by Tổng quan về môi chất lạnh
a. Khái niệm
Môi chất lạnh là môi chất trung gian sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thực hiện truyền tải nhiệt lượng từ vùng có nhiệt độ thấp sang vùng có nhiệt độ cao.
b. Yêu cầu đối với môi chất lạnh
- Bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ và polyme hóa.
- Phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn.
- Áp suất ngưng tụ Pk không được quá cao để giảm chiều dày các thiết bị, đảm bảo độ bền và an toàn cho hệ thống.
- Nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao tránh làm cháy dầu bôi trơn và ảnh hưởng đến độ bền cũng như tuổi thọ máy nén.
- Áp suất bay hơi Po không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không, hạn chế lọt không khí vào hệ thống.
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều để trong giới hạn làm việc môi chất chỉ ở pha lỏng hoặc pha khí.
- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt để giảm kích thước hệ thống.
- Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ.
- Độ nhớt càng nhỏ càng tốt để giảm tổn thất áp suất trên đường ống và tại các thiết bị.
- Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số tỏa nhiệt đối lưu càng lớn càng tốt để giảm kích thước thiết bị trao đổi nhiệt.
- Khả năng hoà tan nước càng lớn càng tốt để tránh hiện tượng tắc ẩm ở thiết bị tiết lưu.
- Môi chất khi rò rỉ không được độc hại với con người và không gây hư hỏng sản phẩm bảo quản.
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ sản xuất, vận chuyển, sử dụng.
- Phải an toàn, không dễ cháy nổ.
- Không được dẫn điện nhằm tránh trường hợp chập điện cuộn dây động cơ ở máy kín và nửa kín.
- Không gây ra các hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng ozone
c.Các loại môi chất lạnh
- Môi chất lạnh CFC (ChloroFluoroCarbons Refeigerant)
Môi chất lạnh CFC được hình thành bằng cách thay thế tất cả nguyên tử Hydro trong các Hydrocacbon bằng các nguyên tử Clo và Flo.
Các môi chất CFC:CFC 11, CFC 12, CFC 113, CFC 114, CFC 115, CFC 13, CFC 111, CFC 112, CFC 211, CFC 212, CFC 213, CFC 214, CFC 215, CFC 216, CFC 217…vv
- Môi chất lạnh HCFC (HydroChloroFluoroCarbon Refrigerant)
Không giống như môi chất lạnh CFC, HCFC được hình thành bằng cách thay thế một số nguyên tử Hydro trong Hydrocacbon bởi nguyên tử Clo và Flo.
Các môi chất HCFC:
HCFC-21, HCFC-22, HCFC-31, HCFC-121, HCFC-122, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-131, HCFC-132, HCFC-133, HCFC-141b, HCFC-142b, HCFC-151…vv
- Môi chất lạnh HFC (HydroFluoroCarbons Refrigerant)
Trong thành phần của môi chất lạnh HFC chỉ chứa các nguyên tử hydrogen, flo, và carbon.
Một số loại môi chất lạnh HFC như : HFC – 134a (CF3CH2F), HFC – 152a (CHF2CH3), HFC – 125 (CF3CHF2), HFC – 143a (CF3CH3), HFC – 32 (CH2F2), HFC – 227 ea (CF3 – CHF – CF3), HFC – 236 fa (CF3 – CH2 – CF3), HFC – 23 (CHF3)…vv
- Môi chất lạnh Halon BFC (BromineFluorineCarbon Refrigerant)
Thành phần của môi chất lạnh BFC gồm : brôm, flo và carbon.
Một số loại môi chất lạnh HFC như: BFC-13B1(CBrF3), BFC-12B1(CBrClF2), BFC-12B2(CBr2F2).
- Môi chất lạnh hòa trộn (mixed Refrigerant)
Việc lựa chọn một môi chất lạnh đơn chất có các đặc tính nhiệt động tốt và thân thiện với môi trường không dễ dàng, song song với việc tìm kiếm môi chất mới, người ta hòa trộn các môi chất theo tỷ lệ phù hợp nhằm đáp ứng được các đặc tính nhiệt động, đồng thời giảm thiểu tối đa tới tác động đến môi trường.
Một số môi chất hòa trộn: R404A, R507A, R407A, R407B, R407C, R410A, R508A, R508B, R413A, FX80, ISCEON89, ISCEON59, R401A, R410B, R409A, R409B, R402A, R402B, R403A, R403B, R408A.
- Môi chất lạnh loại thiên nhiên
Bên cạnh các môi chất lạnh là sản phẩm công nghiệp là các môi chất lạnh có nguồn góc thiên nhiên như:Propan (R 290), butan(R 600), isobutan (R 600a), CO2, amonia (R717), không khí(R729) và nước(R718)... Các môi chất lạnh có nguồn gốc từ thiên nhiên, thân thiện không tham gia vào việc phá hủy tầng ozone và hiện tượng nóng lên của trái đất.
e. Môi chất lạnh và tác động đến môi trường.
Trong nhiều năm qua, các hệ thống lạnh sử dụng môi chất tổng hợp hóa học đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất. Tuy nhiên, trong những năm gần đây vấn đề về môi trường đặc biệt là sự suy giảm tầng ozone, hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên toàn cầu, đặt ra thách thức cho ngành kỹ thuật lạnh là việc tìm kiếm thay thế môi chất lạnh mới vừa có các tính chất nhiệt động tốt và thân thiện với môi trường.
Vào những năm 1930, môi chất lạnh CFC được các nhà khoa học nghiên cứu sản xuất. Chúng nhanh chóng được sử dụng rộng rãi do hiệu suất cao, tính an toàn và sự bền vững. Đến những năm 1970, khi các vấn đề về môi trường được quan tâm, các nhà khoa học nhận ra rằng môi chất lạnh CFC và các môi chất lạnh sau này là HCFC đã ảnh hưởng lớn đến sự suy giảm tầng ozone của trái đất và biến đổi khí hậu toàn cầu. Trước những tác động đó, 2 nghị định thư đã ra đời nhằm giảm thiểu hậu quả do chúng mang đến.
Nghị định thư Motreal: Nghị định được ký kết vào ngày 16 tháng 9 năm 1987, trong nghị định này các chất có sự tác động mạnh đến sự phá hủy tầng ozone được đưa vào 20 danh mục cần kiểm soát. Vào những năm 1990, các nhà khoa học phát hiện thêm một đặc tính của môi chất lạnh lạnh đó là khả năng làm nóng Trái Đất. Hiện tượng ấm dần lên toàn cầu (Global Warming) đã và đang gây ra những ảnh hưởng nặng nề. Không chỉ làm tan băng ở hai cực Trái Đất và nâng cao mực nước biển, sự ấm dần lên toàn cầu còn gây ra những biến đổi to lớn về mặt sinh thái, tự nhiên. Điều này dẫn đến sự ra đời nghị định thư Kyotol vào năm 1997 nhằm giảm thiểu những khí gây ra hiệu ứng nhà kính (greenhouse môi chất lạnh) nguyên nhân chính của sự ấm dần lên toàn cầu. Mặc dù được xem là chất không gây ảnh hưởng đến tầng ozone nhưng một số môi chất lạnh lạnh HFC có tác động đến sự ấm lên toàn cầu và nằm trong danh mục các chất cần cắt giảm. Để xem xét đến khả năng gây nguy hại của một môi chất lạnh người ta dùng 2 hệ số ODP (Ozone Depletion Potential – Khả năng làm suy yếu tầng ozone) và GWP (Global Warming Potential – Khả năng làm nóng trái đất). Ngoài ra, sự rò rỉ và thời gian tồn tại trong khí quyển của các chất này cũng là yếu tố cần được quan tâm. Đối với chỉ số ODP và GWP, các hệ số này càng cao nghĩa là khả năng tác động của môi chất lạnh càng lớn.
Thời gian tồn tại trong khí quyển càng lâu thì môi chất lạnh càng ảnh hưởng mạnh đến môi trường.Từ những yếu tố trên, việc lựa chọn sử dụng lạnh cần dựa trên sự cân bằng.
ODP-Chỉ số đánh giá mức độ phá hủy tầng ozone với mức chuẩn để so sánh ODP của môi chất CFC-11 (có giá trị bằng 1)
Sự cân bằng đó bao gồm các yếu tố sau:
- ODP: Khả năng ảnh hưởng đến tầng ozone
- GWP: Khả năng ảnh hưởng đến sự nóng lên toàn cầu
- Thời gian tồn tại trong khí quyển
- Hiệu quả khi sử dụng trong hệ thống lạnh.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm môi chất lạnh mới thân thiện môi trường, tuy nhiên việc tìm kiếm rất khó khăn, vì vậy nhằm hạn chế tối thiểu mức độ ảnh hưởng môi chất đến môi trường, người ta sử dụng các môi chất có nguồn góc thiên nhiên hoặc các môi chất hỗn hợp thay thế trong thời gian quá độ tìm kiếm môi chất mới như:
R404A (R143a/R125/134a), R507A (R125 /R143a), R407C (R32/R125/R134a), R410A (R32 /R125), R407A(R125/R32/R134a), R407B (R125/R32/R134a), R290…vv.
Các môi chất lạnh thường dùng
a. Môi chất Amoniac (R171)
- Amoniac có công thức hoá học NH3 và ký hiệu môi chất là R717 là một chất khí không màu có mùi hắc đặc trưng.
- NH3 bền vững ở khoảng nhiệt độ và áp suất làm việc.
- NH3 không ăn mòn các kim loại đen nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng, ngoại trừ đồng thau phốt phát. Do đó không nên sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong các hệ thống lạnh NH3.- Nhiệt độ cuối tầm nén rất cao vì vậy máy nén sử dụng môi chất R717 thường được làm mát bằng nước.
- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn.
- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao nên tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ.
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn .
- Hoà tan nước không hạn chế.
- Không hoà tan dầu nên bôi trơn.
- Dẫn điện ở thể hơi và lỏng.
- Khi rò rỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và làm hư hỏng sản phẩm bảo quản.
- Dễ gây cháy nổ ở nồng độ cao.
- Không gây ra các hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng ozone
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ sản xuất, vận chuyển, sử dụng.
b. Môi chất R12
- Môi chất lạnh R12 có công thức hoá học là CCl2F2, là một chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ.
- Bền vững trong phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không ăn mòn kim loại đen, kim loại màu và phi kim nhưng làm trương phồng một số chất hữu cơ như cao su và một số chất dẻo.
- Nhiệt độ cuối tầm nén thấp.
- Năng suất lạnh riêng khối lượng nhỏ, chỉ bằng 1/8 đến 1/10 NH3 nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống lớn.
- Không dẫn điện.
- Hoà tan dầu.
- Không hoà tan nước.
- Khi rò rỉ không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và không làm hư hỏng sản phẩm bảo quản.
- Không cháy nổ.
-Tuy giá thành cao, tuy nhiên dễ kiếm, dễ bảo quản và vận chuyển.
- Gây ra các hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng ozone
c. Môi chất R22
- Là môi chất lạnh có công thức hoá học CHClF2, là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ.22
- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nhưng làm trương phồng một số chất hữu cơ (cao su, chất dẻo).
- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn gần NH3 nên máy gọn nhẹ.
- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động lớn.
- Hoà tan dầu.
- Không hoà tan nước nhưng mức độ hòa tan lớn gấp 5 lần của R12 nên nguy cơ tắc ẩm giảm đi.
- Không dẫn điện.
- Khi rò rỉ không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và không làm hư hỏng sản phẩm bảo quản.
- Không cháy nổ.
- Giá thành cao, tuy nhiên dễ kiếm, dễ bảo quản và vận chuyển.
- Gây ra các hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng ozone
d. Môi chất R134a
- Là môi chất lạnh có công thức hoá học CH2F-CF3, là chất khí không màu có mùi thơm nhẹ.
- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không ăn mòn các kim loại chế tạo máy.
- Hoà tan với dầu bôi trơn.
- Không hoà tan nước.
- Không cháy nổ.
- Không dẫn điện.
- Hợp chất này không tham gia phá hỏng tầng ozone.
- Khi rò rỉ không độc hại, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gây hư hỏng sản phẩm.
- Giá thành cao, tuy nhiên dễ kiếm, dễ bảo quản và vận chuyển.
Đây là môi chất thương mại hoá trên thị trường và dùng để thay thế cho môi chất R12
e. Môi chất R410a
- Là hỗn hợp không đồng sôi (50% R32 và 50% R125) là chất khí không màu có mùi thơm nhẹ.
-Áp suất cuối tầm nén cao gấp 1.6 lần so với R22.
-Năng suất lạnh riêng thể cao
- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nhưng làm trương phồng một số chất hữu cơ (cao su, chất dẻo).
- Không dẫn điện.
- Không cháy nổ.
- Hợp chất này không tham gia phá hủy tầng ozone.
- Khi rò rỉ không độc hại, không ảnh hưởng con người và gây hư hỏng sản phẩm.
- Giá thành cao, tuy nhiên dễ bảo quản và vận chuyển
f. Môi chất R600a
- Là môi chất lạnh có công thức hoá học CH(CH3)3, là chất khí không màu có mùi thơm nhẹ.
- Áp suất cuối tầm nén cao.
- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn.
- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy
- Không dẫn điện.
- Môi chất có khả năng cháy nổ.
- Hợp chất này không tham gia phá hỏng tầng ozone.
- Khi rò rỉ không độc hại, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gây hư hỏng sản phẩm.
- Giá thành cao, tuy nhiên dễ bảo quản và vận chuyển.
g. Môi chất R290
- Là môi chất lạnh có công thức hoá học C3H8, là môi chất có nguồn gốc thiên nhiên
- Áp suất cuối tầm nén cao.
- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn.
- Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy
- Không dẫn điện.
- Hợp chất này không tham gia phá hỏng tầng ozone và gây hiệu ứng nhà kính
- Khi rò rỉ không độc hại, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gây hư hỏng sản phẩm.
-Giá thành cao, tuy nhiên dễ bảo quản và vận chuyển.
0 comments: