2.6. Рабочие тела, охлаждающие и охлаждаемые среды, промежуточные хладоагенты

Теплоноситель, циркулирующий в цикле, именуется рабочим телом (РТ).

Теплоноситель, отбирающий теплоту у рабочего тела в холодильниках и конденсаторах, называют охлаждающей средой или хладоагентом.

Целевой поток, подлежащий охлаждению и отдающий теплоту (в испарителях, в холодильниках) называют охлаждаемой средой – это потребитель холода.

Рабочие тела. От свойств рабочего тела зависит тип холодильной машины, ее размеры, конструкционные материалы, условия работы, наконец величина холодильного коэффициента для реального цикла.

К рабочему телу предъявляется ряд требований:

- достаточно низкая температура замерзания (в противном случае ограничены пределы применения рабочего тела);

- малый удельный объем паров при рабочих условиях (это позволяет уменьшить габариты некоторых узлов холодильной машины, а значит,и стоимость аппаратуры)

- высокие значения коэффициентов теплоотдачи (приводит к уменьшению теплообменных поверхностей испарителей, конденсаторов и прочих теплообменников).

- умеренное давление при конденсации паров (чтобы избежать удорожания аппаратуры при высоких давлениях)

- давление кипящего рабочего тела в испарителе должно (желательно) превышать атмосферное: легче предотвратить утечку, чем подсос воздуха извне (это ухудшение теплопередачи в конденсаторе и испарителе, внесение в систему воздуха, а с ним – и водяных паров, повышение рабочего давления, иногда – образование взрывоопасных смесей рабочего тела и воздуха).

Еще ряд требований: хладагент должен быть по возможности:

- экологически приемлемым, в частности – безвредным для человека

- химически инертным к конструкционным материалам, смазочным маслам

- негорючим и взрывоопасным

- доступным и дешевым

По совокупности свойств в наибольшей мере указанным требованиям отвечают аммиак и фреоны (хлор и фторзамещенные предельных низких углеводородов).

В качестве рабочего тела применяют также диоксид углерода и диоксид серы.

В таблице приведены основные характеристики (при атмосферном давлении) некоторых рабочих тел, используемых в настоящее время

Основные физические свойства некоторых рабочих тел

Хладагент	Температура затвердевания	Предельно допустимая концентрация паров в воздухе, %
Воздух	-	-
H2O	0	-
NH3	-77,7	0,5-0,8
CO2	-56,6	25-30
SO2	-75,2	0,5-0,8
CF2Cl2	-155,0	25-30

В последние годы наряду с индивидуальными хладоагентами начинают использовать их бинарные смеси.

Охлаждающие среды (хладоагенты) при их выборе предпочитают доступные и дешевые холодную воду и воздух. При необходимости отнимать теплоту у рабочего тела в конденсаторе на сравнительно низких температурных уровнях приходится применять более дорогие низкотемпературные хладоагенты.

Охлаждение среды. Свойства целевых продуктов процесса производителями холода не регламентируются, они целиком определяются требованиям заказчика

Промежуточные хладоагенты. После получения рабочим телом низкой температуры необходимо от него передать холод потребителю. Если холодильная машина находится близко к потребителю (а иногда она создается прямо для конкретного потребителя), то отвод теплоты в испарителе производится рабочим телом непосредственно от охлаждаемой среды. Но иногда на заводе имеются несколько потребителей холода, и их обслуживает общая холодильная машина. Устанавливать отдельные испарители около каждого потребителя холода, особенно если они удалены друг от друга – невыгодно: будут велики потери теплоты и напора рабочего тела в протяженных коммуникациях холодильной машины до потребителей, сопровождающиеся нарушение тепловых режимов. В этих случаях применяют промежуточные хла-доагенты, забирающие холод ив испарителе холодильной установки (здесь они выполняют роль охлаждаемой среды) и передающие его различным потребителям (здесь они - хладоагенты)

В качестве промежуточных хладоагентов, разносящих холод по системе трубопроводов потребителям используют водные растворы солей. У таких веществ - высокая теплоемкость (т.к. растворитель - вода), а значит, и высокая аккумулирующая способность по теплоте- наиболее распространены так называемые рассолы – концентрированные растворы NaCl, CaCl₂, MgCl₂.Их температура замерзания зависит от концентрации. Выбор рассола и его концентрации определяется требуемой температурой охлаждения (она должна быть выше температуры замерзания рассола). Так, в виде 22%-ого раствора NaCl используют до температуры около (-20°С) (не ниже) растворы CaCl₂ при более низких температурах

Основной недостаток рассолов - коррозионное воздействие на металлы. Для ослабление коррозии в Рассолы добавляются ингибиторы (например 2% - ый раствор Na₂Cr₂O₇).