Альтернативные многокомпонентные хладагенты групп ГХФУ

Смесь R22/R142b. Хладагент представляет собой негорючую зеотропную смесь, компоненты которой имеют ограниченный Монреальским протоколом срок применения. Характеристики R142b на линии насыщения приведены в приложении 12.

Результаты испытаний бытовых холодильников, заправленных смесью R22 и R142b с массовыми долями соответственно 0,6 и 0,4, проведенные в Астраханском государственном технологическом университете и Московском энергетическом институте, показали, что энергопотребление осталось практически на том же уровне, что и при использовании R12. Применение этой смеси целесообразно при ретрофите действующего холодильного оборудования; при этом не требуется замены масел, фильтров-осушителей, а также внесения изменений в конструкцию холодильного агрегата. Смесь R22 и R142b может служить переходным хладагентом не только в бытовой технике, но и в другом холодильном оборудовании.

Взаимодействие хладагентов среднего давления с металлами. Тепловые испытания на устойчивость хладагентов при контакте с металлами выполняют, как правило, в присутствии холодильных масел. Результаты тепловых испытаний хладагентов на устойчивость в контакте с материалом труб, используемых для R12, в присутствии минеральных масел свидетельствуют о стабильности смесей хладагентов SUVA^® MP с маслами в контакте с медью и алюминием в действующих холодильных системах (таблица).

* Оценка стабильности: 0 - хорошее; 3 - частично разлагается (потеря рабочих качеств); 5 - окисленное (окисленный осадок); Р - осадок; СР - медное напыление (отложение); Т - помутнение; D - темная жидкость.
** Эксперименты по исследованию растворимости проводили, помещая смесь в запаянную стеклянную трубку.
*** Не определяли

Отмечено, что во всех случаях лучше использовать алкилбензольные и полиэфирные масла с хладагентами SUVA^® MP, чем минеральные масла с R12.

Температурный диапазон, в котором хладагент и масло смешиваются, образуя единую жидкую фазу, это -50...+93 ^oС. Свойства смесей хладагентов и масел в контакте с металлами, изученные при определенной комбинации хладагентов SUVA^® MP + масло (например, R401A с ZEROL 150DL), относятся ко всем хладагентам SUVA^® среднего давления, так как они представляют собой различные сочетания тех же самых трех компонентов (R22, R152A и R124).

Совместимость хладагентов среднего давления с материалами электродвигателей. При работе холодильного оборудования большое значение имеет совместимость материалов, используемых для изготовления изоляции в электродвигателях герметичных компрессоров, со смесью хладагента и холодильного масла. В связи с этим фирмой "Du Pont" проведены испытания на совместимость смеси хладагента SUVA^® MP и нафтенового алкилбензольного масла с полиэфирными материалами изоляции электродвигателя. Материал испытывали на изгиб и проверяли на наличие трещин и разрывов, чтобы оценить уровень его хрупкости. Образцы оценивали по сравнительной шкале. При этом наилучшая оценка принималась за ноль (если не отмечалось никаких изменений характеристик). Как показали результаты испытаний, проведенных при температуре 121 ^oС в течение ЗО сут, комбинация из хладагента R401A и алкилбензольного масла совместима с материалом изоляции. Как правило, большинство электродвигателей современных компрессоров (10-15-летней давности), работающих на R12, совместимы и с R22. По предположениям, сделанным специалистами фирмы "Du Pont", хладагенты SUVA^® MP не окажут существенного влияния на материал изоляции электродвигателей современных компрессоров, работающих на R12.

Результаты испытаний (по данным фирмы "Du Pont") на совместимость хладагентов с полимерными материалами-эластомерами, применяемыми в новом и действующем холодильном оборудовании, представлены в таблице (испытания проводили в течение четырех недель, помещая хладагент с эластомером в запаянную трубку при температуре +80 ^oС). На фактическую совместимость хладагента с полимерным материалом могут повлиять рабочие условия конкретного режима, поэтому применяемый материал в каждом конкретном случае необходимо проверять. По совместимости с эластомерами хладагенты R401A, R401B и R401C аналогичны смеси, рассмотренной в качестве примера в таблице ниже, так как в эту смесь входят те же составные компоненты.

* Алкилбензольное масло ZEROL 500T.
** Зарегистрированная торговая марка "Du Pont".
Примечания: 1. Состав хладагента, %: R22/R152a/R124(36/24/40). 2. Оценки: 0 - совместимый; 1 - совместимый на грани допустимого; 2 - несовместимый. Оценка в скобках приведена для R12 в целях сравнения.

Хладагенты высокого давления

Хладагенты SUVA^® HP80 (R402A) и SUVA^® HP81 (R402B) были специально разработаны для действующих установок, спроектированных в расчете на применение R502, с тем чтобы их можно было продолжать эксплуатировать и после вывода из обращения R502. Термодинамические свойства смесей R402A и R402B сходны со свойствами R502. Выбор той или иной сервисной смеси диктуется конкретной областью применения и характерными условиями эксплуатации.

Состав сервисных смесей приведен в таблице.

Область применения хладагентов для ретрофита и заправки нового оборудования представлена в таблице.

Хладагент R402A. Это близкозеотропная смесь с температурным глайдом менее 1,6 К. Основные физические свойства приведены в таблице ниже. Хладагент разработан для ретрофита оборудования, заправленного R502 и работающего при низкой температуре кипения (-40 ^oС), где необходимо достичь температуры нагнетания, свойственной R502. В зависимости от условий эксплуатации холодопроизводительность оборудования, работающего на этом хладагенте, как правило, выше, чем у оборудования на R502, примерно на 11 %. Энергопотребление также несколько больше. Хладагент R402A по сравнению с R502 при одних и тех же условиях имеет повышенное давление на 13...15 %.

R402A совместим с минеральными маслами, со смесями минерального и алкилбензольного масел, а также с алкилбензольными и полиэфирными маслами. Рекомендуется применение R402A в сочетании с алкилбензольным маслом. Во время ретрофита фильтр необходимо заменять.

Неазеотропность смеси может привести к изменению ее состава и соответственно к ухудшению характеристики холодильной системы в процессе длительной работы.

Хладагент R402B. Это близкозеотропная смесь с температурным глайдом менее 1 К. Основные физические свойства хладагента R402B приведены в таблице.

Хладагент разработан как заменитель R502 для ретрофита холодильного оборудования, в котором необходимо оптимизировать холодильный коэффициент. В тех случаях, когда соображения энергетической эффективности являются определяющими, предпочтение отдается хладагенту R402B, который превосходит R502 по энергетическим характеристикам (таблица ниже). Хладагент перспективен для применения в торговом холодильном оборудовании, в охлаждаемом объеме которого температура кипения не опускается ниже -30 ^oС. Важно, что если температура кипения достигает -40 ^oС, то температура нагнетания может быть на 15 ^oС выше, чем у R502. Такое повышение температуры может отрицательно повлиять на систему смазки и сократить срок службы компрессора.

Хладагент совместим с минеральными маслами, со смесями минерального и алкилбензольного масел, а также с алкилбензольными и полиэфирными маслами. Во время ретрофита фильтр-осушитель необходимо заменять.

Вследствие того что состав хладагента многокомпонентный, могут произойти селективная потеря какого-либо компонента из-за утечки, вызванной негерметичностью холодильной системы, или изменение массы в отдельных ее элементах, что вызовет ухудшение энергетических характеристик оборудования.

Сравнительные теоретические и эксплуатационные характеристики хладагентов R402A, R402B и R404A представлены в таблице.

Примечание. Температура кипения t₀ = -34,4 ^oС, температура конденсации t_K = -40,0 ^oС температура всасывания t_ВС = -18,3 ^oС, переохлаждения Dt_ПО = 2 К.

Теплофизические характеристики хладагентов SUVA^® HP выше, чем у R502, поэтому любая незначительная потеря КПД на сжатие может быть возмещена за счет более интенсивного теплообмена.

Совместимость хладагентов высокого давления и R502. Хладагенты R502 и SUVA^® HP химически совместимы, т. е. они не реагируют один с другим и не образуют других соединений. Однако если различные хладагенты смешать случайно или намеренно, то такая смесь может быть труднорастворимой и ее можно будет разделить только при сжатии. К тому же эксплуатационные свойства смеси R502 и хладагентов SUVA^® HP отличаются от тех, которые характерны для каждого отдельно взятого хладагента. Поэтому не рекомендуется смешивать R502 и хладагенты SUVA^® HP в любых системах. Сначала нужно в соответствии с установленной- технологией удалить R502, а затем заправить систему новым хладагентом.

Растворимость хладагентов высокого давления с холодильными маслами. В большинстве компрессоров надлежащая работа движущихся частей обеспечивается с помощью смазки. В рекомендациях завода-изготовителя компрессора обычно содержатся тип масла и его вязкость. Рекомендации основаны на совокупности таких необходимых свойств масла, как растворимость в смеси с хладагентом, совместимость с материалами конструкций, термоустойчивость и устойчивость по отношению к другим видам масел.

Важно иметь в виду следующие рекомендации фирм - производителей холодильных масел. Такие хладагенты, как R402A и R402B, содержат в себе немного хлора и могут в меньшей степени растворять обычные масла, используемые в сочетании с R502.

Хотя растворимость и минерального, и алкилбензольного масел в хладагентах R402A и 402В понижена, рекомендуется все же использовать алкилбензольные масла, когда действующее оборудование переведено с R502 на R402A или R402B. При низких температурах вязкость алкилбензольного масла, насыщенного R402A или R402B, значительно ниже, чем минерального в смеси с R402A или R402B, что будет способствовать возврату масла в компрессор.

В новом оборудовании, рассчитанном на применение хладагента R402A, требуется использование полиэфирного масла.

На рисунке представлены суммарные данные тестов на растворимость хладагентов с холодильными маслами, проведенных в широком диапазоне температур при соотношении объемов жидкого хладагента и масла 50:50.

Горючесть хладагентов высокого давления. Все рассмотренные выше хладагенты высокого давления определены как невоспламеняющиеся при атмосферном давлении и температуре выше 80 ^oС. Однако тесты показывают, что хладагент R22 может стать горючим при давлении 5,15 o 105 Па и окружающей температуре, когда он находится в смеси с воздухом при объемной доле воздуха 65 % или более. Поэтому нельзя допускать, чтобы хладагенты R402B и R402A при определении утечек смешивались с воздухом, особенно в высоких концентрациях при давлении выше атмосферного.

Хладагент R408A. Торговая марка FORANE FX10. Разработан концерном "Elf. Atochem" в качестве альтернативы R502 при ретрофите в действующих холодильных системах. Близкоазеотропная смесь, состоит из компонентов R22, R143a и R125. Состав по массе (%) соответственно 44; 4 и 52. Предназначен для применения в мобильных транспортных холодильных системах, а также в промышленных холодильных установках с поршневыми и винтовыми компрессорами. Характеристики R408A на линии насыщения приведены в приложении 14.

У R408A и R502 при одной и той же температуре давления близки, температура конденсации выше на 10 К. Холодопроизводительность цикла примерно на 1...10 % выше, чем при работе на R502.

Плотность жидкости R408A ниже, чем у хладагента R502 (см. таблицу), а, следовательно, требуемая масса заправки, т. е. имеющиеся в установке ресиверы, трубопроводы и насосы, предназначенные для R502, можно использовать для R408A.

Кроме того, уменьшение массы заправки важно учитывать в малых установках, чтобы не допустить перезаправки во избежание превышения давления и потребляемой мощности. В малых установках снижение заправки может достигать 25 %, а в больших - 15 %.

Как видно из таблицы, R408A более гигроскопичен, чем R502, что связано с необходимостью тщательного соблюдения правил перекачки этого хладагента, заправки систем и т. п. Теплоемкость жидкости при постоянном давлении больше у R408A, что привозит к значительным потерям при дросселировании. Этого можно избежать, увеличив переохлаждение жидкости в конденсаторе. Теплопроводность насыщенной жидкости также больше у R408A. Это повышает эффективность теплообмена, а следовательно, улучшает термодинамические характеристики установки, что и подтвердили испытания.

Потребляемая мощность при отрицательных температурах ниже на 7 %, что важно при ретрофите, так как уменьшает опасность замыкания или сгорания электродвигателя. Поэтому для применения R408A даже в малых герметичных компрессорах нет ограничений.

Из-за высокой полярности молекул одного из компонентов (R143a) хладагент R408A взаимно растворим и с алкилбензольными, и с минеральными маслами. В компактных холодильных системах при стандартных условиях этого достаточно, чтобы обеспечить возврат масла в компрессор. Хладагент R408A можно использовать также в сочетании с полиэфирными маслами.

По отношению к уплотнительным материалам R408A менее агрессивен, чем R502.

В качестве фильтров-осушителей используют молекулярные сита, применяемые для R502 и R22.