4. Рабочие тела холодильных машин и их применение.

Под рабочим телом, или холодильным агентом, понимают физическое тело, с помощью которого совершается отдельный термодинамический процесс или цикл. От характеристики рабочего тела зависит конструкция холодильной машины и расход энергии, поэтому при выборе учитывают его термодинамические, теплофизические, физико-химические и физиологические свойства. В настоящее время наиболее распространенными рабочими телами являются аммиак, фреон, вода и воздух.

Фреоны - углеводороды, в которых водород полностью или частично заменен галоидами, чаще всего фтором и хлором. Для фреонов ввиду большого числа их установлены сокращенные обозначения. Соединения без атомов водорода записываются для производных метана цифрой 1 (после общего обозначения "фреон" или ф), к которой прибавляют цифру, указывающую число атомов фтора, например фреон-12 для CF2Cl2 и фреон-13 для CF3Cl. Для производных этана, пропана и бутана перед цифрой, обозначающей число атомов фтора, ставят соответственно цифры 11, 21, 31, например фреон-113 для C2F3Cl3. При наличии атомов водорода у дериватов метана к первой цифре, а для этана, пропана и бутана соответственно ко второй цифре прибавляют число, равное числу водородных атомов: фреон-21 для CHFCl2, и фреон-22 для CHF2Cl, фреон-351 для C4H4FC5. При замене атомов хлора атомами брома (CF3Br) применяют обозначение фреон-13В1. Существуют и другие классификации фреонов по химическому составу.

При внешних источниках с переменными температурами для уменьшения потерь в процессах теплообмена желательно иметь рабочие тела с переменными температурами кипения и конденсации. Такими свойствами обладают неазеотропные рабочие тела, представляющие собой смесь двух или нескольких веществ с различной зависимостью давления насыщения от температуры, например смесь фреона-11 и фреона-12.

Осуществление цикла теплового насоса в области температур выше окружающей среды вызывает повышение давления в системе. Поэтому рабочие тела для тепловых насосов выбирают таким образом, чтобы при высоких температурах конденсации обеспечивалось умеренное давление конденсации. Кроме того, рабочее тело должно обладать высоким значением объемной холодопроизводительности, а разность давлений конденсации и кипения не должна превышать допустимых пределов.

Рабочее тело не должно быть взрывоопасным и токсичным, особенно там, где тепловые насосы применяются для отопления общественных зданий.

В тепловых насосах с поршневыми компрессорами применяют фреон-12 и бромированный фреон Ф-12В1,который физиологически безвреден и не взрывоопасен. В турбокомпрессорных тепловых насосах большой теплопроизводительности применяют фреоны-11, 12 и 113. Наряду с чистыми рабочими телами применяют также и смеси рабочих тел, как например фреоны-142 и 142, 11и 12 и др.

Аммиак, фреон-12 и фреон-22 используются в компрессионных холодильных машинах для получения температур кипения до (- 30; - 40) °С. В настоящее время предпочтение отдается фреону-22, обладающему более высокой объемной холодопроизводительностью по сравнению с фреоном-12.

Фреон-12 применяют при высоких температурах конденсации, например в тепловых насосах, так как при одной и той же температуре конденсации давление конденсации у него ниже, чем у фреона-22.

Фреон-13 применяют для получения температур кипения до (- 80; - 100) °С. При этом для уменьшения необходимых потерь при дросселировании давление конденсации снижают за счет другой холодильной машины, работающей на рабочем теле среднего давления.

Фреон-11 ввиду его малой объемной холодопроизводительности применяют в турбокомпресорах относительно малой мощности.

Неазеотропные смеси, в которых происходит интенсивное поглощение (адсорбция) пара одного компонента жидкой фазой другого компонента - абсорбента, применяют в абсорбционных холодильных машинах. Другие неазеотропные смеси, например смесь фреона-11 и фреона-12, используют в компрессионных холодильных машинах. В этих машинах применяют также азеотропные смеси 500 (73,8% по весу фреона-12 и 26,2% фреона-152а), 502 (48,8% фреона-22 и 51,2% фреона-115), 501 (75% фреона-22 и 25% фреона-12) и А1 (60% фреона-124 и 40% фреона-С318).

Вода как рабочее тело используется в пароэжекторных холодильных машинах ,где можно сжать большие объемы пара. Воздух является рабочим телом в газовых холодильных машинах.