БИНАРНЫЕ ХЛАДАГЕНТЫ НА ОСНОВЕ АММИАКА – РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА МАЛЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Короткий зміст

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації, відображається зв'язок з державними програмами і темами, сформульована мета і задачі досліджень. Наведено нові наукові результати, конкретний особистий внесок здобувача, відомості про апробацію результатів і основні публікації.

У першому розділі проведено огляд та аналіз історії розвитку холодильних агентів. Огляд показує, що за останні десятиліття вже змінилися декілька поколінь холодоагентів. Деякі речовини, які до недавнього часу вважалися новітніми та екологічно безпечними, сьогодні виводяться з використання. Тому проблема пошуку нових холодоагентів, таких, що не завдають шкоди навколишньому середовищу, мають високу термодинамічну ефективність і здатних забезпечити безпечну експлуатацію холодильних установок, сьогодні актуальна як ніколи.

Розглядається питання про те, що в даний час змінилися критерії вибору холодильних агентів. Так, якщо раніше основним критерієм вибору холодоагентів були термодинамічні властивості, то сьогодні ситуація змінилася. Завдяки Монреальському та Кіотському протоколам більшість холодоагентів, які застосовувалися раніше і мали практично ідеальні термодинамічні властивості, потрапили під заборону і були заборонені для використання в новому обладнанні. У свій час така доля спіткала холодоагенти R11 і R12, тепер приходить час і відмови від R22.

Більшість європейських країн у питанні екології просунулися ще далі. Активно впроваджуються нові екологічні програми, такі як Європрограма 20-20-20, заборона фторовмісних холодоагентів та інші. Це призвело до того що, наприклад, в Данії максимальна заправка холодоагентами HFC обмежена 10 кг. У європейських країнах переходять на природні холодоагенти – аміак, вуглеводні, вуглекислий газ. Так, наглядові органи Німеччини не контролюють використання систем, що містять менше 3 тонн аміаку. При нинішньому рівні холодильного машинобудування, коли на 1 кВт холоду витрачається менше 100 грам аміаку, подібні дозволи практично звільняють від нагляду всі можливі системи промислового штучного холоду. У Європі в 2011 році функціонувало більше 2000 холодильних машин, що працюють на CO₂, з використанням транскритичного циклу.

Розглянуто методику оцінки вибору холодоагенту з урахуванням всього життєвого циклу холодильної установки. Для холодильної техніки очевидно, що витрата енергії в період експлуатації вносить найбільший вклад у вплив на навколишнє середовище за рахунок виділення діоксиду вуглецю в атмосферу.

Також розглянуті експериментальні дослідження різних авторів, що стосуються переведення холодильної техніки на природні холодоагенти. Як показують експерименти, холодоагенти R12, R22, R134a, R404A і R407C цілком можна замінити природними холодоагентами, такими як R290, R600а, R1270, причому зробити це можна в існуючих системах без серйозних модернізацій і, в більшості випадків, без шкоди енергетичній ефективності.

У другому розділі обґрунтований вибір компонентів для досліджуваної суміші. Розглянуто типи фазової поведінки в сумішах на основі аміаку. На спроектованому експериментальному стенді проведені дослідження взаємної розчинності і фазових рівноваг суміші R717/R152a у всьому діапазоні концентрацій. Проведений аналіз та обробка отриманих результатів, визначена нормальна температура кипіння суміші у всьому діапазоні концентрацій. Запропоновано декілька варіантів кореляцій для опису термодинамічних властивостей досліджуваної суміші і визначена азеотропна концентрація суміші.

В якості компонентів суміші нами було запропоновано використання аміаку та діфторетана (R152a). Вибір діфторетана обґрунтований насамперед його екологічними властивостями – він має нульовий коефіцієнт руйнування озонового шару і потенціал глобального потепління GWP=140. Це один з небагатьох холодоагентів, який задовольняє вимогам Монреальського та Кіотського протоколів.

В даний час активно досліджуються і пропонуються нові суміші на основі аміаку. Відмінно себе показала суміш R723. Активно проводяться робота в галузі дослідження аміаку з природними холодоагентами, зокрема з вуглеводнями. Непогані результати показали суміші R717/R218, R717/R290, R717/RC318. Наведені вище суміші аміаку дозволяють поліпшити термодинамічні характеристики циклів, знизити термонапруженість компресора, а також поліпшити розчинність аміаку з мінеральними мастилами.

Експериментальні дослідження взаємної розчинності бінарної суміші R717/R152a були проведені за допомогою вимірювального осередку, що реалізує статичний синтетичний метод з візуальним спостереженням за появою міжфазної межі розділу фаз (рідина-рідина).

Суміш R717/R152a була досліджена у всьому діапазоні масових концентрацій, в температурному діапазоні (-75)-(+50) °С. В результаті експерименту криві розшарування не були помічені і поведінка рідини відповідала поведінці гомогенного розчину. Звідси можна зробити висновок, що в досліджуваному інтервалі температур суміш R717/R152a характеризується повною взаємною розчинністю у всьому діапазоні концентрацій.