1.2. Классификация трансформаторов теплоты.

Трансформаторы теплоты можно подразделить на несколько основных типов.

1. Парокомпрессионные.

2. Воздушные (газовые).

3. Абсорбционные.

4. Пароэжекторные.

5. Термоэлектрические (использующие эффект Пельтье)

Наиболее широкое применение в промышленности нашли холодильные машины и тепловые насосы первых трёх типов, которые можно классифицировать по различным параметрам.

По холодо- или теплопроизводительности:

• Малые машины – до 15 кВт;

• Средние машины 15-120 кВт;

• Крупные машины свыше 120 кВт.

По температурному режиму:

Температура холодного источника:

• ниже –30 ^оС – низкотемпературные;

• -30  -10 ^оС – среднетемпературные;

• -10  0 ^оС – высокотемпературные;

• выше 0 ^оС – теплонасосные.

По термодинамическому циклу:

• одноступенчатые;

• двух - или многоступенчатые;

• каскадные.

По рабочему телу:

Для парокомпрессионных машин:

• аммиачные;

• фреоновые;

• на диоксиде углерода;

• газовые (пропановые; этановые; воздушные).

Для абсорбционных машин:

• водоаммиачные;

• бромистолитиевые.

По типу компрессора:

• поршневые;

• центробежные;

• винтовые;

• ротационные;

• турбокомпрессорные.

1.3. Рабочие тела трансформаторов теплоты.

Идеальный холодильный агент должен иметь следующие основные свойства:

• химическую стабильность;

• химическую инертность к материалам и маслам;

• невоспламеняемость;

• нетоксичность;

• доступность;

• низкую стоимость;

• относительно низкие давления кипения и конденсации при рабочих температурах;

• низкую температуру замерзания и высокую критическую температуру.

слой, чем СО₂ и NH₃. А их влияние на парниковый эффект, вызывающий глобальное потепление (GWP) атмосферы Земли, превышает влияние СО₂ в несколько тысяч раз. И только благодаря тому, что их выбросы в атмосферу невелики, основное влияние оказывают огромные выбросы углекислого газа при сжигании органического топлива в энергетических и транспортных установках.

Тем не менее, порядок выше. Она также примерно в 5 раз выше, чем у аммиака и пропана и почти в 8 раз выше, чем у R-12. Повышенные давления газа в испарителе и теплообменнике-нагревателе трансформаторов теплоты и малая степень повышения давления при сжатии, обеспечивают высокие коэффициенты теплоотдачи и компактную конструкцию компрессора и теплообменных аппаратов, что в целом способствует снижению стоимости установки. Параметры тройной точки: t = -56,4 ^оС; Р = 5,19, бар_.

Целесообразность использования диоксида углерода в качестве рабочего тела термодинамического цикла трансформаторов теплоты средней и большой мощности впервые была обоснована работами Московского государственного открытого университета (МГОУ) в 1990-1992гг. Эти результаты затем были подтверждены разработками отечественных (55555555555 российской науки в этой области техники. В итоге, диоксид углерода был включен в перечень рекомендуемых для теплонасосной и холодильной техники рабочих тел.

Ниже (в таблице 1.1) приведены обозначения, формулы и некоторые параметры (температура нормального кипения – t_HK, критическое давление – Р_КР, и критическая температура  t_КР) наиболее часто применяемых рабочих тел парокомпрессионных трансформаторов теплоты.

Таблица 1.1

Свойства некоторых рабочих тел для трансформаторов теплоты

Раб. тело	Обозн.	Формула	tНК, оС	РКР, бар	tКР, оС	ODP	GWP
Аммиак	R717	N H3	-33,35	114,0	132,4	0	1
Фреоны:	R502	R22/ R115	-45,6	40,1	82,2	0.33	4300
	R22	CHF2Cl	-40,8	49,9	96,1	0,05	1500
	R134а	CF3CFH2	26.5	40.7	101.5	0	1300
	R12	CF2Cl2	-29,7	41,2	112,0	0,8	8100
	R142b	CF2ClCH3	-9,2	41,4	136,4	0.1	8500
	R114	CF2ClCF2Cl	3,6	33,3	145,7	0.8	9500
	R11	CCL3F	23,4	44,0	198,0	1,0	4600
	R141b	CFCl2CH3	32,0	42,5	204,1	0,1	630
	R113	CFCl2CF2Cl	46.8	33.9	214,0	0.8	5000
	R112	CFCl2CFCl2	92,3	33,3	278,0	не определены
СО2	R744	СО2	-56,4	73,8	31,05	0	1

Из таблицы видно, что фреоны R502; R22 и R134а имеют относительно низкую критическую температуру и в докритическом обратном цикле Ренкина не смогут обеспечить нагрев воды до заданной температуры. По термодинамическим параметрам наиболее подходящими в качестве рабочих тел для ТНУ, обеспечивающих обратный цикл Ренкина и нагревание воды до температур 80-90 ^оС, являются фреоны: R12, R142b; R114; R11; R141b; R113; R112 и аммиак. Однако, аммиак высокотоксичен, R142b является горючим веществом и имеет высокий потенциал глобального потепления GWP = 8500, а фреоны R12; R113; R114 имеет высокие озоноразрушающие потенциалы ODP = 0,8 и потенциалы глобального потепления  GWP от 5000 до 9500. Для фреона R112 эти потенциалы не удалось найти, но можно предполагать, что они будут выше, чем для R113, т.к. его молекула содержит больше атомов хлора. Кроме того, этот хладоагент имеет очень высокую температуру нормального кипения (92,3 ^оС), что будет определять низкое давление в испарителе и, следовательно, более низкую удельную холодопроизводительность и большой объемный расход пара на входе в компрессор. По термодинамическим свойствам рабочим телом для ТНУ мог бы быть фреон R11, имеющий более низкий потенциал глобального потепления GWP = 4600, но вследствие более высокого озоноразрушающего потенциала (ODP = 1) этот хладоагент не может быть использован. Поэтому в качестве наиболее подходящего рабочего тела для рассматриваемых ТНУ может быть выбран фреон R141b  дихлорфторэтан, имеющий ODP = 0,1 и GWP = 630, физические и химические свойства которого близки к свойствам R11, R113, что, по мнению специалистов компании ООО «Интерхолод», позволяет использовать его в оборудовании, где ранее применялись R11 и R113.

Общая формула для получения обозначений фреонов: R l,m,n

где l = N_c – 1; N_c – число атомов углерода в формуле

m= N_H + 1; N_Н – число атомов водорода в формуле

n = N_F; N_F – число атомов фтора в формуле

Таблицы теплофизических и термодинамических свойств рабочих тел трансформаторов теплоты можно найти в литературе [2, 3, 4]

В абсорбционных холодильных машинах применяется бинарные смеси, компоненты которых имеют различные температуры кипения при одинаковом давлении. Холодильный агент должен иметь низкую температуру кипения, абсорбент (поглотитель) - более высокую.

Наибольшее распространение получили водоаммиачные растворы, в которых аммиак является холодильным агентом, а вода – абсорбентом, а также бромистолитиевые растворы, в которых рабочим телом является вода, а абсорбентом - водный раствор соли бромистого лития.