Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Принципы образования многокомпонентного хладагента

Исследования по повышению энергетических характеристик с при­менением составных компонентов в смеси проводились, как правило, по бинарным смесям. Прежде всего это было связано со сложностями технологических расчетов даже бинарных составов, не говоря о более сложных многокомпонентных смесях. Так, французский ученый Л. Фи­липп предложил использовать в компрессионных холодильниках смесь фреона-12 и фреона-22 для получения двухтемпературных уровней. Смеси с ограниченной растворимостью для трехтемпературной машины Предложил использовать А. И. Лывочкин. Хладагент'на основе /?-1ЗВ1 и R-12 изучался А. П. Кузнецовым и Ю. А. Васютинским. М. Ю. Бояр­ским и В. А. Лапшиным предложена методика расчета энергетических характеристик дроссельных регенеративных холодильных установок, ра­ботающих на смесях, при заданных термодинамических свойствах ра­бочих веществ.

В зарубежной литературе описана каскадная установка со смешан­ным холодильным агентом, состоящим из четырех углеводородов, с по­степенно понижающейся температурой кипения. Эти углеводороды уча­ствуют в комплексном цикле, который состоит, по существу, из четырех парокомпрессорных холодильных циклов, соединенных в каскадную схему, каждый со своими ступенями конденсации, дросселирования и испаре­ния. Однако холодильные агенты не отделены один от другого, а сжатие хладагента происходит в одном компрессоре [46].

Все исследователи бинарных смесей для применения в бытовых холодильниках отмечают резкое снижение теплоотдачи холодильных аг­регатов вследствие наличия в смеси масла, что послужило одним из факторов, сдерживающих применение сложных хладагентов в бытовых холодильниках. Р. В. Хейвуд [43] подробно рассмотрел влияние свойств холодильного агента на эффективность работы холодильной установки. В работе показано, что при выборе холодильного агента следует исхо­дить из ряда соображений:

1) рабочая температура в испарителе должна быть намного выше температуры замерзания при рабочем давлении (точки замерзания при атмосферном давлении) двуокиси углерода ( —56,6°С), аммиака ( —77,7°С) и фреона-12 ( —155°С);

2) давление р в конденсаторе при требуемой температуре должно быть намного больше критического давления рКр (наиболее подходит фреон-12);

3) линия насыщения пара на Т—S-диаграмме должна проходить как можно круче (наиболее подходит фреон-12);

4) холодильный агент должен быть нетоксичен, неогнеопасен и не должен способствовать коррозии (аммиак высокотоксичен, наиболее под­ходит фреон-12).

Этот перечень объясняет причину широкого применения в качестве хладагента фреона-12.1 Что касается сложных хладагентов, то кроме

18 перечисленных требований при формировании и оптимизации смесей необходимо учитывать ряд дополнительных факторов.

Количественный подход, подробно рассмотренный в работе [35], сво­дится к следующему:

1) при заданном уровне охлаждения Тх в качестве основного компо­нента смеси следует выбирать такое вещество, которое обеспечило бы максимальную холодопроизводительность цикла с учетом объемных и прочностных характеристик компрессора при принятых отношениях дав­лений в цикле;

2) для увеличения теплоемкости обратного потока в состав смеси необходимо ввести менее летучий компонент;

3) в состав смеси целесообразно включать небольшое количество вещества, летучесть которого выше летучести основного компонента смеси.

Эта методика была неоднократно апробирована группой ученых под руководством Г. К. Лавренченко. Применительно к бытовым холодиль­никам ими рекомендовано следующее.

1. Выбрать основной компонент, задающий уровень криостатирова - ния («задающий» компонент). Так как давление обратного потока долж­но быть 0,1—0,3 МПа, то необходимо, чтобы у «задающего» компо­нента нормальная температура То была несколько ниже Тх или равня­лась ей. «Задающих» компонентов может быть несколько.

2. По термодинамическим соображениям ввести «промежуточные» компоненты, в результате чего повышается эффективность, расширяется зона расслоения, создаются условия для теплообмена между прямым и обратным потоками, обеспечивается незамерзаемость смеси в связи с возникновением эвтектик и др.

3. Подобрать «специальные» компоненты: например, для получения температуры криостатирования ниже температуры испарения «задаю­щего» компонента, для увеличения давления прямого потока, преду­преждения конденсации смеси при низкой температуре окружающей среды.

На основании изложенной методики для бытовых холодильников с двумя температурными уровнями (0 и — 24 °С) можно предложить для формирования хладагентов приемлемые компоненты: «задающие» — Ф-22: Ф-115, Ф-143, Ф-218; «высокотемпературные» — Ф-21, Ф-114, Ф-142; «промежуточные» — Ф-12, Ф-152А; «специальные» — Ф-13,

Ф-23, С02.