3.2. Хладоносители (хн)

Хладоносители – это вещества, с помощью которых теплота от охлаждаемых объектов передается хладагенту.

Основные требования, предъявляемые к ХН:

а) низкая температура замерзания. Она должна быть ниже температуры испарения ХА в испарителе на 5-8 градусов;

б) большая теплоемкость и теплопроводность;

в) малые вязкость и плотность;

г) химическая нейтральность к конструкционным материалам;

д) химическая стойкость и безвредность;

е) невысокая стоимость и доступность.

Практически нет таких ХН, которые бы полностью удовлетворяли указанным требованиям.

Самый доступный ХН – вода. Но так как температура замерзания высока (0 C), то используется вода только в системах кондиционирования воздуха и технологических процессах при положительных температурах.

При отрицательных температурах широко используются водные растворы солей NaCl, CaCl₂ и MgCl₂ – рассолы. Теплофизические свойства рассолов, в том числе и температура замерзания, зависят от концентрации соли в растворе.

У всех рассолов существует так называемая криогидратная или эвтектическая концентрация, где раствор имеет самую низкую температуру замерзания. При дальнейшем увеличении концентрации соли температура замерзания раствора возрастает. Для каждого из рассматриваемых растворов эту зависимость можно представить графически (см. рис. 3.1).

Левая часть зависимостей (от точки к) являются кривыми выпадения льда, по которым можно определить значение температуры до которой можно охлаждать рассол данной концентрации без выделения из него льда. Правая часть графиков характеризует насыщение растворов и называется кривой выпадения соли.

Рис. 3.1. Зависимости температур замерзания рассолов t_з от концентрации солей в растворе  (отношение массовых частей соли к массе воды):

1 – NaCl; 2 – MgCl₂;

3 – CaCl₂; к – криогидратные точки

При охлаждении растворов (любой концентрации) до температуры лежащей ниже кривых приводит к выпадению либо льда, либо соли, что изменяет концентрацию рассола. При дальнейшем охлаждении раствор достигает состояния в криогидратной точке, при котором он полностью заморозится.

Параметры криогидратных точек [6]:

для NaCl – t_к=-21,2 C; _к=28,9 %;

для MgCl₂ – t_к=-33,6 C; _к=27,6 %;

для CaCl₂ – t_к=-55 °C; x_к=42,55 %.

Наиболее широко распространен в качестве ХН раствор CaCl₂. Он же обладает наиболее высокой коррозионной активностью. Необходимым условием для возникновения коррозии является наличие кислорода. В открытых системах рассол насыщен кислородом примерно в 4 раза больше, чем в закрытых, вследствие чего коррозия в них намного интенсивнее.

С наименьшей интенсивностью коррозия протекает в растворах, где поддерживают слабощелочную реакцию (pH 7,5–8,5), которую достигают добавлением в него некоторого количества каустической соды и известкового молока. Наиболее эффективным средством является добавление в рассол пассиваторов: силиката натрия, бихромата натрия, фосфорной кислоты. В закрытой рассольной системе при использовании тщательно очищенных солей коррозия минимальна.

В рассолы иногда добавляют высокомолекулярные соединения (полиокс или полиакриламид – полимеры линейной структуры) в количествах 0,03-0,07 %. Эти соединения способствуют уменьшению потерь на трение, увеличению производительности насосов и пропускной способности трубопроводов.

Последнее время все чаще в качестве хладоносителей применяются водные растворы гликолей. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля, а также спиртов называют антифризами. У них более низкая температура замерзания, меньшая агрессивность к конструкционным материалам, но большая стоимость.

Контрольные вопросы:

1. Что называют хладагентами (ХА)?

2. Какие требования предъявляются к хладагентам?

3. Какие основные теплофизические параметры характеризуют ХА?

4. Какое международное обозначение принято для неуглеводородных хладагентов?

5. Что представляют собой хладоны (фреоны) и как они обозначаются?

6. Какую опасность для окружающей среды представляют хлорсодержащие рабочие вещества холодильных машин

7. Что оценивает потенциал глобального потепления?

8. Какими наиболее характерными свойствами обладает аммиак?

9. Назовите основные достоинства и недостатки фреонов?

10. По какому принципу осуществляется выбор хладагента?

11. Что представляет собой хладоноситель и какие основные требования предъявляются к нему?

12. Как выбирается концентрация растворов при производстве хладоносителей?

13. Что называют антифризами?