Требования, предъявляемые к холодильным агентам

Рабочие вещества холодильных машин

Под рабочим телом (холодильным агентом, либо просто хладоном) понимают вещество, с помощью которого в холодильной машине осуществляется цикл. От свойств холодильного агента зависят конструкция холодильной машины, расход энергии, ее эксплуатационные характеристики. Поэтому выбор холодильного агента является весьма ответственным моментом при создании холодильной машины. В отличие от большой энергетики, где доминирующее положение занимает водяной пар, в холодильной технике используется множество рабочих тел.

К холодильным агентам предъявляется большое количество различных требований, которые удобно классифицировать, как требования к термодинамическим, физико-химическим, экологическим и экономическим свойствам.

Термодинамические свойства холодильного агента характеризуются нормальной температурой кипения t_s, критической температурой t_кр, критическим давлением Р_кр, молекулярной массой и др.

Желательно, чтобы нормальная температура кипения холодильного агента была как можно ниже, а критическая – выше.

Большое значение имеют значения давлений, которые при номинальном режиме работы холодильной машины устанавливаются в испарителе (Р ₀) и конденсаторе (Р_к). Хорошо, когда давление в испарителе несколько выше атмосферного давления. С одной стороны, низкое давление не требует большой толщины стенок труб и корпуса испарителя, а с другой – в аппарате поддерживается избыточное давление, что позволяет избежать подсосов воздуха. Давление Р_к не должно быть слишком большим, т.к. в противном случае приходится конденсатор выполнять из труб повышенной прочности, что приводит к большей металлоемкости аппарата. В конденсаторах фреоновых машин давление Р_к обычно лежит в пределах 0,7...1,2 МПа, а у аммиачных – 1,3...1,8 МПа.

Важно, чтобы разность Р_к – Р ₀ была не очень большой, т.к. она предопределяет, например, механическую прочность деталей компрессора, а, следовательно его металлоемкость.

Соотношение давлений Р_к / Р ₀ (степень сжатия в компрессоре) прямо пропорционально работе сжатия в компрессоре, при этом, с ростом степени сжатия падают и значения важных эксплуатационных характеристик компрессора.

К теплофизическим свойствам холодильных агентов относят динамическую вязкость (m), теплопроводность (l), плотность (r), удельную теплоту парообразования (r) и др. Все они влияют на интенсивность теплообмена при кипении и конденсации холодильных агентов. Большим значениям l, r, r и малой вязкости m соответствуют и большие значения коэффициента теплоотдачи. Вязкость и плотность холодильного агента определяют значения гидравлического сопротивления в трубопроводах холодильной машины.

К физико-химическим свойствам относят растворимость холодильного агента в смазочных маслах и воде, отношение его к основным конструкционным материалам, взрывоопасность, воспламеняемость и др.

По характеру взаимодействия с маслом все холодильные агенты можно разделить на две группы. К первой группе относят агенты с ограниченной растворимостью в смазочном масле, ко второй – с неограниченной растворимостью. Большинство фреонов хорошо растворяются в маслах, поэтому в циркуляционном контуре таких машин циркулирует масло-фреоновая смесь, что ухудшает теплообмен в аппаратах холодильных машин. Аммиак, напротив, практически не растворяет масла, поэтому в схемы аммиачных холодильных машин включают маслоотделитель, который легко отделяет примеси смазочного масла от холодильного агента. Плохо растворяют масла также хладоны R13, R14, R22 и R134а.

Растворимость воды в холодильных агентах имеет важное значение для нормальной работы холодильной машины. Аммиак, например, неограниченно растворяет воду. Присутствие в нем небольшого количества воды заметно не нарушает работу холодильной машины Большинство фреонов, наоборот, плохо растворяют воду (R12 способен растворить только 0,006 % воды по отношению к собственной массе). Избыточная влага при циркуляции в элементах холодильной машине, попадая в зону низких температур, превращается в лед и может временно вывести машину из строя. Поэтому в фреоновых холодильных машинах предусматривают специальные осушительные устройства, которые улавливают примеси воды, имеющиеся в холодильном агенте.

Взаимодействие холодильных агентов с металлами также различно. Аммиак, например, инертен по отношению к сталям и чугунам, но в присутствии влаги вызывает коррозию некоторых цветных металлов. Фреоны инертны ко всем металлам, за исключением сплавов, содержащих более 2 % магния. Однако они очень текучи и их трудно удержать в стальных конструкциях. Поэтому аппараты фреоновых холодильных машин выполняют из труб на медной основе. Аппараты аммиачных холодильных машин выполняют из стальных труб.

Важно, чтобы холодильные агенты были невзрывоопасными и не образовывали в смеси с воздухом горючих составов, так как от этих свойств во многом зависит пожаробезопасность предприятия. Жестко регламентируются токсичность холодильных агентов и их воздействие на озоновый слой Земли и процессы глобального потепления. Желательно, чтобы холодильный агент не был ядовитым, не способствовал глобальному потеплению и не разрушал слой озона в верхней части атмосферы. Большинство хладонов не являются ядовитыми по отношению к человеку, однако, те из них, в которых содержится хлор и бром, оказались активными разрушителями озонового слоя (например, R11, R12, R113). Поэтому в настоящее время практически завершена долгосрочная программа замены этих хладонов на экологически более чистые. Аммиак, наоборот, озонобезопасный холодильный агент, однако чрезвычайно ядовит (воздействует на верхние дыхательные пути человека, поражает глаза). Допустимая концентрация его в воздухе исчезающе мала – не более 0,02 г/м³.

Подводя итоги разговору о требованиях, предъявляемых к холодильным агентам, нельзя не отметить и экономическую сторону проблемы: желательно, чтобы они имели невысокую цену и выпускались промышленностью в больших количествах.

Дата добавления: 2014-01-04