разное

РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

К рабочим веществам холодильных машин и тепловых насосов относят:

• любые вещества (как однокомпонентные, так и смеси), имею­щие нормальную температуру кипения Ts (т. е. Т0 при р0 =0,1МПа) в диапазоне Ts = -130°С... +80°С;

Воздух;

• воду (для производства холода на температурном уровне выше 0°С при соответствующем поддержании давления р<0,1 МПа);

• смеси «агент - сорбент».

Историческая справка о начале использования различных натуральных, синтезированных веществ и их смесей в качестве рабо­чих веществ холодильных машин и тепловых насосов представлена в таблице 6.1.

С 1930-х годов появились и до сегодняшнего дня продолжают появляться химически синтезированные рабочие вещества на основе предельных углеводородов, в которых атомы водорода заменяют атомами фтора, хлора и брома.

Обобщенная химическая формула предельных углеводородов CmH2m+2. Обобщенная химическая формула синтезированных рабочих веществ на основе предельных углеводородов имеет вид CnflJFpClqBrr, где n+p+q+r=2m+2. Максимальное число возможных соединений в результате синтеза определится из уравнения

Таким образом число возможных соединений как производных метана (СН4) составит 15, этана (С2Н6) - 55 (начиная с этана необходимо учитывать также и изомеры), пропана (СзНв) - 332, а бутана (С4Ню) - свыше 1000.

В книгах по холодильным машинам, изданных в 1940-50-ые годы, приводились основные характеристики наиболее распрост­раненных рабочих веществ, число которых не превышало 10. В 1960- 70-ых годах список увеличился до 30. Сейчас сложно перечислить все рабочие вещества, которые выпускаются промышленностью, а число тех, которые находятся в стадии изучения, вообще не подвергается обзору.

Существует международная терминология для описания всех синтезированных рабочих веществ:

НС - вещества, состоящие из атомов Н и С, т. е. углеводороды; HCFC - вещества, состоящие из атомов Н, С, F и С1; HFC - вещества, состоящие из атомов Н, С и F.

Поскольку номенклатура рабочих веществ НС-типа чрезвы­чайно мала, то обычно используют выражение «рабочие вещества HFC - и HCFC-типа» для описания всех однокомпонентных синтезиро­ванных рабочих веществ на основе углеводородов. Эта терминология уже прочно закрепилась в научных публикациях, рекламной продук­ции заводов-изготовителей рабочих веществ и холодильного обору­дования. Очевидно, что ее необходимо широко внедрять и в учебный процесс.

Рабочие вещества HFC - и HCFC-типа многие годы обобщали названием «фреон» (Freon). Термин «Freon» являлся не только первым названием синтезированного рабочего вещества (Freon-12), но и торговой маркой, использование которой в литературе (равно как и других торговых марок) регламентируется международными норма­тивно-правовыми актами. В связи с этим с 1960-х годов многие произ­водители рабочих веществ HFC - и HCFC-типа ввели собственные торговые марки, например «Genotron» («Allied Chemical Corp.», США), «Ucort» («Union Carbide Corp», США); «Iscelon» («Imperial Smelting Corp.», Англия), «Arcton» («Imperial Chemical Ind.», Англия), «Flugene» («Pechiney-Soint-Gobain», Франция), «Kaltron» («Kali - Chemil A. G.», Германия), «Frigen» («Osaka Kinzoku Kogyo Co.», Япония), «Daiflon» («Bibby and Sons Ltd.», Япония), в СССР в 1970-ые годы появился термин «хладон». Одной из последних изменил свою торговую марку на «Suva» мировой лидер по производству новых рабочих веществ HFC - и HCFC-типа фирма «DuPont» (США).

Для единообразия все рабочие вещества стали обозначать R-. Вне зависимости от торговой марки синтезированного рабочего веще­ства, цифра неизменно представляет шифр химического состава. Ранее строго применялось правило шифровки рабочих веществ (в связи с их малым количеством). Сейчас правилу подчиняются только однокомпонентные рабочие вещества. Так соединения без атомов Н для производных метанового ряда обозначают первой цифрой 1, затем к ней добавляют цифру, в которой указывают число атомов фтора. Например, R-12 представляет CF2C12. Для производных этана, пропана и бутана перед цифрой, обозначающей число атомов фтора, указывают цифры 11, 21 или 31, соответственно. Далее добавляют цифру, соответствующую числу атомов Н, например, R-143 описывает C2H2F2. При замене атомов С1 атомами Вг появляются такие обозначения как, например, R-13B1 - CF3Br.

Вышеизложенному правилу не подчиняются смеси рабочих веществ (R-4xx), а также натуральные рабочие вещества (R-7xx), для которых хх - молекулярная масса.

Международным Институтом Холода еще в 1960-ые годы были предприняты попытки создать универсальный классификатор всех рабочих веществ по их химическим формулам, однако желаемый результат до сих пор не достигнут.

В качестве иллюстрации на рис.6.1 приведены «треугольники» метанового и этанового рядов (предложенные Дж. Фироном в 1981 году) - классификация рабочих веществ HFC - и HCFC-типа, позво­ляющая проследить, как изменение химической формулы и, соответ­ственно, молекулярной массы синтезированного вещества влияет на одну из классификационных характеристик - нормальную темпера­туру кипения Ts.

Очевидно, что химическая формула рабочего вещества опреде­ляет все его характеристики: термодинамические, теплофизические, химические, физиологические, а также конструктивно-эксплуатацион­ные.

По рекомендации Международного Института Холода 1997 года общепринятой обобщенной терминологией в научной и учебной литературе должны стать:

• холодильный агент (англ. - refrigerant, фр. - agent frig о rifique), если речь идет исключительно о холодильной машине;

• рабочее вещество (англ. - working fluid, фр. - fluid active), если речь идет о тепловом насосе и/или холодильной машине одновре­менно.