Kjølemiddel - Refrigerant

Et DuPont -kjølemiddel

Et kjølemiddel er en arbeidsvæske som brukes i kjølesyklusen til klimaanlegg og varmepumper, hvor de i de fleste tilfeller gjennomgår en gjentatt faseovergang fra en væske til en gass og tilbake igjen. Kjølemedier er tungt regulert på grunn av sin giftighet , brennbarhet og bidraget av KFK og HKFK medier til ozonlaget og at HFK kuldemedier til klimaendringer .

Historie

Den observerte stabiliseringen av HCFC -konsentrasjoner (venstre grafer) og veksten av HFC (høyre grafer) i jordens atmosfære.

De første klimaanleggene og kjøleskapene brukte giftige eller brannfarlige gasser, for eksempel ammoniakk , svoveldioksid , metylklorid eller propan , som kan resultere i dødsulykker når de lekker.

I 1928 opprettet Thomas Midgley Jr. den første ikke-brennbare, giftfrie klorfluorkarbongassen, Freon (R-12). Navnet er et varemerke som eies av DuPont (nå Chemours ) for ethvert klorfluorkarbon (CFC), hydroklorfluorkarbon (HCFC) eller hydrofluorkarbon (HFC) kjølemiddel. Etter oppdagelsen av bedre syntesemetoder dominerte CFC som R-11 , R-12 , R-123 og R-502 markedet.

Fase ut av KFK

På begynnelsen av 1980-tallet oppdaget forskere at KFK forårsaket stor skade på ozonlaget som beskytter jorden mot ultrafiolett stråling og ozonhullene over polare områder. Dette førte til signeringen av Montreal-protokollen i 1989 som hadde som mål å fase ut CFC og HCFC, men ikke tok for seg bidragene som HFC ga til klimaendringer. Adopsjonen av HCFC-er som R-22 og R-123 ble akselerert, og ble derfor brukt i de fleste amerikanske hjem i klimaanlegg og i kjølere fra 1980-årene, ettersom de har et dramatisk lavere ozonnedbrytingspotensial (ODP) enn CFC, men deres ODP var fremdeles ikke null, noe som førte til at de eventuelt ble avviklet.

Hydrofluorkarboner (HFC) som R-134a , R-143a , R-407a , R-407c , R-404a og R-410a (en 50/50 blanding av R-125 / R-32 ) ble fremmet som erstatninger for KFK og HCFC på 1990- og 2000 -tallet. HFC -er var ikke ozonnedbrytende, men hadde potensial for global oppvarming (GWP) tusenvis av ganger større enn CO 2 med atmosfæriske levetider som kan strekke seg i flere tiår. Dette, igjen, fra 2010-tallet, førte til adopsjon i nytt utstyr av hydrokarbon og HFO ( hydrofluoroolefin ) kjølemedier R-32, R-290, R-600a, R-454b, R-1234yf , R-514A, R- 744 (CO2), R-1234ze og R-1233zd, som har både en ODP på ​​null og en lavere GWP. Hydrokarboner og CO
2
kalles noen ganger naturlige kjølemedier fordi de finnes i naturen.

Miljøorganisasjonen Greenpeace gitt midler til en tidligere østtyske kjøleskap selskapet å undersøke et alternativ ozon og klima sikker kjøle i 1992. Selskapet utviklet en hydrokarbon blanding av isopentan og isobutan , men som en betingelse av kontrakten med Greenpeace kan ikke patentere teknologi, som førte til at den ble utbredt av andre selskaper. Politikk og politisk innflytelse fra bedriftsledere motsto imidlertid endring, og DuPont blokkerte sammen med andre selskaper kjølemediet i USA med USAs EPA.

Fra og med 14. november 1994 begrenset US Environmental Protection Agency salg, besittelse og bruk av kjølemedier til kun lisensierte teknikere, i henhold til regler under seksjonene 608 og 609 i Clean Air Act. I 1995 gjorde Tyskland CFC -kjøleskap ulovlige.

I 1996 ble Eurammon , et europeisk ideelt initiativ for naturlige kjølemedier , etablert og består av europeiske selskaper, institusjoner og bransjeeksperter.

I 1997 ble FC og HFC inkludert i Kyoto -protokollen til rammekonvensjonen om klimaendringer.

I 2000 trådte Ozonforskriften i Storbritannia i kraft som forbød bruk av ozonnedbrytende HCFC-kjølemedier som R22 i nye systemer. Forordningen forbød bruk av R22 som en "etterfyllingsvæske" for vedlikehold mellom 2010 for jomfruvæske og fra 2015 for resirkulert væske.

Adressering av klimagasser

Med økende interesse for naturlige kjølemidler som alternativer til syntetiske kjølemedier som CFC, HCFC og HFC, i 2004, jobbet Greenpeace med multinasjonale selskaper som Coca-Cola og Unilever , og senere Pepsico og andre, for å opprette en bedriftskoalisjon kalt Refrigerants Naturally !. Fire år senere begynte Ben & Jerry's fra Unilever og General Electric å ta skritt for å støtte produksjon og bruk i USA. Det anslås at nesten 75 prosent av kjøle- og klimasektoren har potensial til å bli omgjort til naturlige kjølemedier.

I 2006 vedtok EU en forordning om fluorerte klimagasser (FC og HFC) for å oppmuntre til overgang til naturlige kjølemedier (for eksempel hydrokarboner). Det ble rapportert i 2010, og noen kjølemedier brukes som rekreasjonsmedisiner , noe som fører til et ekstremt farlig fenomen kjent som inhalasjonsmisbruk .

Fra 2011 begynte EU å avvikle kjølemedier med et globalt oppvarmingspotensial (GWP) på mer enn 150 i bilkondisjonering (GWP = 100 års oppvarmingspotensial på en kilo gass i forhold til ett kilo CO 2 ) som f.eks. kjølemiddel HFC-134a (kjent som R-134a i Nord-Amerika) som har en GWP på 1410. Samme år besluttet EPA til fordel for ozon- og klimasikkert kjølemiddel for amerikansk produksjon.

En studie fra 2018 av den ideelle organisasjonen " Drawdown " satte skikkelig kjølemediumhåndtering og avhending øverst på listen over løsninger for klimapåvirkning, med en effekt som tilsvarer eliminering av over 17 år med amerikanske karbondioksidutslipp.

I 2019 ble det anslått at KFK, HCFC og HFC var ansvarlig for om lag 10% av den direkte strålingen som tvinges fra alle langlivede menneskeskapte klimagasser. og samme år publiserte UNEP nye frivillige retningslinjer, men mange land har ennå ikke ratifisert Kigali -endringen .

Fra og med 2020 blir HFC-er (inkludert R-404a, R-134a og R-410a) erstattet: med klimaanlegg i boliger som bruker R-32 eller R-600 (isobutan); klimaanlegg for biler som bruker R-1234yf ; kjølere for kommersiell kjøling; klimaanlegg ved bruk av R-1234ze; og, kommersiell kjøling ved bruk av CO
2
(R-744).

Ønskelige egenskaper

Det ideelle kjølemediet vil være: ikke-etsende , giftfritt , ikke-brennbart , uten ozonforringelse og potensial for global oppvarming . Det skal helst være naturlig med godt studert og lav miljøpåvirkning. Den må også ha: et kokepunkt som er noe under måltemperaturen (selv om kokepunktet kan justeres ved å justere trykket på riktig måte), høy fordampningsvarme , moderat tetthet i væskeform, relativt høy tetthet i gassform (som også kan justeres ved å stille inn trykket på riktig måte), og en høy kritisk temperatur . Ekstremt høyt trykk bør unngås. Nyere kjølemedier tar opp spørsmålet om skaden som KFK forårsaket på ozonlaget og bidraget som HCFC gjør til klimaendringer, men noen reiser spørsmål knyttet til toksisitet og / eller brannfarlighet.

Eksempler på kjølemedier

Noen vanlige kjølemedier er:

Kode Kjemisk Status Kommentar
R-12 Diklordifluormetan Utestengt Også kjent som Freon, en utbredt klor halomethane (CFC). Produksjonen ble forbudt i utviklede land av Montreal -protokollen i 1996, og i utviklingsland (artikkel 5 -land) i 2010.
R-22 Klordifluormetan Fases ut Et mye brukt hydroklorfluorkarbon (HCFC) og kraftig klimagass med en GWP lik 1810. Verdensomspennende produksjon av R-22 i 2008 var ca 800  Gg per år, opp fra omtrent 450  Gg per år i 1998. R-438a (MO-99 ) er en R-22-erstatning.
R-717 Ammoniakk Har null ozonforringelse og null potensial for global oppvarming. Vanligvis brukt før popularisering av KFK, vurderes det igjen, men lider av ulempen med toksisitet og krever korrosjonsbestandige komponenter, noe som begrenser bruk innenlands og i liten skala. Vannfri ammoniakk er mye brukt i industrielle kjøleprogrammer og ishockeybaner på grunn av høy energieffektivitet og lave kostnader.
R-32 Difluormetan Har utmerket varmeoverføring og trykkfall, både når det gjelder kondens og fordampning. Den har et 100-årig globalt oppvarmingspotensial (GWP) på 675 ganger karbondioksid, og en atmosfærisk levetid på nesten 5 år. brukes for tiden i bolig- og kommersielle klimaanlegg og varmepumper .
R-152a Difluoretan Bredt brukt Vanligvis brukt som trykkluftstøv.
R-290 Propan Lav pris, allment tilgjengelig og effektiv. De har også null ozonnedbrytningspotensial og svært lavt global oppvarmingspotensial. Til tross for brennbarheten, brukes de i økende grad i kjøleskap i hjemmet. I 2010 brukte omtrent en tredjedel av alle husholdningskjøleskap og frysere produsert globalt isobutan eller en isobutan/propanblanding, og dette var forventet å øke til 75% innen 2020.
R-407c Blanding av difluormetan og pentafluoretan og 1,1,1,2-tetrafluoretan Bredt brukt en blanding av R-32, R-125 og R-134a
R-410a Blanding av difluormetan og pentafluoretan Bredt brukt R-454B er planlagt brukt nytt klimaanlegg. R-32 brukes for tiden i nytt kondisjoneringsutstyr
R-600a Isobutan Se R-290.
R-744 CO 2 Ble brukt som kjølemiddel før oppdagelsen av KFK (dette var også tilfellet for propan) og har nå en renessanse på grunn av at det er ikke-ozonnedbrytende, giftfritt, ikke-brennbart med et lavt global oppvarmingspotensial på 1. Det kan bli valgfri arbeidsvæske å bytte ut nåværende HFC i biler, supermarkeder og varmepumper . Coca -Cola har levert CO 2 -baserte drikkevarekjølere, og den amerikanske hæren vurderer CO 2 -kjøling. På grunn av behovet for å operere ved trykk på opptil 130 bar (1 900 psi; 13 000 kPa), krever CO 2 -systemer svært motstandsdyktige komponenter, men disse er allerede utviklet for masseproduksjon i mange sektorer.
HFO-1234yf 2,3,3,3-Tetrafluoropropene Har et potensial for global oppvarming (GWP) på mindre enn 1, mot 1.430 for R-134a . GM kunngjorde at det ville begynne å bruke "hydrofluoroolefin", HFO-1234yf , i alle sine merker innen 2013.
R-134a 1,1,1,2-Tetrafluoroethane Bredt brukt R-513A {en HFO/HFC-blanding (56% R-1234yf/44% R-134a)} kan erstatte R-134a som et midlertidig alternativ
R-454B Difluormetan og 2,3,3,3-Tetrafluoropropene R-454B er en HFO-blanding av kjølemedier Difluoromethane ( R-32 ) og 2,3,3,3-Tetrafluoropropene ( R-1234yf ).

Gjenvinning og avhending av kjølemedium

Kjølevæske og kjølemedier finnes i hele den industrialiserte verden, i hjem, kontorer og fabrikker, i enheter som kjøleskap, klimaanlegg, sentrale klimaanlegg (HVAC), frysere og avfuktere. Når disse enhetene blir betjent, er det en risiko for at kjølemediegass kommer ut i atmosfæren enten ved et uhell eller med vilje, og derfor opprettes teknikeropplærings- og sertifiseringsprogrammer for å sikre at materialet bevares og håndteres trygt. Feil behandling av disse gassene har vist seg å tømme ozonlaget og mistenkes å bidra til global oppvarming .

Med unntak av isobutan og propan (R600a, R441a og R290), ammoniakk og CO 2 i henhold til seksjon 608 i USAs ren luftlov er det ulovlig å bevisst slippe ut kjølemedier i atmosfæren.

Gjenvinning av kjølemiddel er behandlingen av brukt kjølemediegass som tidligere har blitt brukt i en eller annen kjølesløyfe slik at den oppfyller spesifikasjonene for ny kjølemediegass. I USA , er Clean Air Act fra 1990 krever at brukt kjølemiddel bli behandlet av en sertifisert gjenvinning, som må være lisensiert av United States Environmental Protection Agency (EPA), og materialet må gjenvinnes og leveres til reclaimeren av EPA -sertifiserte teknikere.

Klassifisering av kjølemedier

R407C trykk - entalpidiagram , isotermer mellom de to metningslinjene

Kjølemidler kan deles inn i tre klasser i henhold til deres måte å absorbere eller utvinne varme fra stoffene som skal kjøles:

  • Klasse 1: Denne klassen inkluderer kjølemedier som avkjøles ved faseendring (vanligvis koking) ved bruk av kjølemediets latente varme .
  • Klasse 2: Disse kjølemediene avkjøles ved temperaturendring eller ' fornuftig varme ', idet varmemengden er den spesifikke varmekapasiteten x temperaturendringen. De er luft, kalsiumklorid saltlake, natriumklorid saltlake, alkohol og lignende ikke -frysende løsninger. Formålet med klasse 2 kjølemedier er å motta en reduksjon av temperaturen fra kjølemedier i klasse 1 og overføre denne lavere temperaturen til området som skal kjøles.
  • Klasse 3: Denne gruppen består av oppløsninger som inneholder absorberte damper av flytende stoffer eller kjølemedier. Disse løsningene fungerer på grunn av deres evne til å bære flytende damper, som gir en kjølende effekt ved absorpsjon av oppløsningsvarmen. De kan også deles inn i mange kategorier.

R-# nummereringssystemet ble utviklet av DuPont (som eide Freon- varemerket), og identifiserer systematisk molekylstrukturen til kjølemedier laget med et enkelt halogenert hydrokarbon. Betydningen av kodene er som følger:

  • For mettede hydrokarboner, trekker 90 fra det sammenkoplede antallet karbon- , hydrogen- og fluoratomer , henholdsvis det tildelte R#.
  • Hvis brom er tilstede, blir tallet etterfulgt av stor B og deretter antall bromatomer.
  • Gjenværende bindinger som ikke er redegjort for er opptatt av kloratomer .
  • Et suffiks med en liten bokstav a, b eller c indikerer stadig mer usymmetriske isomerer .

For eksempel har R-134a 2 karbonatomer, 2 hydrogenatomer og 4 fluoratomer, en empirisk formel for tetrafluoretan. Suffikset "a" indikerer at isomeren er ubalansert av ett atom, noe som gir 1,1,1,2-tetrafluoretan . R-134 (uten "a"-suffikset) ville ha en molekylær struktur på 1,1,2,2-Tetrafluoroethane.

  • R-400-serien består av zeotropiske blandinger (de der kokepunktet til bestanddeler er så forskjellig at det kan føre til endringer i relativ konsentrasjon på grunn av fraksjonert destillasjon ) og R-500-serien består av såkalte azeotropiske blandinger . Sifferet til høyre tildeles vilkårlig av ASHRAE , en bransjestandardorganisasjon.
  • R-700-serien består av ikke-organiske kjølemedier, også utpekt av ASHRAE.

De samme tallene brukes med et R- prefiks for generiske kjølemedier, med et "drivmiddel" -prefiks (f.eks. "Drivmiddel 12") for det samme kjemikaliet som brukes som drivmiddel for en aerosolspray , og med handelsnavn for forbindelsene, for eksempel som " Freon 12". Nylig har det oppstått en praksis med å bruke forkortelser HFC- for fluorkarboner , CFC- for klorfluorkarboner og HCFC- for hydroklorfluorkarboner på grunn av forskriftsmessige forskjeller mellom disse gruppene.

Se også

Referanser

Eksterne linker