Рабочие вещества холодильных машин и установок

Хладагенты

Рабочие тела, которые применяют в холодильной технике, называют холодильными агентами или хладагентами (ХА). Это вещества или их смеси, имеющие при нормальном атмосферном давлении (@0,1 МПа) температуру кипения T _s=350–120 K (77 ¸ -153°C).

ХА с T _s=350-250 К (77 ¸ -23°C) обычно используют в теплонасосных или комбинированных установках.

ХА с T _s=273-120 К (0 ¸ -153°C) применяют в холодильных установках и установках кондиционирования воздуха.

Вещества с T _s<120 К называют криоагентами.

Наиболее известные хладагенты вода, воздух, аммиак, диоксид углерода, фреоны, пропан, этилен.

К хладагентам предъявляются следующие требования:

а) безвредность для здоровья человека;

б) достаточно низкая температура кипения T _s при нормальном атмосферном давлении;

в) невысокое давление конденсации Р _к при обычных температурах окружающей (охлаждающей) среды (вода, воздух);

г) малая разность давлений конденсации и кипения (Р _к- Р ₀);

д) низкая температура замерзания T _z;

е) высокая критическая температура Т _кр. Она должна быть выше температуры охлаждающей среды в конденсаторе;

ж) минимальные показатель адиабаты и удельный объем паров ХА;

з) как можно большими теплотой парообразования и удельной теплоемкостью.

Кроме того, ХА должны быть пожаро-взрывобезопасными, нейтральными к конструкционным материалам, хорошо растворять воду, иметь невысокую стоимость.

Все эти требования удовлетворить невозможно, т.е. не существует идеального хладагента. Поэтому при выборе ХА необходимо учитывать все их качества и факторы, характеризующие установку и условия ее работы.

Хладоносители (ХН)

Хладоносители – это вещества, с помощью которых теплота от охлаждаемых объектов передается хладагенту.

Основные требования, предъявляемые к ХН:

а) низкая температура замерзания. Она должна быть ниже температуры испарения ХА в испарителе на 5-8 градусов;

б) большая теплоемкость и теплопроводность;

в) малые вязкость и плотность;

г) химическая нейтральность к конструкционным материалам;

д) химическая стойкость и безвредность;

е) невысокая стоимость и доступность.

Практически нет таких ХН, которые бы полностью удовлетворяли указанным требованиям.

Самый доступный ХН – вода. Но так как температура замерзания высока (0 °C), то используется вода только в системах кондиционирования воздуха и технологических процессах при положительных температурах.

При отрицательных температурах широко используются водные растворы солей NaCl, CaCl₂ и MgCl₂ – рассолы. Теплофизические свойства рассолов, в том числе и температура замерзания, зависят от концентрации соли в растворе.

У всех рассолов существует так называемая криогидратная или эвтектическая концентрация, где раствор имеет самую низкую температуру замерзания. При дальнейшем увеличении концентрации соли температура замерзания раствора возрастает.

Наиболее широко распространен в качестве ХН раствор CaCl₂. Он же обладает наиболее высокой коррозионной активностью. Последнее время все чаще в качестве хладоносителей применяются водные растворы гликолей. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля, а также спиртов называют антифризами. У них более низкая температура замерзания, меньшая агрессивность к конструкционным материалам, но большая стоимость.