Холодильный агент (хладагент) – рабочая среда, поглощающая тепло, когда значения температуры и давления минимальны, и выделяющая его при повышении температуры и давления.
При этом по мере движения в системе изменяется агрегатное состояние из жидкого в газообразное.
Хладагенты
Что это такое
Хладагенты могут применяться в различных сферах деятельности:
— используют в парфюмерии и медицине для определения герметичности системы;
— при изготовлении некоторых огнетушителей;
— при кондиционировании воздуха;
— в морозильных установках и холодильниках.
Технический прогресс обусловил применение различных веществ в качестве хладагентов. К классическим фреонам относят: аммиак (применяется с 1874года), диоксид серы (1874), метилхлорид (1878), углекислота (1881). Со временем понадобилось добиться более низкой температуры и для этого стали использовать такие вещества как метан, этилен, этан, пропан, бутан, пропилен. Помимо положительного эффекта в охлаждении не стоит забывать, что они взрывоопасны. А небольшая молекулярная масса определяет применение громоздкого и тяжелого оборудования.
Именно эти обстоятельства привели ученых к новому решению: насыщенные углеводы галогенезировали хлором и фтором. Полученные продукты получили название «фреоны». Они отлично подходили в качестве хладагента в холодильном оборудовании при этом не являясь взрывоопасными. Но без отрицательных воздействий не обошлось. Такие вещества при взаимодействии с кислородом воздуха превращаются в ядовитый газ фосген. С 1974 года было выявлено, что хлорфторуглероды негативно влияют на состояние озонового слоя Земли и их запретили.
В настоящее время поиски идеального хладагента не закончены. Появившиеся в последние полвека вещества отвечают многим требованиям прогресса, но не все экологичны, а некоторые токсичны.
Принцип работы хладагента
Процесс охлаждения воздушных масс в холодильных агрегатах и кондиционерах основывается на постоянной циркуляции фреона по замкнутой системе. При этом планомерно процесс кипения сменяет конденсацию при смене давления и температуры. Этот принцип работы – холодильный цикл компрессорного типа.
Он состоит из ряда этапов:
— Из испарителя хладагент выходит парообразным, обладающим низким давлением и температурой.
— Газ попадает в компрессор, где давление возрастает до 25 атмосфер и температура повышается до 80оС.
— Переместившись в конденсатор, фреон превращается в жидкость, остывая. Здесь может быть применено водное или воздушное охлаждение.
— Выйдя из конденсатора, хладагент опять оказывается в испарителе. Там под воздействием сниженного давления закипает и снова становится газом. При этом процессе поглощается тепло окружающего воздуха, что и дает охлаждающий эффект.
— Опять попав в компрессор фреон начинает свой цикл заново.
Так цикл холодильного процесса состоит из двух частей: область с низким давлением и область с высоким давлением. Именно разница давления является движущей силой и преобразователем вещества. Чем большее давление создается компрессором, тем выше температура кипения и эффективнее охлаждение окружающей среды.
Типы хладагентов
Существующие хладагенты принято разделять на несколько типов:
- Предельные углеводороды и их галогенные производные
Эти вещества обозначают буквой R и тремя цифрами после. Где сотни показывают количество атомов углерода, уменьшенное на единицу, десятки – атомы водорода, увеличенные на единицу, единицы – количество атомов фтора.
- Непредельные углеводороды и их галогенные производные
Обозначение вещества аналогично с первой категорией, только добавляется еще разряд тысяч в числовой формуле и обозначается 1.
- Циклические углеводороды и их производные
Такие вещества маркируются индексом С выносимым перед буквой R, например RC318.
- Органические соединения
Относятся к серии 600. При этом номер хладагента присваивается произвольно, например, R600 – бутан.
- Неорганические соединения
Представленные здесь вещества обозначены серией 700. А номер высчитывается по формуле: 700 + молекулярная масса хладагента.
- Неазеотропные смеси
Это вещества, которые при изменении агрегатного состояния меняют свой химический состав. То есть при сохранности давления может быть различная температура кипения. Они представлены серией 400.
- Азеотропные смеси
Они являются моновеществом – их состав в виде жидкости и газа одинаков. Производятся под серией 500 с присвоением произвольного номера хладагента.
В соответствии с правилами, утвержденными в ГОСТе, такие вещества принято разделять по группам:
— невоспламеняющийся нетоксичный хладагент;
— токсичный, вызывающий коррозию хладагент, граница воспламенения от 3,5% от объема с воздухом;
— хладагенты с воспламенением менее 3,5% в объеме воздуха.
Современные виды хладагентов
В настоящее время, несмотря на потенциальный вред, к применению разрешены такие виды фреонов:
— Хлорфторуглероды (ХФУ, CFC) – являются веществами с высоким показателем разрушения озонового слоя. Не применяются и не производятся на территории Европы.
— Гидрохлорфторуглероды (ГХФУ или HCFC) – среднее влияние на озоновый слой. Классифицируется как переходное вещество. Тенденция к сокращению применения.
— Гидрофторуглероды (ГФУ или HFC) – не относятся к веществам, вредоносным для озонового слоя, так как не содержат в соединении хлор.
Применение озоноразрушающих веществ допустимо до сих пор, так как нет аналогов, соответствующим физическим требованиям. Постепенно на рынке внедряются хладагенты четвертого поколения, которые призваны заменить вредоносные соединения. К ним относится, например, R12. Но пока оно не может полностью соответствовать требуемым физико-химическим свойствам для обеспечения эффективности охлаждающей системы.
Как выбрать хладагент?
Выбор подходящего фреона зависит от физических качеств:
— Давления при кипении (абсолютное) – не менее 1 бар. При этом невозможно проникновение в систему воды и воздуха при появлении протечки или трещины в сальнике.
— Давления при конденсации – минимально, для сокращения энергопотребления и упрощения конструкции. Рабочее давление напрямую зависимо от вида фреона и мощности конденсатора.
— Разности давления – рекомендованы вещества с минимальными показателями.
— Степени сжатия – с возрастанием показателя понижается коэффициент давления компрессора, что снижает эффективность работы системы. Поэтому стоит отдать предпочтение веществу с минимальной степенью сжатия.
— Показателя температуры в конце сжатия – зависит от вида фреона, прогрева всасываемого пара, давления конденсации и компрессора. Так как высокая температура негативно влияет на материалы, используемые для смазки агрегата, то показатель должен быть как можно меньше.
— Коэффициента растворимости в воде – показывает какое количество влаги вещество может в себя впитать без вреда для работы системы. Чем выше коэффициент, тем стабильнее работа. Показатель не должен превышать 20 промилле.
— Удельной теплоты парообразования – чем она выше, тем меньше объем цилиндров компрессора необходим для большей эффективности.
— Плотности газа на всасывании – максимальный показатель дает возможность доставить максимальное количество вещества за одно движение поршня.
— Смешиваемости с маслами – процесс циркуляции масла в системе напрямую зависит от этого показателя. Идеальным считается коэффициент в 100%. При низких показателях может произойти сбой в работе, привести к поломке.
Помимо физических свойств, немаловажны и химические особенности хладагентов, а именно их химическая активность. Фреоны относятся к веществам со средней активностью, выражающейся в способности к смешиванию с маслами и впитыванию влаги.
Также важен учет физиологических свойств: нетоксичности. Для фреона марки R 134a предельно допустимое значение около 1000 промилле. При этом показателе, даже если на протяжении 8 часов человек будет вдыхать его пары в небольшой концентрации, не будет негативного влияния на организм. При высокой концентрации вещества могут возникнуть удушье, головная боль, тошнота. Это связано с недостатком кислорода. Максимальная концентрация в помещении достигается на уровне пола.
Имейте ввиду: на открытом огне, под действием ультрафиолета, контактируя с горячими поверхностями хладагенты распадаются, образуя ядовитые вещества.
