6. Классификация рабочих тел, используемых в компрессионных холодильниках.

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. 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.

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

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.

Вода как рабочее тело используется в пароэжекторных холодильных машинах, где можно сжать большие объемы пара.

Воздух является рабочим телом в газовых холодильных машинах.

7. Агрегатные состояния рабочего тела в элементах компрессионного холодильника.

Агрегатное состояние — состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами: способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других основных физических свойств.

В мощных промышленных холодильниках в качестве хладагента используется ядовитый, но эффективный аммиак, производительные турбокомпрессоры и иногда детандеры. В бытовых холодильниках и кондиционерах хладагентом обычно являются более безопасные фреоны, а вместо турбоагрегатов используются поршневые компрессоры и «капиллярные трубки» (дроссели).

В общем случае изменение агрегатного состояния хладагента необязательно — принцип будет рабочим и для постоянно газообразного хладагента, — однако большая теплота изменения агрегатного состояния многократно повышает эффективность рабочего цикла. Но вот если хладагент будет всё время находиться в жидком виде, эффекта не будет — ведь жидкость практически несжимаема, а потому ни повышение, ни снятие давления не изменят её температуру.

В испарительных тепловых насосах высокая эффективность обеспечивается за счёт изменения агрегатного состояния рабочего тела — перехода из жидкости в газ и обратно. Соответственно, этот процесс возможен в относительно узком интервале температур. При слишком высоких температурах рабочее тело всегда останется газообразным, а при слишком низких — будет испаряться с большим трудом или вообще замёрзнет. В результате при выходе температуры за рамки оптимального диапазона наиболее энергоэффективный фазовый переход становится затруднённым или вовсе исключается из рабочего цикла, и КПД компрессионной установки существенно падает, а если хладагент останется постоянно жидким, то она вообще работать не будет.