Choice of hydrocarbons as refrigerants

Cover Page

Cite item

Abstract

For the substitutes of R12 and R22 refrigerants the basic thermodynamic characteristics and calculated parameters of an ideal refrigeration cycle are given at the temperatures of -10 C and 30 °С for boiling and condensation, accordingly. For some compressors the data reported by manufacturers are analyzed and compared with the values of refrigerating factor evaluated for an ideal refrigeration cycle.

Full Text

Обусловленная решениями Монреальского протокола необходимость замены R12 в действующем и новом холодильном оборудовании на временные альтернативные смесевые и чистые озонобезопасные хладагенты привела к появлению большого количества различных хладагентов, позволяющих решить поставленную задачу. Вместе с тем, как показывают результаты теоретических расчетов и практика, технические характеристики холодильного оборудования после ретрофита ухудшаются и возрастают эксплуатационные расходы.

Для относительной оценки эффективности холодильного цикла авторами были рассмотрены хладагенты, наиболее часто рекомендуемые в проспектах западных фирм и заводов-изготовителей в странах СНГ.

Основные термодинамические характеристики анализируемых хладагентов приведены в табл. 1. Взамен R12 и R22, значения ODP (относительная величина озоноразрушающего потенциала) которых меньше единицы, предложены смесевые хладагенты производства западных фирм и заводов России. Для ретрофита холодильного оборудования, работающего на R12, представляют практический интерес смесевые хладагенты с небольшой величиной глайда и совместимые с минеральным маслом. Менее предпочтительны хладагенты, в сочетании с которыми требуется использовать алкилбензольное или полиэфирное масла. Практически все смесевые хладагенты, за исключением "Экохола-2" и R227ea, имеют молекулярную массу, меньшую, чем у R12. В результате этого удельная работа, затрачиваемая на сжатие смесевых хладагентов, будет больше.

 

Таблица 1. Основные термодинамические характеристики временных и постоянных заменителей R12 и R22 в холодильном компрессорном оборудовании

Хладагент

Компоненты

Состав, мас.%

Молек. масса, г/м ОЛЬ

tн.к,°С

tкр,

°С

pкр, МПа

ODP

GWP

Холодильное масло

R12

CCI2F2

100

120,91

-29,8

111.8

4,12

0,9

8500

М

R134a

CH2F-CF3

100

102,03

-26,1

101,1

4,06

0,0

1300

ПЭ

R404A, (НР-62)

R125/R143a/Rl34a

44/52/4

97,60

-46,5

72,1

3,73

0,0

3850

ПЭ

R407C, (К1еа 66)

R32/RI25/RI34a

23/25/52

86,20

-43,6

87,3

4,82

0,0

1370

ПЭ

R507A, (AZ-50)

R125/R143a

50/50

98,36

-46,7

70,9

3.79

0,0

3900

ПЭ

R227ea. (Fm-200)

CF3-CHF-CF3

100

170,03

-18,3

103,5

2,95

0,0

3300

ПЭ

Cl OMI A, (MILE "В")

R22/R21/R142b

65/5/30

91,0

-35

117

5,0

0,05

1805

М

"Экохол-2"

RI42b/RC318

42/58

141,3

-14

128

3,27

0,04

4600

М

"Экохол-3"

R22/R142b/RC318

40/48/12

100

-33

117

4.5

0,05

2730

М

Смесь

R22/R600a

85/15

80.6

-41

109.1

4,7

0,04

1450

М

R152a

CH3-CHF2

100

60,05

-24

113,3

4,52

0,0

140

ПЭ

R600a (изобутан)

(CH3)2CH-CH2-CH3

100

58,12

-11,8

135

3,65

0,0

 

М

R1270(пропилен)

CH3CH=CH2

100

42,09

-47,7

92,4

4,62

0.0

 

М

RC270 (циклопропилен)

-CH2 - CH2 – CH2-

100

42.08

-33,5

125,2

5,58

0,0

 

М

R290 (пропан)

CH3 – CH2 – CH3

100

44

-42,1

96,8

4,25

0,0

 

М

R22

CHClF2

100

86,5

-40,8

96,2

4,99

0,05

1700

М

Смесь

R22/R142b

60/40

91,6

-35,3

НО

4,8

0,04

2000

М

CI

R152a/R600a

70/30

63,42

-30,0

120,4

4,04

0,0

98

 

Смесь

R290/R600a

50/50

50,15

-33,7

113,2

3,94

0,0

 

М

Смесь

R290/R600

60/40

48,7

-34,7

115,6

4,08

0,0

 

М

С10

R22/R21

50/50

94

-29,8

134,1

5,2

0,05

1800

М

Примечание. tн.к - температура кипения хладагента при нормальном атмосферном давлении; tкр и ркр - критические температура и давление хладагента; ODP - величина озоноразрушающего потенциала относительно R11; GWP — относительная величина теплового потенциала галоидопроизводных хладагентов для 100-летнсго периода; М, ПЭ — тип холодильного масла на минеральной и полиэфирной основе соответственно.

 

Проведена оценка основных показателей хладагентов, поставляемых на рынок с гран СНГ, применение которых не ограничено Монреальским протоколом.

В табл. 2 даны основные параметры идеального холодильного термодинамического цикла при температурах кипения t0= -10°С и конденсации, tк=30°С. Как видно из табл. 2, холодильный коэффициент в идеальном t термодинамическом цикле достаточно высокий - ε=5,3 ± 0,3. Это говорит о том, что на данных хладагентах могут быть созданы эффективные холодильные агрегаты.

 

Таблица 2. Параметры идеального холодильного цикла при характерных температурах: t0=-10°C, tк=30°C

Хладагент

M, г/ моль

p1, МПа

t2, °С

p2, МПа

πк

ρ1, кг/м3

q1, кДж/кг

qv, кДж/м3

l, кДж/кг

εид

Глайд, °С

R12

120,9

0,22

37,9

0,74

3,36

12,9

119

1535

22

5,41

0

R134a

102,0

0,20

35,4

0,77

3,85

9,92

154

1528

28

5,50

0

R404A

97,6

0,43

35

1,41

3.28

21,6

121

2614

24

5,04

0,7

R407C

86,2

0,32

43,3

1,17

3,66

13,6

174

2366

32

5,44

5,5

R507A

98,9

0,45

34,4

1,46

3,24

23,4

113

2644

23

4,91

0

R227ea

170,03

0,13

30,0

0,54

3,97

11,12

82,9

922

16,5

5,02

0

C10M1A (MILE "В")

91,0

0,19

48,3

0,74

3,89

8,35

182

1520

33

5,51

9

"Экохол-2"

141,3

0,13

30

0,50

3,85

8,96

105

941

20

5,25

0

"Экохол-З"

100

0,17

39,6

0,64

3,76

7,99

166

1326

29,6

5,61

9

0.85R22/0,15R600a

80,6

0,32

44,3

1,08

3,37

13,0

174

2262

32

5,44

2,2

RI 52а

66,0

0,18

44,4

0,69

3,83

5,85

247

1445

44

5,61

0

R600a

58,12

0,11

30

0,40

3,64

3,01

289

870

53

5,45

0

R1270

42,08

0,43

40,6

1,31

3,04

9,15

291

2664

54,7

5,32

0

RC270

42,08

0,25

49,4

0,83

3,35

5,04

363

1833

64,2

5,67

0

R290

44,1

0,35

35,2

1,08

3,12

7,64

284

2168

53,2

5,32

0

R22

86,5

0,35

51,8

1,19

3,40

15,2

167

2538

30,5

5,47

0

0,6R22/0,4R142b

91,6

0,19

56,3

0,92

4,74

8,60

168

1150

38,1

4,42

8,1

0,7R152a/0,3R600a

63,42

0,22

36,4

0,77

3,51

6,81

232

1577

42,1

5,5

0,5

0,5R290/0,5R600a

51,1

0,18

40,2

0,78

4,3

4,42

279

1231

62,5

4,30

7,2

0,6R290/0,4R600

48,7

0,15

47,1

0,80

5,2

3,57

294

1050

74,5

3,95

11,8

0,5R22/0,5R21

94

0,10

88,1

0,73

8,2

3,93

190

746

55,1

3,45

20

Примечание. М - молекулярная масса хладагента; р1 давление хладагента в испарителе на входе в компрессор; р2 — давление хладагента на выходе из компрессора; t2 – температура хладагента при адиабатическом сжатии на выходе из компрессора; πк – степень повышения давления хладагента в компрессоре; ρ1 - плотность хладагента на входе в компрессор: q1 и qv — удельная массовая и объемная холодопроизводительность идеального термодинамического никла; / — удельная адиабатная работа на сжатие пара хладагента в компрессоре; εид - холодильный коэффициент идеального термодинамическою цикла; Глайд - температурный диапазон фазового перехода хладагента при постоянном давлении.

 

Для замены R12 в качестве временного решения предложены смесевые хладагенты с ODP больше 0: CIO М1 А, "Экохол-2", "Экохол-3", смесь 0.85R22/0,15R600a, применение которых не связано с необходимостью замены минерального масла в холодильном оборудовании. Если при использовании хладагентов R134а, С10МІА, "Экохол-3" и смеси 0,85R22/0,15R600a холодопроизводительность оборудования практически сохраняется, то при работе на смесевом хладагенте "Экохол-2" она уменьшается на 15—20%1. Хладагент R134а, наиболее близкий по теплофизическим свойствам к R12, используют, как правило, в новом оборудовании в сочетании с полиэфирным холодильным маслом.

Для замены R22 предлагаются R404A, R407C и R507a. Хладагент R507a бинарный и азеотропный, а из хладагентов R404A и R407C предпочтителен R404A, имеющий меньшее значение глайда. При выборе хладагента необходимо учитывать особенности конструкции и условия эксплуатации холодильного оборудования. Смесевые хладагенты рекомендуются для холодильных агрегатов с герметичным компрессором.

При использовании углеводородов из-за более низкого значения их молекулярной массы требуется разработка нового компрессорного оборудования. Термодинамические характеристики углеводородов позволяют получить по сравнению с R12 и R22 более высокие значения холодильного коэффициента в идеальном холодильном термодинамическом цикле. Вместе с тем, учитывая пожаро- и взрывоопасность углеводородов, необходимо обеспечить специальные условия для надежной эксплуатации такого оборудования.

В табл. 3 приведены паспортные характеристики некоторых холодильных компрессоров, поставляемых на рынок зарубежными фирмами и заводами-изготовителями стран СНГ. Показано, что в современных холодильных компрессорах в основном применяются хладагенты R22, R134a, R404A, R407C и R507A. К паспортным характеристикам, приводимым в рекламных проспектах, необходимо относиться критически. Так, например, холодильный коэффициент компрессоров фирмы Danfoss типа МТ-18 превышает значение, соответствующее идеальному циклу, что вызывает вопрос: за счет чего получены такие показатели? Для остальных импортных компрессоров εид/ε≈0,65. Для компрессоров БелОМО (ХГВ-9,0) и Ярославского АО "Холодмаш" ε/εид≈0,41, а для компрессоров фирмы "Атлант’" ε/εид≈0,57. Холодильные компрессоры, производимые в странах СНГ, имеют более низкие по сравнению с компрессорами зарубежных фирм холодильные коэффициенты. Поэтому необходимо провести исследования с целью определения параметров реального холодильного цикла и теплогидравлических характеристик холодильного оборудования. Это в конечном итоге позволит разработать и внедрить технические предложения по существенному повышению его эксплуатационных характеристик на предлагаемых хладагентах.

 

Таблица 3. Характеристики компрессоров холодильного оборудования

Тип компрессора

Хладагент

t0, °С

tк, °С

Q0, кВт

L, кВт

ε

εид

Danfoss, МТ-18

R22

-10

40

5.663

1,22

4,64

4,11

Danfoss, МТ-18

R407C

-10

40

5,763

1,11

5,19

3,93

Danfoss. МТ-18

R134a

-10

40

3,883

0,84

4,62

4,03

Bitzer. 2U-3,2Y

R134a

-10

40

5,920

2,20

2,69

4,03

Bitzer. 2DL-3,2Y

R407C

-10

40

5,550

2,27

2,42

5,44

Bitzer,2 EL-2,2

R22

-10

40

5,900

2,38

2,48

4,11

ВОСК, НА 4/310-4

R22

-10

30

16.8

4,3

3,90

5,45

ВОСК, НАХ 4/310-4

R134a

-10

30

10,5

3,2

3,28

5,43

ВОСК, НАХ 3/155-4

R404A

-10

30

9,27

2,6

3,56

5,04

ВОСК, НАХ 3/155-4

R507A

-10

30

9,27

2,6

3,56

4,91

БелОМО. ХГВ-9,0

R22

-10

30

6,52

3,0

2,17

5,45

Ярославское RGP12TB

R134a

-15

30

0,545

0,28

1,95

4,61

"Атлант", C-KM120H2

R134a

-23,3

54,4

0,122

0,107

1,14

2,01

Danfoss, NL7F

R134a

-10

55

0,292

0,226

1,29

2,00

Danfoss, SC10CL

R507A

10

45

0,750

0,485

1,55

2,59

Danfoss, SC12CL

R404A

-10

45

0,940

0,595

1,58

2,91

Примечание. t0 и tк - температура кипения и конденсации соответственно; Q0 - холодопроизводительность; L адиабатная работа на сжатие пара в компрессоре; ε и εид — холодильный коэффициент соответственно действительный и в идеальном цикле.

 

Следует отметить пассивность рекламы хладагентов, производимых в России, которые могут достойно конкурировать с импортными хладагентами на рынке стран СНГ. Особое внимание изготовители отечественных хладагентов должны обратить на качество и цену, которые являются для потребителя определяющими при выборе продукции.

1Сухомлинов И.Я., Головин М.В., Славуцкий Д.Л., Тимофеев БД., Беляева О.В. Использование отечественных смесей хладагентов для ретрофита холодильных машин с центробежными компрессорами // Холодильная техника. № 6/2001.

×

About the authors

O. V. Belyaeva

Institute of Energy of the National Academy of Sciences of Belarus

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

PhD in Engineering

Belarus, Minsk

A. Zh. Grebenkov

Institute of Energy of the National Academy of Sciences of Belarus

Email: info@eco-vector.com

PhD in Engineering

Belarus, Minsk

B. D. Timofeev

Institute of Energy of the National Academy of Sciences of Belarus

Email: info@eco-vector.com

D. in Engineering, Professor

Belarus, Minsk

References


Copyright (c) 2002 Belyaeva O.V., Grebenkov A.Z., Timofeev B.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies