Теплофизические, физико-химические и физиологические свойства хладагентов

К свойствам относятся вязкость , теплопроводность , плотность  и др. Они влияют на коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации хладагента, и теплота парообразования r. Вязкость и плотность влияют на гидравлическое сопротивление при циркуляции хладагента по системе. С ростом их значений гидравлическое сопротивление вырастает. Количество циркулирующего хладагента зависит от теплоты парообразования и уменьшается с ее увеличением.

К физико–химическим свойствам относятся растворимость в смазочных маслах и воде, инертность к металлам, взрывоопасность и воспламеняемость.

По характеру взаимодействия с маслом все хладагенты разделяются на три группы:

К первой группе относятся хладагенты с огранической растворимостью в масле, ко второй – с неогранической растворимостью, третья – промежуточная группа. Эта классификация условна, т. к. при понижении температуры растворимость поменяется.

К первой группе относится: аммиак R717, углекислоту R44, близко подходят хладоны R13, R14, R115, хладоны R22 и R114 имеют пределы растворимости и составляют промежуточную группу. Остальные хладоны в том числе R11, R12, R21, R40 относятся ко второй группе.

Для кипения смесей необходимо поддерживать более низкое давление т. е. затрачивать излишнюю работу на сжатие пара. Кроме того, смесь имеет большую вязкость, что снижает коэффициент теплоотдачи.

Растворимость в воде имеет большое значение – аммиак растворяется в воде полностью и не снижает работу компрессора. Хладоны практически не растворяются в воде и при ее присутствии при дросселировании замораживаются отверстия и работа нарушается.

Некоторые хладоны образуют с водой кислоту, что вызывает коррозию.

Хладоны должны иметь диэлектрические свойства т. к. соприкасаются с открытыми обмотками эл. двигателей в закрытых безсальниковых компрессорах. R11, R12, R13, R22 – невзрывоопасны. По физиологическим свойствам не должны быть ядовиты. Аммиак вызывает раздражение глаз и верхних дыхательных путей (допустимая концентрация 0.02 г/м³). Хладоны безвредны, но при взаимодействии с открытым пламенем образуют ядовитый для человека газ фосген.

Области применения хладагентов.

В компрессионных установках холодильных машин для получения температур кипения –30, –40 С без вакуума в системе охлаждения применяются хладагенты: аммиак R717, хладоны R12 и R22. R12 применяется в одноступенчатых холодильных машинах, в домашних холодильниках, кондиционерах, водоохлаждающих машинах. Для тропических условий R12 можно использовать в верхней ступени каскадных холодильных машин, в нижней ступени могут использоваться R22, R502, R12В1. Они не могут использоваться в центробежных холодильных машинах.

R22 применяется в поршневых и винтовых компрессорах, одно – и двухступенчатого сжатия и в бытовых холодильниках. Для этих машин могут применятся азеотропные смеси хладагентов у которых в процессе кипения и конденсации не меняется процентный состав смеси и ведут они себя как однокомпонентный хладагент. Их обозначают R501, 502, 503 и т. д. Они применяются, главным образом, в низкотемпературных одноступенчатых машинах при температурах конденсации до 50 С и кипения –45 С. Использование в бессальниковых и герметичных компрессорах. R502 повышает холодопроизводительность, снижает расход эл. энергии. В промышленных установках он используется реже из – за высокой стоимости.

Неазеотропные смеси хладагентов характеризуются различием равновесных концентраций компонентов в жидкой и газовой фазе. Кипение и конденсация происходит при переменных температурах. Эти смеси используют для увеличения холодопроизводительности, снижения температуры сжатия паров, и охлаждения обмоток встроенных эл. двигателей, улучшения условий циркуляции масла в системе, устранения вакуумных режимов работы систем. Эффективность достигается за счет высокой степени регенерации тепла в цикле, повышения КПД компрессора и снижение степени сжатия .

Для практического использования перспективными можно считать следующие хладагенты:

для высокотемпературных хол. машин – R12/R114, R22/R114, R143/R142;

для среднетемпературных хол. машин – R22/R114, R143/R12, R13B1/R12, R12/R142, R22/R12, R142/CO₂;

для низкотемпературных холодильных машин – R13/R12, R13B1/R22, R13/R22/R12/азот.

Хладоносители

Их подразделяют на жидкие и твердые. К жидким относятся – водные растворы солей, рассолы и однокомпонентные вещества замерзающие при низких температурах (этиленгликоль, кремний органическая жидкость, хладон R30).

Твердые – эвтектический лед, образующийся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющей постоянную температуру плавления.

В холодильной технике применяют водные растворы солей NaCl, MgCl₂, CaCl₂, которые замерзают при отрицательных температурах, температура их зависит от концентрации рассола. Область рационального применения хладаносителя определяется криогидратной точкой, при которой раствор замерзает в виде однородной смеси.

Для NaCl – 21,2 С, MgCl₂ – 33,6 С, CaCl₂ – 55 С криогидратная температура.

Рассолы с воздухом являются сильными окислителями для металла. Для снижения агрессивности добавляют пассиваторы: селикат натрия, хромовую соль, фосфорные кислоты. Системы охлаждения выполняют замкнутыми без воздуха. Для увеличения производительности насосов и снижения потерь на трение, повышения пропускной способности трубопроводов в растворы добавляют высокомолекулярные соединения – полимеры (количестве 0,030,07 %). Их называют поверхностно – активными веществами (ПАВ).