В настоящее время в холодильной технике и в аэродромных кондиционерах применяется великое множество хладагентов. Но большая их численность приводит к тому, что подчас затруднительно бывает найти в продаже именно тот хладон, который обозначен для использования производителями кондиционеров. Поэтому очень актуален вопрос возможной замены в отдельных случаях «хладонов-оригиналов» хладонами-заменителями». Наиболее интересными и перспективными в этой роли нам представляются смеси хладонов, так как смешение позволяет добиться необходимых термодинамических и эксплуатационных характеристик.

В молекулярной теории растворов различают зеотропные (неазеотропные) и азеотропные смеси.

Смесь азеотропного состава аналогична чистому веществу, поскольку состав паровой и жидкой фаз у нее одинаков, а давления в точках конденсации и кипения совпадают.

Концентрации паровой и жидкой фаз зеотропной смеси  различаются; кипение при постоянном давлении происходит при увеличении температуры хладагента, а конденсация – при падении температуры.

Температуры кипения и конденсации у зеотропной смеси хладагентов определяются сложнее. Температура кипения равна средней температуре между температурой точки росы при постоянном давлении всасывания и температурой, при которой хладагент попадает в испаритель. Температура конденсации равна средней температуре между температурой точки росы и температурой жидкости на выходе из конденсатора.

Зеотропные смеси имеют преимущества и недостатки. Изменение состава рабочего тела при циркуляции его по контуру холодильной системы может привести к возрастанию холодопроизводительности и холодильного коэффициента. В то же время, применение зеотропных смесей приводит к снижению интенсивности теплообмена и к изменению состава смеси при возникновении утечек, что влияет на пожаробезопасность и холодопроизводительность установки.

Одним из наиболее интересных хладагентов признается R502 – зеотропнаяя смесь хладагентов R22 и R115. Массовая доля R22 составляет 48,8%, a R115 – 51,2%. Относится к группе ХФУ. Невзрывоопасен, малотоксичен и химически инертен к металлам. Растворимость R502 в маслах, коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации близки к соответствующим значениям для R22, малорастворим в воде. Объемная холодопроизводительность его выше, а температура нагнетания ниже примерно на 20°С, чем у R22, что положительно сказывается на температуре обмотки электродвигателя при эксплуатации спирального герметичного холодильного компрессора, как на аэродромном кондиционере АК-1,6-20-1-1.

Другим интересным с точки зрения использования в аэродромных кондиционерах является хладагент R123, который относится к группе ГХФУ. Температура кипения при атмосферных условиях 27,9 °С. Потенциал разрушения озона ODP = 0,02, потенциал глобального потепления GWP = 90. Хладагент предназначен для холодильных установок работающих на R11. Температура и давление конденсации ниже на 10° чем у R11. В аэродромных кондиционерах можно использовать в циклах каскадных холодильных машин.

В качестве альтернативных хладагентов наиболее интересны R404A , R409A и R401A.

Хладагент R404а – зеотропная смесь R125/R143a/R134a с соотношением массовых долей компонентов 44/52/4 c nемпературныv глайдjv менее 0,5К. В зависимости от условий эксплуатации обеспечиваются повышение холодопроизводительности на 4…5 % и снижение температуры нагнетания в компрессоре до 8 % по сравнению с аналогичными характеристиками компонентов смеси. Целесообразно использовать в кондиционерах, рассчитанных на низкие и средние температуры кипения. R404а не следует смешивать с воздухом и допускать присутствия высоких концентраций воздуха с давлением выше атмосферного или при высоких температурах.

Хладагент R409A - смесь на основе ГХФУ: R22, R124 и R142. Массовые доли компонентов составляют соответственно 60; 25 и 15. Температура кипения при атмосферных условиях -34 ^oС. Потенциал разрушения озона ODP = 0,05. Хладагент негорюч и неядовит, совместим с минеральными, а также с алкилбензольными маслами. Предназначен для использования в парокомпрессионных холодильных установках с поршневыми и винтовыми компрессорами.

Хладагент R401A – зеотропная смесь среднего давления с температурным глайдом Dt_gl= 4…5К. Рекомендуется для замены R12 в кондиционере АК-0,4-9А. В зависимости от условий эксплуатации холодопроизводительность холодильной системы, в которой ранее был R12, увеличивается на 5…8 %. Хладагент R401 несовместим с минеральными маслами, поэтому при замене R12 необходимо заправлять холодильный агрегат алкилбензольным маслом. R401A Хладагент рекомендуется применять в высоко- (выше О ^oС) и среднетемпературных холодильных установках (герметичные, бессальниковые компрессоры и компрессоры с открытым приводом). Холодопроизводительность холодильной системы, работающей на R401, сопоставима с холодопроизводительностью систем на R12 при температурах кипения выше -25 ^oС.

В Российской Федерации разработан хладагент С10М1 – трехкомпонентная смесь на основе гидрохлорфторуглеродов R22/R21/R14. Предназначена смесь С10М1 для замены хладагентов холодильных систем, работающих на R12. Анализ термодинамических и эксплуатационных свойств этого хладагента показывает возможность замены R12 на аэродромном кондиционере АК-0,4-9А.

Хладагенты С10М1 нетоксичны, негорючи и по основным физико-химическим, термодинамическим и эксплуатационным свойствам сходны с хладагентом R12.

Технология перевода аэродромных кондиционеров с хладагента R12 на смеси С10М1 отработана и оптимизирована. Обязательное условие применения смесей – заправка оборудования хладагентом в жидкой фазе, т.е аналогично кондиционеру АК-0,4-9А.

В последние годы наиболее широк используемым хладагентом в парокомпрессионных холодильных низко- и среднетемпературных установках является R 134A. Тенденция применения данного хладагента не обошла и аэродромные кондиционеры ВВС Российской Федерации. В цикле холодильной машины кондиционера АК-0,4-1М используется как раз R 134A. Такие преимущества данного хладагента, как высокая озонобезопасность и низкая температура кипения, нивелируются высокой стоимостью самого агента и необходимостью использовать импортные компрессорные установки.

Поэтому в настоящее время идет активный поиск отечественной альтернативы R134a. В результате комплексных исследований в НИИ тепловых процессов им. В. М. Келдыша (Россия) разработан ряд многокомпонентных озонобезопасных хладагентов взамен R134a в качестве альтернативы R12. Наиболее перспективный из них хладагент С1 (азеотропная смесь R152/R600a), представляющий собой смесь углеводородов и фторуглеродов. Результаты исследований свидетельствуют о высоких теплофизических и эксплуатационных свойствах хладагентов и низком энергопотреблении холодильников, где используют эти хладагенты.

Исследования показали, что холодопроизводительность и холодильный коэффициент компрессоров, заправленных смесью С1 в диапазоне температур кипения, характерных для аэродромных кондиционеров, соответствуют аналогичным параметрам для R12 и тем более для R134a.

На сегодняшний день в аэродромных кондиционерах используются разнообразные хладоны. Постоянно ведется поиск наиболее дешевых, наиболее эффективных и безопасных хладагентов. Нам представляется, что использование в холодильных машинах смесей, как зеотропных, так и азеотропных, есть ключ к решению проблемы поиска наиболее приемлемых хладагентов.

1. Бараненко А. В. Холодильные машины. Учебник для ВУЗов.-СПб.: Политехника, 1997, -992 с.
2. Курылев Е. С. Холодильные установки. Учебник для ВУЗов. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с

Все статьи автора «Дзюбенко Олег Леонидович»