Холодильные агенты

1. Общие сведения

Холодильные агенты (хладагенты) — рабочие вещества холодильных машин, используемые для осуществления обратных термодинамических циклов. Для осуществления рабочего процесса в холодильной машине может быть использована любая жидкость, при испарении которой от охлаждаемой среды можно отвести необходимое количество тепла с понижением температуры до заданных пределов. Однако оттого, какой хладагент применен в холодильной установке, зависят конструкция ее машин и теплообменной аппаратуры, вес, габариты, расход энергии и другие эксплуатационные показатели.

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

Практически в качестве хладагентов применяются вещества, имеющие сравнительно низкую температуру кипения. 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.

2. Основные свойства холодильных агентов

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

2.1. 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 кипения по возможности таким, чтобы давление в испарителе превышало атмосферное. Это позволяет избежать вакуума в аппаратах и связанного с ним проникновения воздуха в систему, ухудшающего работу холодильной машины.

Помимо этого, холодильный агент должен иметь приемлемое давление и температуру конденсации (обычно до 2 МПа), что понижает требования к прочности конструктивных элементов холодильной машины, так как более высокое давление требует более громоздкой аппаратуры.

Холодильный агент должен иметь как можно большую удельную (массовую или объемную) холодопроизводительность – теплоту парообразования (q_v, кДж/кг, кДж/м³), что уменьшает размеры компрессора. Чем выше холодопроизводительность единицы объема хладагента, тем меньшие размеры имеют машины и аппаратура холодильной установки и тем меньше затраты энергии на циркуляцию хладагента. Чем больше теплота парообразования (холодопроизводительность) 1 кг хладагента, тем меньше хладагента должно циркулировать в системе.

Хладагент должен иметь низкую температуру замерзания, во избежание закупорки системы трубопроводов. Высокое положение критической точки позволяет проходить процессу конденсации при невысоких давлениях (температура конденсации всегда должна быть ниже критической температуры) и др.