Охлаждение тел до температуры ниже температуры окружающей среды и поддержание их в охлажденном состоянии в течение длительного времени составляют основную задачу холодильной техники. Для многих производств такое охлаждение различных веществ, или, как его называют, производство холода, является неотъемлемой частью технологических процессов. В быту и на транспорте, при хранении и транспортировке продуктов и для создания „искусственного микроклимата” (кондиционирование воздуха), при строительстве различного рода подземных сооружений (замораживание грунта) производство холода получило широкое распространение.
Тепловые машины, предназначенные для понижения температуры тел по сравнению с температурой окружающей среды и непрерывного поддержания этой температуры, наз. холодильными установками. Эти же машины, используемые для повышения температурного уровня окружающей среды, наз. трансформаторами теплоты, или тепловыми насосами.
В зависимости от температуры, которая должна быть достигнута при охлаждении, различают холодильные установки умеренного холода (температура до -70 оС) и установки глубокого холода (температура до – 200 оС и ниже).
По характеру рабочего тела (хладоагента) холодильные установки подразделяются на воздушные и паровые. В последних как хладоагент используются пары различных низкокипящих веществ, например, аммиака, фреонов.
Установки, в которых энергия для получения холода затрачивается в виде механической работы на привод компрессора, наз. компрессорными, а установки, в кото- рых энергия затрачивается в виде теплоты на термохимическую компрессию, - адсорбционными.
Холодильные установки и тепловые насосы работают по обратным круговым процессам или циклам.
К рабочим телам, применяемым в холодильных установках, предъявляются ряд особых требований, вследствие чего значительно сокращается число возможных хладоагентов:
1. Давление насыщенных паров хладоагента, соответствующее требуемым температурам, должно быть выше атмосферного или близким к нему, т.к. легче бороться с утечкой хладоагента, чем с подсосом воздуха при вакууме. Менее других хладоагентов этому требованию удовлетворяет сернистый ангидрид, который при температуре -10оС имеет давление 0,101 МПа. Подсос воздуха нежелателен по следующим причинам:
а) ухудшает теплопередачу между хладоагентом и охлаждающей средой в конденсато-
ре и между хладоагентом и охлаждаемой средой в испарителе;
б) содержит водяные пары, которые могут замерзать в трубках испарителя или раство-
рятьсяв смазывающих компрессор маслах и повышать температуру замерзания масла;
в) повышает рабочее давление и вызывает перерасход электроэнергии, необходимой для привода компрессора.
2. Нежелательно высокое давление пара при температуре конденсации, т.к. требуется большая плотность соединений во избежание утечки хладоагента. Этому требованию плохо удовлетворяет СО2, у которого при .
3. Холодильные агенты должны иметь большую теплоту парообразования, ибо она определяет холодопроизводительность в парокомпрессорных установках. Менее других этому требованию удовлетворяют углекислый газ и фреоны.
4. Рабочее давление хладоагентов при обычно применяемой на практике температуре от -30 оС до +30 оС должно быть значительно ниже критического. Критическая
температура должна быть высокой. Этому требованию недостаточно удовлетворяет углекислый газ, у которого . Значит, если в конденсаторе будет охлаждающая вода с температурой выше 31,35 оС, то СО2 никогда не сконденсируется. По этой причине холодильные установки, в которых используется СО2, работают по особым, более сложным циклам, чем обычные.
5. Хладоагенты не должны обладать корродирующими свойствами и образовывать со смазкой химические соединения, нарушающие нормальную работу машины.
6. Хладоагенты не должны оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал при неизбежных на практике небольших утечках их паров.
Как известно, широкое применение в качестве хладоагентов получили фреоны – галоидные производные насыщенных углеводородов , полученные путем замены атомов водорода атомами хлора и фтора. В технике из-за большого разнообразия фреонов и относительно сложного их наименования установлена условная числовая система обозначения, согласно которой каждое соединение в зависимости от химической формулы имеет свое число. Вначале пишут цифры, условно обозначающие углеводород, производ-
ным которого является данный фреон. Для метана это 1, для этана – 11, для пропана -21 и
т.д. Затем, если в соединении имеются незамещенные атомы водорода, число их прибав-
ляется к этим цифрам. Далее к полученной сумме или к первоначальному числу (если все атомы водорода в соединении замещены) дописывают (а не прибавляют) в виде следующего знака цифру, выражающую число атомов фтора. Так получают обозначения:
фреон -11 вместо монофтортрихлорметана СFCl3; фреон -12 вместо дифтор дихлор метана CF2Cl2; фреон -22 вместо дифтор моно хлор метана CHF2Cl; фреон -114 вместо тетрафто- рдихлорэтан C2F4Cl2; фреон -142 вместо дифтор моно хлор этана C2H3F2Cl