Chất làm lạnh

Chất làm lạnh là một chất hoặc hỗn hợp, thường là chất lỏng, được sử dụng trong bơm nhiệt và chu trình làm lạnh. Trong hầu hết các chu kỳ, nó trải qua các chuyển pha từ lỏng sang gas và trở lại. Nhiều chất lỏng làm việc đã được sử dụng cho các mục đích như vậy. 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 amoniac, sulfur dioxit và các hydrocacbon không halogen hóa các như propane.

Thuộc tính mong muốn

Các chất lỏng công tác hay thường được gọi là chất làm lạnh sẽ có các đặc tính nhiệt động thuận lợi, là không ăn mòn cho các thành phần cơ học, và an toàn, bao gồm tự do khỏi độc tính và dễ cháy. Nó sẽ không gây ra suy giảm tầng ozone hoặc biến đổi khí hậu. Vì các chất lỏng khác nhau có các đặc điểm mong muốn ở mức độ khác nhau, sự lựa chọn là vấn đề của sự đánh đổi.
Các đặc tính nhiệt động mong muốn là điểm sôi thấp hơn nhiệt độ mục tiêu, nhiệt hóa hơi cao, mật độ vừa phải ở dạng lỏng, mật độ tương đối cao ở dạng khí và cao nhiệt độ tới hạn. Vì điểm sôi và mật độ khí bị ảnh hưởng bởi áp suất, chất làm lạnh có thể được chế tạo phù hợp hơn cho một ứng dụng cụ thể bằng cách lựa chọn áp suất vận hành phù hợp.

Vấn đề môi trường

Một nghiên cứu năm 2018 của tổ chức phi lợi nhuận "Giải ngân" đã đưa việc quản lý và xử lý chất làm lạnh thích hợp lên hàng đầu trong danh sách các giải pháp tác động khí hậu, với tác động tương đương với việc loại bỏ hơn 17 năm phát thải carbon dioxide của Mỹ.
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 phát triển vào đầu thế kỷ 21 an toàn hơn cho môi trường, nhưng ứng dụng của chúng đã bị trì hoãn do lo ngại về độc tính và tính dễ cháy.
So với chất làm lạnh được halogen hóa, hydrocarbon như isobutane (R-600a) và propane (R-290) cung cấp một số lợi thế: chi phí thấp và có sẵn rộng rãi, tiềm năng làm suy giảm ôzôn bằng 0 và tiềm năng nóng lên toàn cầu rất thấp. Chúng cũng có hiệu quả năng lượng tốt, nhưng dễ cháy và 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 nội địa. Các quy định của EU và Hoa Kỳ quy định mức phí tối đa là 57 hoặc 150 gram chất làm lạnh, giữ cho nồng độ trong bếp tiêu chuẩn dưới 20% giới hạn nổ thấp hơn. LEL có thể được vượt quá bên trong thiết bị, vì vậy không có nguồn đánh lửa tiềm năng nào có thể có mặt. Công tắc phải được đặt bên ngoài ngăn lạnh hoặc được thay thế bằng các phiên bản kín, và chỉ có thể sử dụng quạt không tia lửa. Trong năm 2010, khoảng một phần ba của tất cả các tủ lạnh và tủ đông gia dụng được sản xuất trên toàn cầu isobutane hoặc hỗn hợp isobutane / propane, và điều này dự kiến ​​sẽ tăng lên 75% vào năm 2020.