Области применения холодильных агентов

Аммиак (R717) и R22 используют в компрессионных холодильных машинах для получения температур кипения -30 -40°С без вакуума в системе охлаждения. Хладон R12 применяют в одноступенчатых холодильных машинах с температурой конденсации не более 75°С и температуре кипения не ниже -30°С, в бытовых холодильниках, кондиционерах, водоохлаждающих холодильных машинах. Хладон R22 используют в машинах с поршневыми и винтовыми компрессорами одно- и двухступенчатого сжатия, а также в бытовых холодильных машинах. Диапазон температур кипения от 10°С до -70°С при температуре конденсации не выше 50°С. Одноступенчатое сжатие рекомендуется применять до температур кипения не ниже -35°С.

Холодильный агент R502 применяют в низкотемпературных одноступенчатых холодильных машинах при температуре конденсации до 50°С и температурах кипения до -45°С.

Расширяется использование аммиака. Аммиак в два раза легче воздуха и при утечке быстро поднимается в атмосферу, где разлагается в течение нескольких дней. При выбросе жидкий аммиак почти немедленно испаряется. Но следует иметь в виду, что он ядовит, горюч и взрывоопасен. Если ранее аммиак использовали преимущественно в крупных по холодопроизводительности холодильных машинах, то теперь промышленность осваивает конструкции средних и малых аммиачных компрессоров и холодильного оборудования на их основе.

Хладоносители

Хладоносители подразделяют на жидкие и твердые. К жидким относятся водные растворы солей — рассолы и однокомпонентные вещества, замерзающие при низких температурах (этиленгликоль, кремний-органическая жидкость).

Применяют водные растворы солей NaС1, МgCl₂, СаСl₂, температура замерзания которых до известного предела (состояния криогидратной точки) зависит от концентрации рассола. Для раствора NаС1 криогидратная точка

-21,2°С, для МgСl₂ -33,6°С, для СаСl₂ -55°С. Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металлические части оборудования в них добавляют пассиваторы: силикат натрия, хромовую соль, фосфорные кислоты.

Этиленгликоль в зависимости от концентрации в воде может иметь температуру замерзания от 0°С (вода) до -67,2°С при концентрации 70% по объему.

Твердые хладоносители — это эвтектический лед, образующийся при криогидратной температуре, представляющий собой смесь льда и соли и имеющий постоянную температуру плавления.

Вопросы для самопроверки

1 Какие вещества используются в холодильных машинах в качестве холодильных агентов?

2 Как влияют на работу холодильной машины теплофизические характеристики рабочих тел?

3 Как влияют на окружающую среду различные хладагенты?

4 Какие вещества используются в качестве хладоносителя?

Холодильные машины

Непрерывное получения низкой температуры широко применяется в холодильной технике с использованием различных холодильных машин.

Холодильной машиной называют комплекс оборудования, необходимый для осуществления холодильного цикла.

В зависимости от вида физического процесса, в результате которого получают холод, холодильные машины подразделяют на следующие типы:

- использующие фазовый переход рабочего тела из жидкого в газообразное состояние (компрессионные, абсорбционные, сорбционные, пароэжекторные);

- использующие процесс расширения воздуха (газовые, вихревые);

- термоэлектрические.

В зависимости от вида используемой энергии различают холодильные машины:

- использующие механическую энергию (компрессионные паровые, газовые);

- теплоиспользующие (пароэжекторные, абсорбционные и сорбционные).

Холодильные машины подразделяют и по другим типам.

Газовые холодильные машины

В газовых холодильных машинах холодильным агентом являются газообразные вещества, агрегатное состояние которых не изменяется при совершении цикла.

Холодильным агентом в таких машинах является в основном воздух, поэтому их называют воздушными холодильными машинами.

Первые воздушные холодильные машины появились 100 лет назад. Однако, тогда они не получили широкого распространения и были вытеснены с рынка парокомпрессионными, так как удельная массовая холодопроизводительность воздуха значительно меньше, чем кипящего холодильного агента в цикле паровой холодильной машины. При использовании воздушных холодильных машин требуется большая массовая подача холодильного агента, поэтому только по мере развития газотурбинной и особенно турбореактивной техники удалось создать воздушные турбохолодильные машины, близкие по экономичности в области относительно низких температур (от -80 до -120°С) к парокомпрессионным.

Воздух вначале сжимается в компрессоре. Затем он охлаждается в теплообменнике, отдавая поглощенную энергию внешней среде, например воде.

После этого воздух адиабатически расширяется в детандере, совершая полезную работу, и поступает в охлаждаемый объект, где нагревается, отводя теплоту от охлаждаемого тела. Из охлаждаемого объекта воздух вновь поступает в компрессор, и цикл повторяется.

Цикл воздушной холодильной машины имеет большие необратимые потери, поэтому термодинамически он целесообразен, если воздушная холодильная машина осуществляет комбинированный цикл, охлаждая и нагревая одновременно. Такие машины имеют холодопроизводительность 30кВт и более и используются для быстрого замораживания эндокринного сырья (железы животных, используемых в медицине), некоторых видов продуктов растительного происхождения (плодов, овощей, ягод), кулинарных изделий и др.

Вихревая труба представляет собой цилиндрическую трубу, разделенную диафрагмой на холодную и горячую части.

С термодинамической точки зрения процессы, протекающие в вихревой трубе, сводятся к тому, что слои воздуха, вращающиеся вблизи оси, отдают кинетическую энергию остальной (периферийной) массе воздуха и при этом охлаждаются. Другая же часть воздуха вос­принимает эту энергию и нагревается в результате трения, на пре­одоление которого затрачивается значительная часть кинетической энергии.

Термодинамическое совершенство воздушных холодильных машин вихревого типа не превышает нескольких процентов и зависит от использования теплоты потока воздуха, выходящего из горячей части вихревой трубы. Если эта теплота утилизируется, то общая эффективность повышается. Вихревые трубы просты в изготовлении и эксплуатации, компактны и высоконадежны. Однако область использования их ограничена вследствие низкой экономичности их термодинамических процессов.