В машинах с поршневыми компрессорами, которые в данное время преобладают в холодильной технике, наиболее широко распространены три хладагента со средними нормальными температурами кипения — R717, R12HR22.
Эксплуатационные свойства. Рассмотрим эксплуатационные свойства основных хладагентов.
R717 (аммиак) имеет высокую степень термодинамического совершенства, абсолютное давление в конденсаторе аммиачной машины обычно не превышает 1,2...1,4 МПа, а в испарителе лишь при температуре кипения менее —33,4С становится ниже атмосферного. Компрессоры и теплообменные аппараты аммиачных машин имеют сравнительно небольшие размеры. Стоимость аммиака относительно невысока.
По отношению к черным металлам аммиак нейтрален, в присутствии влаги сильно действует на медь и ее сплавы, которые нельзя применять в аммиачных машинах.
Химическое воздействие аммиака на смазочные масла ничтожно, и их взаимная растворимость незначительна.
Аммиак и вода имеют высокую взаимную растворимость, что исключает возможность замерзания проникающей в холодильную систему влаги. Проникновение влаги в систему из внешней среды все же весьма нежелательно. Образующийся гидрооксид аммония с течением времени может влиять на режим работы машины и, кроме того, взаимодействуя со смазочными маслами, создавать осадок, загрязняющий холодильную машину. Влага способствует коррозии металла.
Аммиак широко применяют в одно- и двухступенчатых холодильных машинах средней и большой производительности при температурах кипения от 0 до —60 °С.
Необходимо особо иметь в виду два основных недостатка аммиака. Он взрывоопасен. Смесь аммиака с воздухом (11... 15 % по объему) горит желтоватым пламенем; при более высоких концентрациях (16...25 % по объему) смесь при наличии открытого пламени взрывается. Аммиак очень вреден. Он вызывает сильное раздражение глаз и дыхательных путей. При вдыхании аммиака больших концентраций возможны тяжелые отравления организма со смертельным исходом. При эксплуатации аммиачных холодильных машин необходимо строго соблюдать правила безопасности.
R12 (дифтордихлорметан, CF2CI2) — хладагент, получивший широкое распространение. R12 имеет достаточно хорошие термодинамические свойства, безвреден, не имеет запаха и невзрывоопасен.
Это один из основных хладагентов для крупных, средних и малых холодильных машин с поршневыми компрессорами. Применяют при температурах кипения до -70 °С и температурах конденсации до 60 °С. В холодильных машинах с центробежными компрессорами его можно использовать и при более низких температурах кипения.
Особенно распространен хладагент R12 в установках, в которых недопустим раздражающий запах и к которым предъявляются повышенные требования в отношении безопасности (при кондиционировании воздуха, в торговой сети, спецпроизводствах, на рефрижераторных судах, в бытовых электрохолодильниках и т. п.).
Необходимо учитывать следующие особенности R12. При температуре свыше 400 "С происходит разложение R12 с образованием вредных соединений. Поэтому применение открытого пламени в помещении фреоновой холодильной установки запрещено.
Растворимость воды в жидком R12 очень мала, при 0 °С не более 0,006 % массы фреона. Для предохранения металлических частей машины от коррозии и исключения возможности замерзания воды в проходных отверстиях, особенно в регулирующем вентиле, содержание воды во фреоне не должно превышать 0,004 %.
R12 химически не взаимодействует со смазочными маслами, но очень хорошо в них растворяется. Критическая температура растворимости для R12 равна —45 °С. При этой температуре и выше жидкий R12 растворяется в масле в любых количественных соотношениях с образованием однородной двухкомпонентной смеси. При более низких температурах R12 имеет ограниченную растворимость и в смеси с маслом образует два слоя различной концентрации. При этом слой с большим содержанием масла всплывает вверх, так как масло легче фреона. Парообразный фреон также растворяется в масле (абсорбируется им) в количествах тем больших, чем выше давление и ниже температура.
Растворенное во фреоне масло в аппаратах (особенно в испарителе) фреоновой холодильной машины влияет на режим работы холодильной машины. Температура кипения смеси фреона с маслом выше температуры кипения чистого фреона (при одинаковом давлении). Поэтому при наличии масла в испарителе необходимо для получения заданных температур кипения поддерживать более низкие рабочие давления, что снижает экономичность работы холодильной машины. Масло, кроме того, увеличивает вязкость рабочего вещества и уменьшает интенсивность теплопередачи, а это приводит к увеличению металлоемкости конструкции. Для повышения энергетических показателей фреоновой холодильной машины необходимо отводить масло от испарителя.
При использовании R12 требуется особая герметичность системы, так как он очень текуч и может проникать через малейшие неплотности в соединениях и даже через поры металла.
В жидком состоянии R12 более чем в 2 раза, а в состоянии сухого насыщенного пара— в 5...8 раз (в зависимости от температуры насыщения) тяжелее аммиака. Во избежание больших сопротивлений в клапанах и трубопроводах и связанной с этим излишней затраты мощности скорости движения R12 по сравнению с аммиаком уменьшают в 2...2,5 раза.
В соответствии с современными представлениями необходимо отметить также озоноопасность R12.
R22 (дифтормонохлорметан, CHF2C1) — хладагент, который имеет хорошие термодинамические и эксплуатационные свойства. В широком диапазоне температур, применяемых в холодильной технике, кривая давлений насыщения R22 лежит несколько выше, чем соответствующие кривые R12 и аммиака. Нормальная температура кипения R22 составляет -40,8 "С. При температурах до -40 "С, характерных для предприятий пищевой промышленности, машина работает с некоторым избыточным давлением в испарительной системе. В низкотемпературных машинах с малыми давлениями в испарителе имеют место высокие степени повышения давления в компрессоре. Значительное увеличение степени повышения давления приводит к чрезмерно высоким температурам в конце сжатия, а также к ухудшению рабочих коэффициентов компрессора, снижению экономичности работы машины. В этом случае целесообразно перейти на работу с двухступенчатыми компрессорами.
Степень повышения давления в различных температурных пределах работы машины у R22 по сравнению с R12 и аммиаком наименьшая. Температура паров R22 в конце сжатия несколько выше, чем у R12, и ниже, чем у аммиака. Указанные свойства позволяют применять одноступенчатые машины, работающие на R22, для получения более глубоких температур охлаждения при одной и той же степени сжатия.
Увеличение диапазона температур по сравнению с аммиаком составляет 6...8 °С.
При невысокой температуре конденсации (tK к 25 °С) одноступенчатые машины на R22 применяют для температур кипения до -40 °С, а иногда и ниже. Двухступенчатые машины применяют для температур до -80 °С.
По степени термодинамического совершенства, а также по величине цилиндров компрессоров и рабочих давлений нагнетательной стороны R22 имеет примерно такие же показатели, как и аммиак. По сравнению с R12 объемная холодопроиз-водительность R22 значительно больше (примерно в 1,6 раза); компрессор, работающий на R22, значительно компактнее, чем компрессор той же производительности, работающий на R12.
Хладагент R22, как и R12, не ядовит и невзрывоопасен, к металлам, за исключением магниевых сплавов, нейтрален. Растворимость воды в жидком R22 в несколько раз выше, чем в R12, но все же мала. Хорошо растворяется в смазочном масле. Критическая температура растворимости зависит от физических свойств масла. В конденсаторе жидкий R22 и смазочное минеральное масло смешиваются в любых соотношениях, так как температура конденсации обычно находится выше зоны ограниченной растворимости. При низких же температурах (в испарителе) жидкий R22 в смеси с маслом имеет ограниченную растворимость. При этом получаются два отдельных (расслаивающихся) раствора: слой масла с примесью фреона, который находится в верхней части аппарата, и слой жидкого фреона с примесью масла — в нижней части аппарата. В низкотемпературных установках, работающих на R22, имеется опасность замерзания масла, особенно при прохождении хладагента через регулирующий вентиль. Поэтому вопросу маслоотделения и выбора марки масла должно быть уделено особое внимание.
Удобен R22 в холодильных установках, где применение токсичного хладагента недопустимо или крайне нежелательно (например, в установках для кондиционирования воздуха, судовых рефрижераторных установках и т. д.).
Хладагент R22 характеризуется большой текучестью. Это затрудняет применение его в крупных установках с разветвленной сетью коммуникационных магистралей.
Перспективна для промышленного использования в поршневых холодильных машинах азеотропная смесь (смесь, не меняющая своего состава при кипении) R22 (48,8 %) и R115, химическая формула которого C2F5C1 (51,2 %), с обозначением R502. Эта смесь имеет температуру кипения t0ll = -45,63 "С (более низкую, чем ее компоненты).
Объемная холодопроизводительность смеси более высокая, чем у компонентов. Смесь имеет достаточно высокие энергетические показатели, невзрывоопасна и в такой же степени нетоксична, как R12.
