Egyéb Archívum

A hűtőgépek – minden hűtőberendezés, legyen az akár több száz kilowattos folyadékhűtő, autóklíma, vagy háztartási hűtő – működésének alapja egy olyan hűtőközeg, mely párolgása és kondenzációja során meg tudja valósítani a kívánt hőátadást. Másfél évszázados történelmük alatt számos változáson estek át, az ipari és a technológia fejlődésével más-más tulajdonságokra került a fókusz.

A „jó” hűtőközeggel szemben ugyanis több elvárást is támasztunk:

Előnyös termodinamika tulajdonságok (nagy párolgáshő, technológiai követelményekhez illeszkedő forráspont)
Kémiai közömbösség (ne legyen agresszív, mérgező, korrozív)
Alacsony sűrűség folyadék állapotban, de (relatíve) magas gőzként
Megfelelő kenőképesség
Kedvező tűz-és robbanásveszélyességi tulajdonságok
Ne legyenek környezetkárosító hatásúak

Mint látni fogjuk, gyakorlatilag nincs olyan közeg, mely minden követelménynek egyaránt megfelel. A hűtéstechnika fejlődése során a fenti szempontok fontossága változott, sőt, néhányukat bizonyos korokban és esetekben teljesen figyelmen kívül hagyták.

Hatékonyság bármi áron

Az 1800-as évek végén, a hűtéstechnika hajnalán a hangsúly a gazdaságosságon és hőtechnikai hatékonyságon volt. Hűtőközeg volt például a kén-dioxid vagy a metil-klorid. Ezek mérgező, korrozív gázok, így használatuk kockázatos volt. Ebben az időben is használtak viszont ammóniát és szén-dioxidot, melyek a mai napig megtalálhatóak az iparban, sőt, mint később látni fogjuk, újra népszerűek, és reneszánszukat élik.

A du Pont 1930-ban védeti le a Freon nevet, 1950-óta pedig már keverék hűtőközegeket is használnak (elsőként az R500-at). Óriási tért nyernek a hatékony, könnyen előállítható, kenőanyagokkal kompatibilis halogénezett szénhidrogének (például R-12, R-22), mígnem 1974-ben minden megváltozik.

GWP: mennyire káros a hűtőközeg?

James Lovelock 1974-ben publikálja felfedezését, miszerint a halogénezett szénhidrogének súlyosan károsítják az ózonréteget, ezzel gyorsítva a globális felmelegedést. (Munkájáért 1995-ben megosztott Nobel-díjjal jutalmazzák.)

A szabályzó hatóságok, ha lassan is, de folyamatosan kezdik visszaszorítani ezeket a termékeket az élet minden területén, így a klímagázok között is. Bevezetik az úgynevezett GWP-t, avagy global warming potentialt, mely megmutatja, hogy adott anyag – a szén-dioxidhoz viszonyítva – mekkora üvegházhatással rendelkezik. Erőltetett tempójú fejlesztés indul, olyan új hűtőközeg utáni kutatás, mely kiválthatja ezeket a veszélyes vegyületeket. Magyarországon:

2001. január 1. óta HCFC közeg nem tölthető új berendezésekbe.
2001. október 1-től CFC hűtőközeg forgalomba hozatala, felhasználása, exportja tilos.
2003. október 1. óta HCFC közeggel működő hűtő- és légkondicionáló berendezések nem hozhatók forgalomba.
2004. május 1. után regenerált CFC hűtőközeg nem használható. A HCFC közeggel működő reverzibilis klímák és hőszivattyúk forgalomba hozatala is tilos.
2010. január 1-től tiltás alá került a HCFC közegek gyártása, javításra csak lefejtett HCFC használható.
2015. január 1-től HCFC nem használható javításra sem. A háztartási hűtőkben tilos a 150-nél nagyobb GWP értékű hűtőközegek használata.

(Forrás: Nemzeti Klímavédelmi Hatóság)

A kiváltást azonban számos, főleg gazdasági probléma hátráltatja, hiszen a kedvezőbb GWP-ű közegekek közül sok nem kompatibilis a régebbi gépekkel, nem tudják azok kenését biztosítani, vagy igen rossz hatásfokot eredményeznek.

Egyes közegek GWP értékei — A kép forrása

A korszerű hűtőközeg: új kompromisszumok

Napjainkban a környezetvédelmi szempontok kiemelt fontossággal bírnak, egyre-másra jelennek meg olyan hűtőközegek, melyek GWP-je 1 alatti. Ennek azonban megvan az ára: ha kielégítő termodinamikai hatékonyságot szeretnénk, alkalmasint muszáj lesz korrozív, mérgező, esetleg gyúlékony közegekkel dolgoznunk. (Ilyen például az ammónia, vagy a propán.) Ehhez természetesen a folyadékhűtők technológiájának is alkalmazkodnia kell.

Besorolások

Egy hűtőközeg többféleképpen osztályozható:

Nyomásszint szerint:
- Alacsony (klímaberendezés)
- Közepes (ipari hűtés)
- Magas (mélyhűtéstechnika)
Mérgezőség szerint
Tűzveszélyesség szerint
- Nem gyúlékony (ASHRAE Class1)
- Kevésbé gyúlékony (ASHRAE Class2)
- Erősen gyúlékony (ASHRAE Class3)
Veszélyesség szerint: a magyar szabályozás az L1-2-3 csoportokba osztja a közegeket, a mérgezőség és gyúlékonyság figyelembe vételével

Példa hűtőközeg veszélyességi osztályozására — A kép forrása

A hűtőközegek és azok szabályozása a mai napig dinamikusan fejlődő terület. A mi szakembereink állandó képzések révén tartják a lépést az ipari és szabályzási környezettel, így minden kérdésben az Ön segítségére lehetnek, legyen szó akár régi gépek kiváltásáról, akár új berendezés lízingeléséről.

A borítókép forrása: Politico

A folyadékhűtők – vagy nálunk is elterjedt angol nevükön: chillerek – a gépipar, vegyipar, faipar, papíripar és gyakorlatilag minden olyan iparág nélkülözhetetlen eszközei, ahol jelentős hűtőteljesítményre, azaz hűtőfolyadékra van szükség. A legmodernebb lézervágókat éppúgy hűteni kell, ahogy egy több évtizede szolgáló megmunkáló-központot. A folyadékhűtő működése a jól ismert hűtőkörfolyamaton alpszik, de, ahogy általában, a gyakorlati megvalósítás itt sem triviális.

A hűtőkörfolyamat

A vonatkozó tankönyvekben megtalálható a körfolyamat logp-h diagramja, bemutatva és részleteiben elemezve a négy lejátszódó folyamatot:

Izotermikus hőfelvétel
Adiabatikus kompresszió
Izotermikus hőleadás
Adiabatikus expanzió

Megjegyzendő, hogy ez a körfolyamat nem csak a hűtőgépek, hanem a hőszivattyúk működésének leírására is alkalmas. Ahogy az lenni szokott, a téma kutatói az elmúlt évszázadok során – hiszen az első szabadalom a témában 1748-ban született! – több módszert is kidolgoztak ezen körfolyamat megvalósítására.

Hasonló eredményre jutunk, ha a fordított működésű Stirling-motor, fordított Carnot-ciklust, vagy épp a „klasszikus” hűtő-körfolyamatot vizsgáljuk. A folyamat leírására hatásfok helyett az úgynevezett „COP” (Coefficient of Performance) szolgál, amely a hasznos hőcsere – esetünkben az elvont hő – és a bevezetett munka arányát határozza meg. Az ipari gyakorlatban ennek megadása az üzemeltetés során nem praktikus, mivel az a környezeti hőmérsékleti viszonyokkal együtt változik.

Folyadékhűtő működése elméletben

A körfolyamat sematikus ábrája mindenkinek ismerős lehet:

Hűtőkörfolyamat és logp-h diagram: a folyadékhűtő működése elméleti ábrázolásban — A kép forrása: NKH

Az elpárologtatóban a hűtőközeg folyadékból gőz halmazállapotba kerül, és ehhez a környezetéből hőt von el. A chiller, tehát folyadékhűtő működése közben ez a „környezet” nem más, mint a hűtőfolyadék, mely a hőelvonás után alacsony hőmérsékleten továbbítható a felhasználás helyére. Míg a glikolos víz továbbhalad az üzem csővezeték-rendszerében, a chillerben folytatódik a körfolyamat.

Az immár gőz halmazállapotú hűtőközeget a kompresszor továbbítja a kondenzátorba. Ehhez magasabb nyomásra kell emelnie azt, amihez értelemszerűen mechanikai munkát kell befektetnünk.

A kondenzátorban a közeg gőzből ismét folyadék halmazállapotú lesz – lecsapódik. Ennek során a környezetével hőt közöl, majd a nagy nyomású, cseppfolyós közeg egy fojtáson keresztül ismét a kondenzátorba jut, s a körfolyamat kezdőik elölről.

Folyadékhűtő működése a gyakorlatban

Ahhoz, hogy a fent leírt folyamatot ipari folyamatokban hasznosítani tudjuk, az előírt állapotváltozásokat, a hőcserét és a mechanikai munka befektetését biztosítanunk kell. És ahogyan az lenni szokott, a gyakorlat és az elmélet találkozása nem várt problémákhoz vezethet.

Az elpárologtatóban elforró hűtőközeg csak akkor tud hatékonyan hőt elvonni a hűtőfolyadéktól, ha megfelelő hőcserélő, s azon kielégítő áramlás valósul meg: szükség lesz tehát még egy szivattyúra is, mely a hűtőfolyadékot keringeti (újabb mozgó alkatrész: újabb hibalehetőség).

Arról is meg kell bizonyosodnia a tervezőknek, hogy a párolgás valóban teljes: amennyiben a hűtőközegben folyadék-halmazállapotú részek (cseppek) maradnak, azok károsíthatják a kompresszort. Épp ezért egy bizonyos hűtési teljesítmény alatt a chiller nem tud biztonságosan üzemelni: ha nincs elég hőelvonás, a párolgás nem teljes, s a kompresszor előtt folyadék jelenhet meg. (Természetesen mindenre létezik megoldás: akár tervezési, akár üzemeltetési oldalról lehet kezelni ezt a problémát: erről majd később.)

A kondenzátornál ugyanez a helyzet: a lecsapódás csak akkor tud hatékonyan végbemenni, ha megfelelő áramlás vonja el a hőt a hőcserélőn keresztül. Ehhez, ha egy borhűtőénél nagyobb hűtőteljesítményre van szükségünk, kényszerármoltatásra lesz szükségünk: ventilátort kell beépítenünk.

A folyadékhűtő működése még számos, a hatékonyságot, szabályozhatóságot javító „trükkel” fejleszthető: ezekről későbbi bejegyzéseinkben lesz szó.

„Ami elromolhat, el is romlik”

Világos tehát, hogy az egyszerű, elméleti hűtőkörfolyamattól a gyakorlati megvalósításig számos hibalehetőség kerül a chiller rendszerébe, ugyanakkor a folyadékhűtő működés az üzembiztonság alapvető záloga. Hűtőfolyadék nélkül ugyanúgy nem lehet termelni, mint például áram nélkül. Ha Önnek is problémát okoz egy meghibásodott chiller, lépjen kapcsolatba velünk a gyors és megbízható áthidaló-megoldásért!

Hűtőközeg: a kén-dioxidtól a propánig