Холодильные агенты

Холодильные агенты - рабочие вещества холодильных машин, используемые для осуществления обратных термодинамических циклов.

Название холодильных агентов происходит от английского refrigerant. Их обозначают по международному стандарту ISO №817-74 буквой R с добавлением индивидуального для каждого вещества цифрового обозначения.

В качестве хладагентов наиболее широко используются хладоны, полученные на основе метана и этана. Аммиак, пропан, изобутан и т. д. в отличие от производных этих холодильных агентов в холодильной технике менее распространены. Их применение ограничивают токсичность и горючесть. Они используются в герметичном оборудовании с небольшой дозой зарядки хладагента, а также в некоторых типах промышленных холодильников.

Широкое применение находят смеси хладонов, поэтому общее число известных хладагентов насчитывает несколько десятков наименований.

Основные свойства холодильных агентов

Холодильные агенты должны удовлетворять совокупности требований, определяющих их пригодность для использования в холодильных машинах. Различают термодинамические, физико-химические, физиологические свойства и экономические показатели.

Термодинамические свойства

Термодинамические свойства включают в себя возможность получения в испарителе холодильной машины низкой температуры кипения (а следовательно, и низкой температуры воздуха в охлаждаемом объеме) при давлении не ниже атмосферного. Помимо этого, холодильный агент должен иметь приемлемое давление конденсации (обычно до 2 МПа), что понижает требования к прочности конструктивных элементов холодильной машины.

Холодильный агент должен иметь высокую удельную объемную хо-лодопроизводительность ( кДж/м³), что уменьшает размеры компрессора, низкую температуру замерзания, высокое положение критической точки и др.

Физико-химические свойства

Физико-химические свойства включают в себя следующие основные параметры: плотность и вязкость холодильного агента должны быть небольшими, что обеспечивает минимум энергетических затрат на перемещение холодильного агента по трубопроводам холодильной машины.

Коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи должны быть по возможности высоки, что улучшает теплообмен в теплообменных аппаратах.

Масло в холодильном агенте

В холодильных установках используют масла нефтяного происхождения - минеральные (М) и синтетические (С). В качестве синтетических масел используют жидкости различных классов. К ним относят кремнийорганические, фторорганические, полиэфиры, полигликоли и другие жидкости. Используют также загущенные минеральные масла (МЗ), смеси минеральных масел с синтетическими (МС) и масла, синтезированные из углеводородов (СУ).

К компрессорным маслам для холодильных машин предъявляют специфические требования, обусловленные непрерывным контактом смазывающего материала с хладагентом, а также постоянным изменением температуры и давления среды. Для компрессоров холодильных машин рекомендуют применять синтетические и минеральные масла с достаточно низкой температурой застывания и высокой химической стабильностью.

Важнейшими эксплуатационными характеристиками холодильных масел являются их способность к взаимному растворению с хладонами, а также температура, при которой из раствора выпадают хлопья парафина. При эксплуатации необходимо также учитывать возможную агрессивность смесей хладагента с маслом по отношению к металлам и другим материалам, применяемым в холодильных машинах.

В отечественном холодильном оборудовании наиболее употребительными маслами являются: ХА-30, ХФ12-16 и ХФ22-24, ХС-40.

Масло ХА-30 предназначено для компрессоров, работающих на аммиаке и углекислоте.

Масла ХФ12-16, ХФ22с-16 и ХФ22-24 предназначены для компрессоров, работающих на хладоне.

Масло ХС-40 предназначено для компрессоров холодильных машин всех типов, работающих в диапазоне температур -50...+150 °С.

Для низкотемпературных холодильных машин применяют масла отечественного производства ХФ22-24, ХСН40, ПФГОС-4.

Для смазки винтовых компрессоров применяют масла ХМ35, ХС40, ПТМС-5, для центробежных компрессоров - турбинные КП8, 30, 40 и холодильные ХАЗО, ХМ35, ХМ50, ХС40.

Вращающиеся части компрессора холодильной машины нуждаются в смазке. Поэтому наличие масла в холодильной машине является неизбежным условием ее нормальной эксплуатации.

Пар холодильного агента, выходящий из компрессора, всегда содержит масло. Масло увлекается парами холодильного агента в капельной форме и в виде пара. При движении холодильного агента с маслом оно достигает вначале конденсатора, а затем и испарителя. Влияние, которое масло оказывает на работу теплообменных аппаратов, зависит от взаимной растворимости холодильного агента и масла. Так, жидкий аммиак в малой степени растворяется в минеральных маслах, а его плотность ( = 650 кг/м³) меньше плотности смазочных масел ( = 900 кг/м³). По этой причине в аппаратах аммиачных холодильных машин масло располагается в самой нижней зоне аппарата.

В хладоновых теплообменных аппаратах при условии ограниченной растворимости масла слой масла ( = 900 кг/м³) располагается над слоем хладона ( = 1200-1400 кг/м³).

Наличие масла в конденсаторе приводит к повышению температуры конденсации, а в испарителе - к понижению температуры кипения. Масло образует на внутренней поверхности теплообменного аппарата пленку, которая создает дополнительное термическое сопротивление теплообмену.

Возврат масла из испарителя в компрессор в хладоновых холодильных машинах является специфической частью выполнения монтажной схемы.

Проще всего этого достигают подачей холодильного агента в верхнюю часть испарителя. При этом испаритель располагают выше компрессора. Уклон трубопроводов в сторону компрессора должен составлять порядка 1-2%. Если компрессор расположен выше испарителя, возврат масла обеспечивается посредством маслоподъемной петли (рис.3).

Рис. 3 Возврат масла в картер компрессора при расположении компрессора выше испарителя 1-компрессор, 2-конденсатор, 3 -испаритель,4-ТРВ, 5-маслоподъемная петля

Масло в петле накапливается и при достаточном его количестве за счет разности давлений в испарителе и компрессоре поднимается, достигая компрессора.Высота подъема масла должна составлять не более 3 м.Количество масло в холодильной машине обычно составляет порядка 5% от количества циркулирующего в час хладона, в малых герметичных холодильных машинах - 1,5%.