Крайне неблагоприятное воздействие на озоновый слой хладагентов, производимых на основе хлорфторуглеродов (ХФУ) типа CFC (R11, R12, R500, R502…) и в меньшей степени хладагентов (ГХФУ) типа НCFC (R22, R123…) должно окончательно прекратиться в начале ХХI-го века. Полная остановка производства хладагентов категории НCFC предусмотрена к 2030 году.
В существующих установках, уже использующих хладагенты категории CFC должны обусловить их замену переходными хладагентами категории НCFC (FX10, FX56, DP40, HP80, HP81…), являющимися смесями на основе R22.
Отсюда становится понятной важность проблемы повторного использования хладагентов, в особенности категории CFC, с целью возможности, по крайней мере, в первое время продолжать эксплуатацию существующих установок с минимальными издержками.
Ниже приводится краткий обзор технических принципов и основ операций по сливу, очистке и повторному использованию хладагентов, используемых в кондиционерах и холодильном торговом оборудовании.
Баллоны для слива хладагентов
Баллоны, окрашенные в зеленый цвет, поставляются для каждого типа хладагента предварительно отвакуумированными. Каждый баллон снабжен жидкостным и газовым вентилями. Жидкостный вентиль соединяется с сифонной трубкой, доходящей до днища баллона, а газовый связан с трубкой, доходящей до максимального уровня заполнения баллона (80%).
Слив хладагента всегда предпочтительнее осуществлять в жидком состоянии, что позволяет в 30…40 раз сократить длительность по сравнению с опорожнением установки в газообразном состоянии.
Когда вся жидкость будет перелита в баллон, в установке остается хладагент в газовой фазе порядка 10% от полной массы заправки. Эта фаза должна быть извлечена с помощью станции регенерации. Каким бы ни был используемый способ слива хладагента, все соединительные магистрали между баллоном и станцией регенерации должны иметь минимально возможные потери давления с целью максимального ускорения процедуры слива.
При сливе необходимо использование весов для того, чтобы максимальная масса хладагента в баллоне не превышала допустимого значения в зависимости от его объема. Например, для обычных CFC сливной баллон объемом 12 литров, может содержать максимум 12,5 кг хладагента. В случае поломки весов, контроль заполнения баллона можно осуществлять с помощью газового вентиля, слегка открыв его и следя за тем, чтобы из него выходил только газ. Если из газового вентиля начинает выходить жидкость, значит, уровень хладагента в баллоне достиг 80%.
С точностью допустимых величин в баллоне не должно быть другого хладагента, воды или масла.
Слив жидкого хладагента под действием силы тяжести
Для использования этого метода необходимо, чтобы установка имела свой сливной вентиль (3), (см. рис. 6.1) в нижней части жидкостного ресивера.
Баллон предварительно должен быть отвакуумирован. Вентиль выхода жидкости в испаритель (1) должен быть закрыт, а компрессор установки должен работать. Вентиль (2) должен позволять отключение жидкостного ресивера и допускать возможность соединения газового вентиля сливного баллона (Г) с газовой полостью жидкостного ресивера.
 |
По мере заполнения баллона разность давлений между ресивером и баллоном будет уменьшаться, а расход сливаемой жидкости начнет падать. Только тогда, когда расход сливаемой жидкости прекратится или станет слишком слабым, можно будет открыть вентиль (Г) баллона, что обеспечит завершение слива жидкости под действием силы тяжести, то есть самотеком.
Когда вся жидкость перельется в баллон, показания весов будут оставаться неизменными, а внутри установки останется только газ (около 10% массы полной начальной заправки).
Рассмотренный метод слива хладагента может быть реализован только в случае возможности размещения баллона под жидкостным ресивером.
Слив жидкого хладагента с помощью насоса
Как и в предыдущем случае, для накопления жидкости в ресивере необходима работа компрессора, а вентиль выхода жидкости в испаритель (2) (см, рис. 6.2) должен быть закрыт. После заполнения жидкостного ресивера, должен быть также закрыт вентиль (1). В баллоне должен быть вакуум.
Этот метод позволяет очень быстро перекачать хладагент и поэтому является целесообразным для установок с большим его количеством.
 |
Когда в установке останется только газ, то, как и в предыдущем случае, последующее опорожнение заканчивается с использованием станции регенерации.
Слив жидкого хладагента за счет разности температур
Схема слива хладагента этим методом представлена на рис. 6.3.
 |
Здесь вентиль выхода жидкости из ресивера оснащен патрубком отбора давления (1), позволяющим накапливать хладагент в ресивере.
В этом случае необходимо, чтобы баллон был бы более холодным, чем ресивер. Для этого потребуется лед и какая-нибудь емкость (например, большое ведро, как показано на рис. 6.3), либо помещение баллона в холодильную камеру. После открытия вентиля "Ж" жидкость, благодаря вакууму, имеющемуся в баллоне, начнет перетекать в него из ресивера с большим расходом. Далее жидкость продолжает перетекать в сливной баллон, благодаря разности температур между баллоном и ресивером на основе использования принципа холодной стенки Ватта.
Слив жидкого хладагента с использованием компрессора установки
Рассматриваемый способ (рис.6.4) позволяет одновременно понижать давление в баллоне и повышать его в ресивере.
Слив жидкого хладагента с использованием внешнего компрессора
Предыдущий способ связан с частыми выключениями и включениями компрессора. Поэтому, вместо того, чтобы использовать собственный компрессор установки, можно использовать небольшой внешний компрессор, например, компрессор станции регенерации (рис.6.5).
Для защиты компрессора на входе в него устанавливают антикислотный фильтр (1) и отделитель жидкости (2), а на выходе – отделитель масла (3). Поскольку этот метод предполагает всасывание паров хладагента из сливного баллона и нагнетание хладагента в контур, необходимо, чтобы конденсатор станции регенерации не работал. Для этого станция регенерации либо оснащается набором вентилей, обеспечивающих перепуск хладагента минуя конденсатор, либо отключается система охлаждения конденсатора, либо конденсатор закрывается листами картона.
Опорожнение оставшихся паров в установке с использованием станции регенерации
Когда слив жидкого хладагента из установки окончен, в ней в виде паров остается примерно 10% полной массы начальной заправки. Завершить работу по удалению этих паров позволяет станция регенерации. При этом, станцию регенерации соединяют со сливным баллоном так, как показано на рис.6.6.
После продувки шлангов и фиксации показаний весов запускают перекачивающий агрегат. Всасываемые из установки пары будут нагнетаться в конденсатор станции регенерации, а затем направляться в сливной баллон в
 |
жидком состоянии.
Вопросы к разделу 6
1).Почему необходимо повторное использование хладагента?
2). Перечислить основные требования к баллонам для слива хлаагента.
3). Для какой цели необходима станция регенерации?
4) Схема и принцип действия слива хладагента под действием силы тяжести.
5). Привести схему и объяснить принцип действия слива хладагента с помощью насоса.
6). Привести схему и объяснить
принцип действия слива хладагента за счет разности давлений.
7). Привести схему и объяснить принцип действия слива хладагента с использованием внешнего компрессора.
8). Привести схему и объяснить принцип действия слива хладагента с использованием компрессора установки.
9). Привести схему и объяснить принцип действия станции регенерации по удалению оставшихся паров хладагента.
7. Проблемы, вызываемые появлением новых хладагентов
Хладагенты R12, R502, R11, R113, R114 и R500 являются хлорфторуглеродами (ХФУ) и относятся к категории CFC, разрушающие озоновый слой.
В настоящее время в холодильном торговом оборудовании чаще всего используют хладагенты R12 и R502.
В Монреале в сентябре 1987г было решено исключить указанные хладагенты из эксплуатации в течение 10 лет. В июле 1990г в Лондоне к перечисленным хладагентам добавили R13 и R503. Более того, к 2040г было предусмотрено изъятие из обращения другой категории хладагентов – гидрохлорфторуглеродов (HCFC), к которым был причислен R22.
Начиная с 1 января 1995г, производство хладагентов категории CFC прекращено, а хладагенты категории HCFC пока получают отсрочку до 2015г.
Использование хладагентов категории HCFC в новых установках для стран ЕС запрещено с 01.01.2004г.
Для вновь разрабатываемых установок предлагается использовать хладагенты категории фторуглеводородов HFC, имеющих ничтожное воздействие на окружающую среду. Среди этих хладагентов сегодня наиболее известны R134a, R404a, R407с и R410а.
Для существующих установок, работающих на хладагентах категории CFC, в последующем могут быть использованы переходные хладагенты типа FX56, DP40, FX10, HP80 и др. Эти промежуточные хладагенты являются смесями хладагентов категорий HFC и HCFC попадают под ограничения, установленные для R22, и также в перспективе должны будут исчезнуть.
Проблемы, возникающие при использовании хладагентов категории HFC в новых установках
В отличие от хладагентов категории СFC (R12, R502…) хладагенты категории HFC не содержат хлора и имеют нулевой потенциал разрушения озона и весьма незначительное влияние на глобальное потепление. Поэтому они должны будут использоваться во вновь разрабатываемых установках.
В настоящее время можно говорить о следующих областях использования:
· R134a должен окончательно заменить R12 в областях высоких и средних температур (особенно в автомобильных кондиционерах);
· R404a должен окончательно заменить R502 в областях средних и низких температур;
· R407с и R410а следует использовать в центральных кондиционерах.
Однако использование хладагентов категории HFC порождает и следующие проблемы:
ü компрессоры должны заправляться чистым минеральным маслом, называемым "эфирным";
ü используемый компрессор, ТРВ, фильтр-осушитель, смотровое стекло и теплообменники должны быть предназначены для работы с хладагентами категории для работы с хладагентами категории HFC;
ü набор манометров со шлангами должен быть предназначен для работы с хладагентами категории HFC;
ü для помывки контура использовать эфирное масло или эфир;
ü обязательно обеспечивать электроподогрев картера компрессора во время остановок;
ü остановку компрессора производить с реализацией предварительного вакуумирования;
ü при оснащении компрессора масляным насосом рекомендуется устанавливать реле контроля давления масла;
ü в связи с отсутствием хлора в хладагентах категории HFC поиск утечек нельзя осуществлять с помощью галогенных ламп.
Хладагент R134a является однокомпонентным веществом, и поэтому заправлять установку можно как в жидкой, так и газовой фазе. Масса R134a, заправляемого в контур на 10…20% ниже массы R12.
Хладагент R404a представляет собой смесь 3-х веществ категории HFC (44% R125 + 52% R143a + 4% R134a) и, как уже указывалось, предназначен для замены R502. В отличие от R502, который является азеотропной смесью категории СFC, т.е. при изменении агрегатного состояния ведет себя как индивидуальное вещество, то R404a является около азеотропной смесью. Это означает, что при постоянном давлении температура, при которой происходит изменение агрегатного состояния, может изменяться в узком диапазоне (температурный глайд, т.е. разность температур фазового перехода при постоянном давлении составляет ≈ 0,6 град.). Тем не менее, такое явление неизотермичности требует, чтобы заправка и дозаправка установки всегда производилась жидким R404a.
При использовании R404a рекомендуется устанавливать ТРВ с внешним уравниванием давления.
Проблемы, возникающие в существующих установках с исчезновением хладагентов категории СFC
Для продления жизни существующих установок, использующих хладагенты категории СFC, предлагается их заменять смесями хладагентов категории HCFC, обеспечивающими с максимально возможной точностью те же внешние и внутренние параметры установок и требующими минимального объема доработок.
Преимущество смесей хладагентов категории HCFC
Основное преимущество смесей HCFC заключается в том, что они совместимы с маслами традиционно используемыми с CFC.
Недостаток смесей HCFC
Эти смеси имеют температурный глайд при изменении агрегатного состояния, который для некоторых переходных смесей, заменяющих R12, может превышать 8град. Поэтому заправка или дозаправка установок HCFC должна производиться только в жидкой фазе.
При этом необходимо учитывать, что при работе установки из-за наличия температурного глайда будет возникать разница температур кипения и конденсации между входом и выходом. В испарителе следует учитывать, что температура на входе будет ниже, чем на выходе на эту разницу, соответствующей температурному глайду, а в конденсаторе наоборот – температура на входе будет выше, чем на выходе.
Процедура последовательности переоборудования установок под смеси HCFC
1). Необходимо составить перечень значений рабочих параметров установки при работе на существующем хладагенте категории CFC.
2). После закрытия вентиля выхода жидкости из ресивера и перекачки всего хладагента в жидкостный ресивер слить хладагент категории CFC, а после откачки из установки остатков хладагента, находящегося в контуре в газовой фазе, необходимо взвесить весь слитый хладагент. В последующем необходимо слить масло.
3). Залить свежее масло в компрессор в том же количестве, которое было слито. Необходимо заменить фильтр-осушитель и отвакуумировать контур.
4). Осуществить заправку, находящейся под вакуумом установку смесью HCFC в жидкой фазе в количестве ≈ 70…80% от массы слитого хладагента категории CFC, а затем запустить компрессор.
5). В конце процедуры переоборудования следует проверить настройку задающей аппаратуры (термостатов и предохранительных устройств), осуществить поиск возможных утечек и промаркировать установку, т.е. указать тип хладагента и марку масла.
Вопросы к разделу 7
1). Какие хладагенты относятся к категории СFC?
2). Какие хладагенты относятся к категории HFC и в чем их основное преимущество?
3). Какими хладагентами в переходный период будут замещаться хладагенты категории СFC?
4). Какие проблемы возникают при использовании хладагентов категории HFC?
5). Для замены какого хладагента предназначен хладагент R404а?
6).С каким типом ТРВ следует работать в холодильных установках, использующих хладагент R404а?
7). В чем преимущество и недостаток смесей хладагентов категории HCFC?
8. Перечислить последовательность переоборудования установок под смеси HCFC.