Холодильные агенты (хладагенты): виды, свойства

В 1890-м году произошел один из важнейших научных прорывов. Этот год знаменовал появление первых хладагентов, благодаря которым, на сегодняшний день, мы имеем кондиционеры и холодильники, хотя совсем недавно такие изобретения казались невозможными.

Что такое хладагенты и их характеристика

Холодильные агенты - это специальные жидкости, которые подвергаются фазовым изменениям от жидкости к газу. Благодаря таким свойствам, данные вещества способны поглощать тепло, охлаждая окружающую среду.

К данным субстанциям должны предъявляться ряд требований. Основными из них являются:

• безопасность соединения;
• негорючесть;
• инертность;
• отсутствие токсичности.

В случае, если эти требования не выполняются, соединения могут быть не только взрывоопасными, но и опасными для жизни.

Кем и когда были созданы первые холодильные агенты?

Впервые хладагенты появились в конце 1890 года. Создателем уникального соединения был Фредерик Свортс, который синтезировал ХФУ. Ученый подверг изменению химический процесс, заменив ионы хлора на футурид. В 1920 году Томасу Мидгли удалось улучшить соединение. Своей целью он видел внедрить ХФУ в качестве хладагента в промышленность, в которой до этого момента использовался аммиак, хлорметан и диоксид серы. Данные соединения были вредными и достаточно горючими, однако за неимением альтернатив использовались в крупной промышленности.

Самым популярным холодильным агентом в эти годы был "Дюпон", известный больше под названием "фреон". Это было одно из самых безопасных соединений 20 века, которое великолепно выполняло свои функции. Однако в 1970 году было доказано, что данное соединение разрушает озоновый слой и его очень быстро ликвидировали. Соединение было заменено аммиаком, но и в этом случае было выявлено негативное действие на окружающую среду. Оказалось, что аммиак препятствует проникновению ИК-лучей через атмосферу, что приводит к изменению климата.

В конце 90-х годов все ХФУ были заменены на ГХФУ, или гидрохлорфторуглерод. Самым популярным видом является R-22. Эти хладагенты имели менее разрушительные свойства, однако не являлись полностью безопасными. Перед учеными поставили задачу - создание экологичного хладагента. Так на место ГХФУ пришел ГФУ. Это соединение не содержало ионы хлора, но все же разрушало озоновый слой через парниковые газы.

Современные виды хладагентов

Несмотря на разрушительное действие, на данный момент, используются следующие виды холодильных агентов:

• хлорфторуглероды (ХФУ);
• гидрохлорофторуглерод (ГХФУ);
• гидрофторуглерод (ГФУ).

Данные соединения по прежнему разрушают озоновый слой земли, однако аналогов, которые превзойдут их по физическим свойствам до сих пор нет. Не так давно Европейская комиссия вывела с рынка хладагент R134А, который использовали для эксплуатации легковых автомобилей. Начиная с 2017 года все зарегистрированные транспортные средства должны были перейти на альтернативные холодильные агенты. Однако, исследования доказали, что 50% всех автомобилистов до сих пор используют R134А.

На сегодняшний день, на рынок вышло четвертое поколение хладагентов, которые смогут заменить опасные соединения. Данные вещества обладают достаточно большими термодинамическими свойствами и являются экологически чистыми. На рынке представлено новое соединение, которое получило название R12. Однако, его физико-химические свойства значительно уступают фреону R134A.

Чем отличается R12 от R134A?

Холодильный агент R12 очень широко используется в холодильных установках. Если сравнивать два основных хладагента, можно сказать:

• мощность испарения при температуре -7 градусов у обоих соединений одинакова, однако при температуре ниже этой цифры, охлаждающий эффект R134A выше. Так как данное соединение в чистом виде запрещено, очень часто его добавляют в небольшом количественном содержании к R12.
• коэффициенты теплопередачи обоих соединений существенно отличаются. Для фреона R134A характерен более высокий коэффициент. Это говорит о том, что эффект охлаждения у фреона на 22% выше, чем у R12.

Как конвертировать R12 в R134A?

Конвертация R12 на R134A имеет огромное значение для автомобилистов. Практически все машины, которые были созданы до 1995 года, использовали хладагент R12. После 1995 года ему на смену пришел навый охлаждающий агент. Для таких автолюбителей был создан специальный переходник, который автоматически переводил машину на новую систему охлаждения. Для новых моделей автомобилей данная информация не актуальна, так как новые модели оборудованы под хладагент R134A.

Существуют ли хладагенты, которые более безопасны, чем R134A и R12?

В 90-е годы считалось, что данные типы хладагентов являются экологически чистыми и безопасными. Однако со временем это мнение изменилось. После того, как были зафиксированы случаи возникновения озоновых дыр и изменения климата, ученые бьются над созданием других веществ, со сходными свойствами.

На данный момент, самыми безопасными на рынке считаются холодильные агенты R290 и R600A - пропан и изобутан соответственно. Данные соединения относятся к углеводородам и не содержат галогенов. Они обладают высокой энергетической эффективностью и экологичностью. Единственным минусом этих соединений, как и всех углеводородов, считается их горючесть. Вещества очень легко воспламеняются.

Кроме этого, широко используются, так называемые "зеленые" холодильные агенты. К ним относятся: R407C и R410A. Производители данных соединений утверждают, что вещества полностью безопасны.

Хладагент R407C

По своим свойствам данное соединение напоминает хладагент R22. Вещество представляет собой смесь гидрофторуглеводородов: пентафторэтана, дифторметана и 1,1,1,2 - тетрафторэтана. Хладагент широко используется для обслуживания кондиционеров и системах охлаждения воздуха. Кроме этого, его используют в холодильных установках нового поколения. Потенциал разрушения озонового слоя R407C составляет 0.

Хладагент R404A

R404A - это современный хладагент, который не имеет запаха и цвета, является полностью негорючим и безопасным. Потенциал истощения озонового слоя для данного соединения равен 0.  Соединение представляет собой смесь гидрофторуглеродных хладагентов, дифторметана и пентафторэтана. Однако, это соединение очень часто используется для холодильных установок, поэтому необходимо принимать соответствующие меры предостережения, во избежании обморожения. Хладагент имеет более высокую холодопроизводительность , чем R22 и R407C.

Где используют хладагенты?

Применение хладагентов, на сегоднящний день, очень распространено. Данные соединения используются повсеместно, вопреки мнению о стандартном использовании в холодильной установке или кондиционере. Разберем самые популярные способы использования холодильных агентов.

• Использование в качестве индикатора для определения герметичности системы в медицине и парфюмерии.
• Некоторые виды хладагентов используют для создания огнетушителей.
• Используют для тушения возгораний электрического оборудования.
• Системы кондиционирования воздуха.
• Морозильные установки и системы хладоэлементов.

До сих пор ученые находятся в поиске того самого хладагента, который будет отвечать всем требованиям. Многие соединения, которые появились за несколько десятилетий, обладают большинством из них, однако являются небезопасными и токсичными. Возможно в будущем ученым удастся синтезировать полностью экологичное соединение, которое сможет заменить современные вещества.