Робочі тіла холодильних машин і їх застосування

Під робочим тілом, або холодильним агентом, розуміють фізичне тіло, за допомогою якого здійснюється окремий термодинамічний процес або цикл. Від характеристик робочого тіла залежить конструкція холодильної машини і витрата енергії, тому при виборі враховують його термодинамічні, теплофізичні, фізико-хімічні та фізіологічні властивості. В даний час найбільш поширеними робочими тілами є аміак, фреон, вода і повітря.

Фреони - вуглеводні, в яких водень повністю або частково замінений галогенами, найчастіше фтором та хлором. З'єднання без атомів водню записуються для похідних метану цифрою 1 (після спільного позначення "фреон" або ф), до якої додають цифру, яка вказує число атомів фтору, наприклад фреон-12 для CF2Cl2 і фреон-13 для CF3Cl. Для похідних етану, пропану і бутану перед цифрою, яка позначає кількість атомів фтору, ставлять відповідно цифри 11, 21, 31, наприклад фреон-113 для C2F3Cl3. При наявності атомів водню у деривіатів метану до першої цифри, а для етану, пропану і бутану відповідно до другої цифри додають число, рівне числу водневих атомів: фреон-21 для CHFCl2, і фреон-22 для CHF2Cl, фреон-351 для C4H4FC5. При заміні атомів хлору атомами брому (CF3Br) застосовують позначення фреон-13В1. Існують і інші класифікації фреонів за хімічним складом.

При зовнішніх джерелах зі змінними температурами для зменшення втрат в процесах теплообміну бажано мати робочі тіла зі змінними температурами кипіння та конденсації. Такими властивостями володіють неазеотропні робочі тіла, які є сумішшю двох або декількох речовин з різною залежністю тиску насичення від температури, наприклад суміш фреону-11 і фреону-12.

Здійснення циклу теплового насосу в області температур вище навколишнього середовища викликає підвищення тиску в системі. Тому робочі тіла для теплових насосів вибирають таким чином, щоб при високих температурах конденсації забезпечувалося помірний тиск конденсації. Крім того, робоче тіло повинно володіти високим значенням об'ємної холодопродуктивності, а різниця тисків конденсації і кипіння не повинна перевищувати допустимих меж.

Робоче тіло не повинно бути вибухонебезпечним і токсичним, особливо там, де теплові насоси застосовуються для опалення громадських будівель.

У теплових насосах з поршневими компресорами застосовують фреон-12 і бромовані фреон Ф-12В1, який фізіологічно нешкідливий і не вибухонебезпечний. У турбокомпресорних теплових насосах великої теплопродуктивності застосовують фреони-11, 12 і 113. Поряд з чистими робочими тілами застосовують також і суміші робочих тіл, як наприклад фреони-142 і 142, 11і 12 і ін.

Аміак, фреон-12 і фреон-22 використовуються в компресійних холодильних машинах для отримання температур кипіння до (- 30; - 40) ° С. В даний час перевага віддається фреону-22, що володіє більш високою об'ємною холодопродуктивністю в порівнянні з фреоном-12.

Фреон-12 застосовують при високих температурах конденсації, так як при одній і тій же температурі конденсації тиск конденсації в нього нижчий, ніж у фреону-22.

Фреон-13 застосовують для одержання температур кипіння до (- 80; - 100) ° С. При цьому для зменшення втрат при дроселюванні тиск конденсації знижують за рахунок іншої холодильної машини, що працює на робочому тілі середнього тиску.

Фреон-11 через його малу об'ємну холодопродуктивність застосовують у турбокомпресора малої потужності.

Неазеотропні суміші, в яких відбувається інтенсивне поглинання (адсорбція) пари одного компонента рідкою фазою іншого компонента - абсорбенту, застосовують у абсорбційних холодильних машинах. Інші неазеотропні суміші, наприклад суміш фреону-11 і фреону-12, використовують в компресійних холодильних машинах. У цих машинах застосовують також азеотропні суміші 500 (73,8% за вагою фреону-12 і 26,2% фреону-152А), 502 (48,8% фреону-22 і 51,2% фреону-115), 501 (75 % фреону-22 і 25% фреону-12) та А1 (60% фреону-124 і 40% фреону-С318).

Вода як робоче тіло використовується в пароежекторних холодильних машинах, де можна стиснути великі обсяги пари. Повітря є робочим тілом в газових холодильних машинах.