Войти
Хладагент DuPont A хладагент - это вещество или смесь, обычно жидкость, используемые в a тепловой насос и цикл охлаждения. В большинстве циклов он претерпевает фазовые переходы из жидкости в газ и обратно. Для таких целей использовалось множество рабочих жидкостей. Фторуглероды, особенно хлорфторуглероды, стали обычным явлением в 20 веке, но их использование постепенно прекращается из-за их разрушения озонового слоя. Другими распространенными хладагентами, используемыми в различных областях, являются аммиак, диоксид серы и негалогенированные углеводороды, такие как пропан.
Идеальная рабочая жидкость или часто называемый хладагент будет иметь благоприятные термодинамические свойства, быть некоррозионными механическими компонентами и быть безопасными, включая отсутствие токсичности и воспламеняемости. Это не вызовет истощения озонового слоя или изменения климата. Поскольку разные жидкости имеют желаемые характеристики в разной степени, выбор - это вопрос компромиссов.
Желаемые термодинамические свойства: точка кипения несколько ниже целевой температуры, высокая теплота испарения, умеренная плотность в жидкой форме, относительно высокая плотность в газообразной форме и высокая критическая температура. Поскольку на точку кипения и плотность газа влияет давление, хладагенты можно сделать более подходящими для конкретного применения путем соответствующего выбора рабочих давлений.
Наблюдаемая стабилизация концентраций ГХФУ (левые графики) и рост ГФУ (правые графики) в земной атмосфере. Инертная природа многих галоалканов, хлорфторуглероды (CFC) и гидрохлорфторуглероды (HCFC), особенно CFC-11 и CFC-12, сделали их предпочтительным выбором среди хладагентов в течение многих лет из-за их негорючести и нетоксичности. Однако их долгая жизнь в атмосфере вместе с соответствующими им потенциалом глобального потепления и озоноразрушающей способностью вызвала опасения по поводу их использования. В порядке от самого высокого до самого низкого потенциала разрушения озона: бромхлорфторуглерод, ХФУ, затем ГХФУ.
Открытие стратосферных озоновых дыр над полярными регионами в начале 1980-х годов привело к переходу к гидрофторуглероды (ГФУ), не разрушающие озоновый слой. К ним относятся R-134a, R-143a и R-410a (смесь 50/50 R-125 / R-32 ). Эти хладагенты по-прежнему обладают потенциалом глобального потепления, в тысячи раз превышающим CO 2, и сроком службы в атмосфере, который может длиться десятилетия.
В начале 21 века были разработаны новые хладагенты, более безопасные для окружающей среды, но их внедрение было отложено из-за опасений по поводу токсичности и воспламеняемости. В настоящее время ГФУ заменяются на рынках, где возможны утечки, за счет использования хладагентов четвертого поколения, в первую очередь HFO-1234yf, зарегистрированного Chemours как Opteon -YF, потенциалы глобального потепления намного ближе к CO 2.
По состоянию на 2019 год на ХФУ, ГХФУ и ГФУ приходится около одной десятой прямого радиационного воздействия от всех долгоживущих антропогенных парниковых газов. газы. Исследование, проведенное в 2018 году некоммерческой организацией «Drawdown », поставило надлежащее управление хладагентами и их утилизацию на первое место в списке решений, влияющих на климат, с воздействием, эквивалентным устранению более 17 лет выбросов углекислого газа в США.
По сравнению с галогенированными хладагентами углеводороды, такие как изобутан (R-600a) и пропан (R-290), обладают рядом преимуществ: низкая стоимость и широкодоступность, нулевое разрушение озонового слоя. потенциал и очень низкий потенциал глобального потепления. Они также обладают хорошей энергоэффективностью, но легко воспламеняются и могут образовывать взрывоопасную смесь с воздухом в случае утечки. Несмотря на горючесть, они все чаще используются в бытовых холодильниках. Правила ЕС и США устанавливают максимальную заправку хладагента 57 или 150 граммов, сохраняя концентрацию на стандартной кухне ниже 20% от нижнего предела взрываемости. Нижний предел взрываемости может быть превышен внутри устройства, поэтому в нем отсутствуют потенциальные источники возгорания. Выключатели должны быть размещены вне холодильного отделения или заменены герметичными версиями, и могут использоваться только безискровые вентиляторы. В 2010 году примерно одна треть всех производимых в мире бытовых холодильников и морозильников использовала изобутан или смесь изобутана и пропана, и ожидалось, что к 2020 году этот показатель вырастет до 75%.
Ранний период в механических холодильных установках использовались диоксид серы, метилхлорид или аммиак. Будучи токсичными, диоксид серы и хлористый метил быстро исчезли с рынка с появлением ХФУ. Иногда можно встретить более старые машины с метилформиатом, хлористым метилом или дихлорметаном (в торговле называемым карреном).
Хлорфторуглероды мало использовались для охлаждения, пока более совершенные методы синтеза, разработанные в 1950-х годах, не снизили их стоимость. Их доминирование на рынке было поставлено под сомнение в 1980-х годах из-за опасений по поводу истощения озонового слоя.
в соответствии с законодательными положениями об озоноразрушающих хлорфторуглеродах (ХФУ) и гидрохлорфторуглеродах (ГХФУ), вещества, используемые в качестве заменителей хладагентов, такие как перфторуглероды (FC) и гидрофторуглероды (HFC), также подверглись критике. В настоящее время они являются предметом обсуждения запрета из-за их вредного воздействия на климат. В 1997 году ФК и ГФУ были включены в Киотский протокол Рамочной конвенции об изменении климата. В 2006 году ЕС принял Постановление о фторсодержащих парниковых газах, в котором содержатся положения, касающиеся использования FC и HFC с целью сокращения их выбросов. Положения не распространяются на хладагенты , не влияющие на климат. Углеводороды все чаще используются в качестве хладагентов.
Хладагенты, такие как аммиак (R717), двуокись углерода и негалогенированные углеводороды, не разрушают озоновый слой и не содержат (аммиак) или содержат только низкие (двуокись углерода, углеводороды) потенциал глобального потепления. Они используются в системах кондиционирования зданий, в спортивных и развлекательных заведениях, в химической / фармацевтической промышленности, в автомобильной промышленности и, прежде всего, в пищевой промышленности (производство, хранение, судостроение). отгрузка, розничная торговля). В этих условиях их токсичность вызывает меньшее беспокойство, чем в домашнем оборудовании.
Выбросы от автомобильных кондиционеров вызывают растущую озабоченность из-за их воздействия на изменение климата. С 2011 года Европейский Союз постепенно откажется от хладагентов с потенциалом глобального потепления (GWP) более 150 в автомобильных системах кондиционирования воздуха (GWP = 100-летний потенциал потепления одного килограмма газа на один килограмм. из CO 2). Это запретит использование сильнодействующих парниковых газов, таких как хладагент HFC-134a (также известный как R-134a в Северной Америке), имеющий GWP 1410, для продвижения безопасных и энергоэффективных хладагентов.
Одной из наиболее многообещающих альтернатив является CO 2(R-744 ). Двуокись углерода негорючая, не разрушающая озоновый слой, имеет потенциал глобального потепления 1. R-744 может использоваться в качестве рабочей жидкости в системах климат-контроля для автомобилей, кондиционирования воздуха в жилых помещениях, насосов горячей воды, торговое холодильное оборудование и торговые автоматы. R12 совместим с минеральным маслом, а R134a совместим с синтетическим маслом, содержащим сложные эфиры. GM объявила, что к 2013 году начнет использовать «гидрофторолефин», HFO-1234yf во всех своих марках. Диметиловый эфир (DME) также набирает популярность в качестве хладагента, но, как и пропан, он также легко воспламеняется.
Некоторые хладагенты все чаще используются в качестве рекреационных наркотиков, что приводит к чрезвычайно опасному явлению, известному как злоупотребление ингалянтами.
В соответствии с разделом 608 Закона Закон США о чистом воздухе запрещает преднамеренный выброс хладагентов в атмосферу. Одобренные SNAP заменители углеводородов (изобутан и пропан: R600a, R441a и R290), аммиак и CO 2 не подпадают под запрет на удаление воздуха.
После удаления хладагентов они должны быть переработаны для очистки любые загрязнения и вернуть их в рабочее состояние. Запрещается смешивать хладагенты за пределами предприятий, имеющих лицензию на это, с целью производства смесей. С некоторыми хладагентами следует обращаться как с опасными отходами, даже если они перерабатываются, и при их транспортировке требуются особые меры предосторожности в зависимости от законодательства правительства страны.
Для восстановления хладагентов для повторного использования используются различные методы утилизации хладагента.
Хладагенты можно разделить на три классы в зависимости от способа поглощения или отвода тепла от охлаждаемых веществ:
Система нумерации R- # была разработана DuPont (которой принадлежал товарный знак Freon ) и систематически определяет молекулярную структуру хладагентов. сделано с одним галогенированным углеводородом. Значение кодов следующее:
Например, R-134a имеет 2 атома углерода, 2 атома водорода и 4 атома фтора, эмпирическая формула тетрафторэтана. Суффикс «а» указывает на то, что изомер не сбалансирован на один атом, что дает 1,1,1,2-тетрафторэтан. R-134 (без суффикса «а») имел бы молекулярную структуру 1,1,2,2-тетрафторэтана.
То же самое. номера используются с префиксом R- для обычных хладагентов, с префиксом «Пропеллент» (например, «Пропеллент 12») для того же химического вещества, которое используется в качестве пропеллента для аэрозольного спрея, и с торговыми названиями для соединения, такие как «Фреон 12». В последнее время появилась практика использования аббревиатур HFC- для гидрофторуглеродов, CFC- для хлорфторуглеродов и HCFC- для гидрохлорфторуглеродов из-за нормативных различий между ними.
R407C диаграмма давления - энтальпия, изотермы между двумя линиями насыщения Ниже приведены некоторые известные смешанные смеси ГФУ. Их гораздо больше (см. список хладагентов ). Все фторуглеводороды R-400 (R-4xx) и R-500 (R-5xx) являются смесями, как отмечалось выше.
Воздух использовался для кондиционирования воздуха в жилых помещениях, автомобилях и самолетах с поршневыми и турбинными двигателями. и / или охлаждение. Воздух не используется более широко в качестве хладагента общего назначения, поскольку отсутствует изменение фазы, и поэтому он слишком неэффективен, чтобы быть практичным в большинстве приложений. Было высказано предположение, что при подходящей технологии сжатия и расширения воздух может быть практичным (хотя и не самым эффективным) хладагентом, свободным от возможности загрязнения или повреждения окружающей среды и почти полностью безвредным для растений и животных.
Однако взрыв может произойти в результате сжатия паров или распыленных смазочных масел для компрессоров хладагента вместе с воздухом в процессе, аналогичном дизельному двигателю.
