Новые хладагенты
Работы по поиску веществ, которые могли бы заменить хладагенты, подпадающие под действие Монреальского протокола, оказали фундаментальное влияние на холодильную промышленность. В начале поиск вели в направлении создания хладагентов, обладающих в точности свойствами ХФУ (CFC), но не разрушающих озонового слоя. При этом особый упор делался на безопасность хладагентов-заменителей по токсичности и воспламеняемости. Уже к 90-м годам были предложены в качестве хладагентов фторуглеводы, не содержащие хлора или брома, – ГФУ (HCF). Первым из них, появившимся на рынке для замены ХФУ, был ГФУ134а, освоенный в промышленном производстве. По теплофизическим свойствам он близок к R12, негорюч. Это открытие вызвало в отрасли огромный интерес. При разработке ГФУ134а были проведены широкие оценочные испытания на токсичность, которые подтвердили его безопасность. Значительно сложнее было найти ГФУ для замены R502 и R22, так как для получения нужных теплофизических свойств необходимы были смеси горючих и негорючих ГФУ. Для сохранения характеристик негорючести смеси в целом требовалась тщательная отработка рецептуры. Сегодня ГФУ уже выпускаются в промышленных масштабах для замены ХФУ и ГХФУ почти во всех областях холодильной техники. (Исключением является ГФУ для замены R11).
По многим характеристикам (давление, холодопроизводительность и т.д.) ГФУ очень близки ХФУ и ГХФУ, на смену которым они пришли. Однако проблемой стала недостаточная взаимная растворимость с маслами на углеводородной основе (например, минеральными либо алкилбензольными). Для применения ГФУ в холодильных системах были разработаны специальные синтетические масла – полиолэфирные (ПОЭ), которые можно также использовать и с хладагентами ХФУ и ГХФУ (HCFC).
После того как ГФУ положительно зарекомендовали себя в новом холодильном оборудовании, перед специалистами встала проблема – можно ли модифицировать многочисленные действующие холодильные системы с небольшими затратами для работы на ГФУ? Оказалось, что это непростая проблема. Дело в том, что в системе необходимо заменить все смазочное минеральное масло на новое масло ПОЭ. В любой холодильной системе значительное количество масла находится во время работы вне компрессора. Поэтому заменить минеральное масло только в компрессоре недостаточно, поскольку остатки его нерастворимы ни в хладагенте ГФУ, ни в масле ПОЭ. Следовательно, любое количество минерального масла, оказавшегося вне компрессора, уже в него не вернется. Остатки минерального масла начнут накапливаться в самой холодной точке системы, где оно обладает наибольшей вязкостью, т.е. в испарителе.
Систему ХФУ / минеральное масло можно переделать в систему ГФУ/ПОЭ. Для этого остатки минерального масла необходимо вымыть из системы. На практике это лучше всего осуществлять, используя новое масло ПОЭ в сочетании со старым хладагентом ХФУ. Для снижения количества остаточного минерального масла в системе до приемлемого уровня (сейчас приемлемым уровнем считается 5%-ное содержание минерального масла в масле ПОЭ) необходимо провести, как минимум, три промывки масла (нередко больше). В сложной холодильной системе удаление масла обычно занимает много времени и является дорогостоящей процедурой. В связи с этим была разработана группа хладагентов, не содержащих ХФУ, которые тем не менее могут применяться в сочетании с минеральным маслом. Такие хладагенты, называемые сервисными, созданы на базе ГХФУ22. Они должны выйти из обращения в соответствии с законодательством об озоноразрушающих веществах. Однако в большинстве стран это произойдет в далеком будущем и, как правило, значительно позднее завершения срока эксплуатации холодильной системы, в которой они будут использоваться. Данные сервисные хладагенты позволят с наименьшими затратами заменить хладагенты ХФУ.
