Хладагент R744. Новый рывок в системах кондиционирования
Компания Mahle разработала систему кондиционирования на хладагенте R744.
R744 является хладагентом, соответствующим всем экологическим требованиям. Однако, характеристики хладагента требуют особого технического подхода.
Зачем нужен новый хладагент?
Чтобы снизить воздействие парникового эффекта, использование данного хладагента для легковых автомобилей стало обязательным с 1 января 2017 года, его озоноразрушающий потенциал (ОРП) меньше 150 единиц. Данный показатель — это относительный объем выбросов и описывает среднее тепловое воздействие на атмосферу в течение последних 100 лет.
Озоноразрушающий потенциал CO2 определяется как 1, прежде используемый в широких масштабах хладагент R134a имел показатель 1430 (согласно Пятому оценочному докладу МГЭИК, 2013/2014 ОРП составил 1300). Это означает, что один килограмм хладагента R134a имеет воздействие на озоновый слой как 1,4 тонн CO2.
В качестве альтернативы R134a в течение некоторого времени использовался R1234yf, синтетический хладагент с ОРП 4 (согласно Пятому оценочному докладу МГЭИК, 2013/2014 ОРП составил <1). Синтетические хладагенты R134a и R1234yf схожи по своим термодинамическим свойствам. При одинаковых характеристиках охлаждения системы кондиционирования воздуха могут работать с сопоставимой эффективностью.
Тем не менее, показатели R1234-yf спорны: при неисправности R1234yf может воспламеняться с образованием едкой фтористоводородной кислоты, что было установлено собственным исследованием компании Daimler еще 4 года назад.
R744 – технологически сложный продукт.
Диоксид углерода представляет собой негорючее природное вещество. Технически, это побочный продукт в химической промышленности и, следовательно, нейтральный углерод. Углекислый газ доступен в практически неограниченном количестве и по низкой цене.
Термодинамические свойства R744 существенно отличаются от ранее используемых химических альтернатив.
Первое отличие заключается в уровне давления в системе кондиционирования: для эффективной работы на стороне высокого давления циркуляционного контура хладагента, то есть после прохождения компрессора, необходимо давление от 60 до 130 бар, что соответствует шестикратному увеличению давления в хладагентах, используемых ранее. На стороне низкого давления преобладает давление от 35 до 50 бар, что в десять раз выше.
Второе существенное различие: при внешней температуре выше 25 градусов по Цельсию давление хладагента находится на так называемой критической точке. Выше данного значения газ больше не сжижается при охлаждении. В конкретном случае это означает, что R744 при данных условиях непрерывно охлаждается путем установленного спереди охладителя газа набегающим воздухом.
Новая разработка циркулярного контура для хладагента R744
Система потребовала изменений в связи с более высоким давлением, что в конечном итоге привело к полной модификации контура хладагента R744.
Особая проблема заключается в обеспечении герметичности холодильного контура. Незначительный размер молекул и слишком высокая для обычных полимерных шлангов проницаемость CO2 потребовали использования металлических прокладок, гибких полимерных рукавов с покрытием и гофрированных труб из нержавеющей стали в линии нагнетания горячих паров.
С точки зрения безопасности, необходимо учесть два аспекта:
1. Защита контура хладагента от разрыва системы. Обеспечивается путем контроля высокого давления и горячих паров с помощью датчика регулирования температуры и давления, а также с помощью предохранительных клапанов давления на сторонах высокого и низкого давления.
2. Концентрация СО2 в воздухе более 5% может стать причиной головокружения и головной боли, более высокие концентрации могут привести даже к потере сознания. По этой причине система должна быть оснащена датчиком CO2, который измеряет концентрацию хладагента в пассажирском салоне в любое время.
