместо R12). Разрабатывается также ряд альтернативных хладагентов: R123, R134a, R152 и др.

Выбор хладагента для конкретной холодильной машины — одна из важнейших инженерных задач. При этом учитывают назначение машины, ее холодопроизводительность, условия эксплуатации, стоимость хладагента и разнообразие его свойств.

В современной отечественной и зарубежной практике наибольшее применение в стационарных холодильных машинах большой холо-допроизводительности для получения температур от 0 до —40 °С нашел аммиак. Это связано с его хорошими термодинамическими свойствами и низкой стоимостью.

В холодильных машинах малой холодопроизводителыюсти, в бытовых холодильниках, а также транспортных установках используют фреоны. При температурах кипения от —10 до —25°С предпочтение пока отдают R12 из-за его более низкой стоимости и доступности по сравнению с R22, а также более низкой температуры конца сжатия в компрессоре.

R22 применяют главным образом в низкотемпературных машинах при температурах кипения ниже -25 °С.

Наиболее предпочтительным для низкотемпературных одноступенчатых машин малой и средней холодопроизводительности является R502. К сожалению, отечественная химическая промышленность не выпускает его в нужном объеме.

Применение фреонов в машинах большой холодопроизводительности сдерживается из-за их текучести (способности проникать через мельчайшие неплотности) и высокой стоимости.

Дата добавления: 2013-12-11