Môi chất lạnh R134a
Chất làm lạnh, hay còn gọi là môi chất lạnh[1], tác nhân lạnh, ga lạnh[2] (tiếng Anh: refrigerant) là một chất hoặc hỗn hợp, thường là chất lỏng, được sử dụng trong bơm nhiệt và chu trình làm lạnh. Môi chất lạnh được sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn.[2][3] Fluorocarbons, đặc biệt là chlorofluorocarbon, đã trở nên phổ biến trong thế kỷ 20, nhưng chúng đã bị loại bỏ vì tác dụng suy giảm tầng ozone. Các chất làm lạnh phổ biến khác được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau là amonia, sulfur dioxide và các hydrocarbon không halogen hóa các như propane.[4]
Tùy vào những điều kiện kèm theo hoạt động giải trí khác nhau, môi chất lạnh cần có những đặc thù hóa học, vật lí, nhiệt động … khác nhau, tương thích với nhu yếu thao tác. Một số đặc thù quan trọng khi xem xét lựa chọn môi chất lạnh như sau : [ 5 ] [ 6 ]
Tính chất vật lí[sửa|sửa mã nguồn]
Tính chất hóa học[sửa|sửa mã nguồn]
- Bền hóa học: Môi chất cần bền vững về mặt hóa học trong phạm vi áp suất – nhiệt độ làm việc, không bị phân hủy hay polyme hóa.
- Tính trơ: không phản ứng hóa học hay ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, hơi ẩm, oxy trong không khí…
Tính chất nhiệt động[sửa|sửa mã nguồn]
- Nhiệt ẩn hóa hơi cao: Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.
- Nhiệt độ đông đặc thấp: Môi chất không được đông đặc hoặc hóa rắn trong điều kiện làm việc.
- Nhiệt độ tới hạn cao: Giúp giảm năng lượng cần cung cấp cho máy nén khí.
- Không dễ cháy, dễ nổ: Môi chất không được dễ cháy, nổ khi tiếp xúc với không khí.
- Không độc hại: Môi chất không gây độc hại với người và cơ thể sống, không tạo khí độc khi tiếp xúc với lửa và vật liệu chế tạo máy.
- Mùi dễ nhận biết: Môi chất lạnh cần có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện khi bị rò rỉ.
- Không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Tác động đến thiên nhiên và môi trường[sửa|sửa mã nguồn]
- Chỉ số ODP thấp (Ozone Depletion Potential – Tiềm năng suy giảm tầng ozon): Môi chất không làm suy giảm tầng ozon.
- Chỉ số GWP thấp (Global Warming Potential – Khả năng làm ấm trái đất): Môi chất không gây ra hiệu ứng nhà kính.
Tính kinh tế tài chính[sửa|sửa mã nguồn]
- Giá thành thấp nhưng vẫn đảm bảo chất lượng và độ tinh khiết.
- Dễ sản xuất công nghiệp và vận chuyển.
Không có môi chất lạnh lí tưởng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu tối ưu nêu trên. Chỉ có thể tìm được môi chất đáp ứng vài đặc tính cần thiết. Tùy từng trường hợp, có thể tìm loại môi chất phù hợp nhất với yêu cầu hệ thống, phát huy tối đa ưu điểm, và hạn chế nhược điểm.[6]
Lịch sử tăng trưởng kỹ thuật lạnh được tăng trưởng từ rất sớm, nhưng đến thế kỷ 19, quả đât mới khởi đầu tìm ra môi chất lạnh để hoàn toàn có thể trấn áp quy trình làm lạnh cơ học. Hàng trăm loại môi chất lạnh đã được nghiên cứu và điều tra thử nghiệm và ứng dụng. Những môi chất lạnh được sử dụng vào thời kì đầu có điểm yếu kém là dễ nổ và dễ cháy đã kiềm hãm sự tăng trưởng kỹ thuật lạnh một thời hạn dài. [ 6 ]
Năm 1840, nhà vật lý người Mỹ, Tiến sĩ John Gorrie, đã phát triển máy làm nước đá từ quá trình nén khí. Ông được cấp bằng sáng chế Hoa Kỳ cho kỹ thuật làm lạnh cơ học (mechanical refrigeration) vào năm 1851.[7] Sau đó, lần lượt các kỹ sư Daniel Holden (Mỹ), Raoul-Pierre Pictet (Thụy Sĩ) sử dụng sulfide dioxide (SO2) (từ năm 1870)[8] và Carl von Linde (Đức) sử dụng amonia (năm 1876) làm môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi.[9] Những phát kiến này đã đưa kỹ thuật lạnh đến một bước phát triển nhanh chóng mới.
Hơn 50 năm sau, ba kỹ sư công ty Frigidaire ( Hoa Kỳ ), Thomas Midgley, Albert Henne, và Robert McNary, tìm ra những môi chất lạnh thuộc nhóm chlorofluorocarbon ( CFC ) và hydrochlorofluorocarbon ( HCFC ) vào năm 1928. Đây được xem là những loại môi chất lạnh bảo đảm an toàn tiên phong trên quốc tế. [ 7 ] Công ty Frigidaire, một công ty con của General Motors thời gian đó, phối hợp với tập đoàn lớn hóa chất DuPont để khởi đầu sản xuất Freon-22 hay R-22. Các nước dần vô hiệu việc sử dụng những môi chất dễ cháy nổ như metyl chloride ( CH3Cl ), sulfide dioxide ( SO2 ) … Việc ứng dụng R-12 và R-22 lưu lại một bước tăng trưởng của những máy lạnh nhỏ như tủ lạnh mái ấm gia đình, máy điều hòa nhiệt độ … R-12 và R-22 có đặc thù ưu điểm so với những môi chất trước đó là không độc, không cháy, không gây nổ, nên được gọi là môi chất bảo đảm an toàn. DuPont đăng ký tên thương mại cho R-22 là Freon-22. Các mẫu sản phẩm tương tự như được gọi là Daiflon, Fron ( Nhật ), Frigen, Kaltron ( Đức ), Arcton ( Anh ) … [ 6 ]
Tuy nhiên, các nhà khoa học bắt đầu phát hiện clo, một nguyên tố trong các hợp chất CFC (như R-12, R-22) và HCFC (như R-21) có khả năng phá hủy tầng ozon. Do vậy, Nghị định thư Montréal năm 1987, với 197 nước thành viên Liên Hợp Quốc cùng đồng thuận, đã tuyên bố sẽ giảm dần sản xuất và tiêu thụ các môi chất lạnh gây suy giảm ozon như CFC và HCFC.[10]
Đầu thập niên 1990, nhóm môi chất lạnh Hydrofluorocarbon ( HFC ) như R-134a hay R-410A được tìm ra với hy vọng sửa chữa thay thế những môi chất lạnh bị cấm như CFC và HCFC. Tuy không gây suy giảm ozon, nhưng những môi chất loại HFC được phát hiện gây ra hiện tượng kỳ lạ nhà kính, làm tăng nhiệt độ toàn cầu. [ 11 ]
Vấn đề thiên nhiên và môi trường[sửa|sửa mã nguồn]
Một điều tra và nghiên cứu năm 2018 của tổ chức triển khai phi doanh thu ” Giải ngân ” đã đưa việc quản trị và giải quyết và xử lý chất làm lạnh thích hợp lên số 1 trong list những giải pháp tác động ảnh hưởng khí hậu, với tác động ảnh hưởng tương tự với việc vô hiệu hơn 17 năm phát thải carbon dioxide của Mỹ. [ 12 ]
Bản chất trơ của nhiều haloalkane, chlorofluorocarbon (CFC) và hydrochlorofluorocarbon (HCFC), đặc biệt là CFC-11 và CFC-12, được lựa chọn trong các chất làm lạnh trong nhiều năm bởi vì chúng không dễ cháy và không độc hại. Tuy nhiên, sự ổn định của chúng trong khí quyển và tiềm năng nóng lên toàn cầu và tiềm năng suy giảm ôzôn đã làm dấy lên mối lo ngại về việc sử dụng chúng. Điều này dẫn đến việc thay thế chúng bằng HFC và PFC, đặc biệt là HFC-134a, không làm suy giảm tầng ozone và có tiềm năng nóng lên toàn cầu ít hơn. Tuy nhiên, những chất làm lạnh này vẫn có tiềm năng nóng lên toàn cầu lớn hơn hàng ngàn lần so với CO2. Do đó, chúng hiện đang được thay thế ở những thị trường có khả năng rò rỉ, bằng cách sử dụng thế hệ chất làm lạnh thứ tư, nổi bật nhất là HFO-1234yf, có tiềm năng nóng lên toàn cầu gần hơn với CO2.
Theo thứ tự từ mức cao nhất đến mức thấp nhất của sự suy giảm ôzôn là : Bromochlorofluorocarbon, CFC rồi HCFC .Chất làm lạnh mới được tăng trưởng vào đầu thế kỷ 21 bảo đảm an toàn hơn cho thiên nhiên và môi trường, nhưng ứng dụng của chúng đã bị trì hoãn do lo lắng về độc tính và tính dễ cháy. [ 13 ]So với chất làm lạnh được halogen hóa, hydrocarbon như isobutane ( R-600a ) và propane ( R-290 ) phân phối một số ít lợi thế : ngân sách thấp và có sẵn thoáng đãng, tiềm năng làm suy giảm ôzôn bằng 0 và tiềm năng nóng lên toàn thế giới rất thấp. Chúng cũng có hiệu suất cao nguồn năng lượng tốt, nhưng dễ cháy và hoàn toàn có thể tạo thành hỗn hợp nổ với không khí nếu rò rỉ xảy ra. Mặc dù tính dễ cháy, chúng ngày càng được sử dụng trong tủ lạnh trong nước. Các lao lý của EU và Hoa Kỳ lao lý mức phí tối đa là 57 hoặc 150 gram chất làm lạnh, giữ cho nồng độ trong nhà bếp tiêu chuẩn dưới 20 % số lượng giới hạn nổ thấp hơn. LEL hoàn toàn có thể được vượt quá bên trong thiết bị, vì thế không có nguồn đánh lửa tiềm năng nào hoàn toàn có thể xuất hiện. Công tắc phải được đặt bên ngoài ngăn lạnh hoặc được sửa chữa thay thế bằng những phiên bản kín, và chỉ hoàn toàn có thể sử dụng quạt không tia lửa. Trong năm 2010, khoảng chừng một phần ba của toàn bộ những tủ lạnh và tủ đông gia dụng được sản xuất trên toàn thế giới isobutane hoặc hỗn hợp isobutane / propane, và điều này dự kiến sẽ tăng lên 75 % vào năm 2020. [ 14 ]
