WEST LAFAYETTE, Ind. – A kutatók előrelépést tesznek az autóipari és hordozható légkondicionáló rendszerek tökéletesítésében, amelyek környezetbarát szén-dioxidot használnak hűtőközegként a hagyományos, szintetikus globális felmelegedést okozó és ózonréteget lebontó vegyszerek helyett.
A 20. század elején ez volt a választott hűtőközeg, de később mesterséges vegyi anyagokkal helyettesítették. A szén-dioxid most a visszatérés küszöbén állhat, köszönhetően a technológiai fejlődésnek, amely magában foglalja a rendkívül vékony, de erős alumíniumcsövek gyártását.
A mérnökök július 25. és 28. között vitatják meg legújabb eredményeiket a Gustav Lorentzen Természetes munkafolyadékokról szóló konferencián, amely egyike annak a három nemzetközi légkondicionálási és hűtési konferenciának, amelyet egyidejűleg a Purdue Egyetemen tartanak. A két másik konferenciától eltérően a kétszer évente megrendezésre kerülő Gustav Lorentzen Konferencia, amelyet először rendeznek meg az Egyesült Államokban, a természetes hűtőközegekre összpontosít, amelyekről úgy gondolják, hogy kevésbé károsak a környezetre, mint a szintetikus kémiai vegyületek.
"A Gustav Lorentzen Konferencia olyan anyagokra összpontosít, mint a szén-dioxid, ammónia, szénhidrogének, levegő és víz, amelyek mind természetesen előfordulnak a bioszférában" - mondja James Braun, a Purdue-i gépészmérnök docens, a mindhárom konferencia szervezőbizottsága. "A legtöbb meglévő hűtőközeg ember alkotta."
A Purdue mérnökei számos tanulmányt mutatnak be, amelyek részletezik a szén-dioxidra, mint hűtőközegre vonatkozó új megállapításokat, többek között:
• Az első számítógépes modell megalkotása, amely pontosan szimulálja a szén-dioxid alapú klímaberendezések teljesítményét. A modellt a mérnökök felhasználhatnák olyan klímaberendezések tervezésére, amelyek szén-dioxidot használnak hűtőközegként. A modellről szóló tanulmányt július 26-án mutatják be az Egyesült Államok hadserege által támogatott különleges ülésen, amelyen több egyetem kutatói mutatnak be új eredményeket.
• Egy hordozható szén-dioxid alapú légkondicionáló kialakítása, amely ugyanúgy működik, mint a hagyományos katonai "környezetvédelmi vezérlőegységek". Jelenleg a környezetre káros hűtőközegeket használó blokkok ezrei üzemelnek. A szén-dioxid egységet az új számítógépes modell alapján tervezték. A Purdue mérnökei egy prototípust készítettek, és jelenleg tesztelik.
• Egy matematikai „korreláció” kidolgozása, egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy hőcserélőket tervezzenek – azokat a radiátorszerű eszközöket, amelyek hőt bocsátanak ki a környezetbe, miután a hűtés során elnyelték – a jövőbeni szén-dioxid számára. alapú rendszerek. A Purdue-ban kifejlesztett matematikai összefüggés, amely egy népszerű mérnöki kézikönyvben fog megjelenni, lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy meghatározzák, mekkora hőcserélőnek kell lennie egy adott terület hűtéséhez.
• Egy új módszer kifejlesztése, amely lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy előre jelezzék a kenőolajok hatását a szén-dioxid alapú klímaberendezések belsejében a nyomásváltozásra. A hűtőközeggel keveredő és a kompresszort kenő olaj okozta nyomásesés megértése létfontosságú a klímaberendezés teljesítményének előrejelzéséhez.
Bár a szén-dioxid globális felmelegedést okozó gáz, a hagyományos hűtőközegek, az úgynevezett fluorozott szénhidrogének körülbelül 1400-szor nagyobb globális felmelegedést okoznak, mint az azonos mennyiségű szén-dioxid. Mindeközben a klímaberendezésekből felszabaduló szén-dioxid kis mennyisége jelentéktelen lenne ahhoz képest, hogy a fosszilis tüzelőanyagok energia- és közlekedési célú elégetésével hatalmas mennyiségben keletkeznének, mondja Eckhard Groll, a Purdue-i gépészmérnök docens.
A szén-dioxid ígéretes olyan rendszerek esetében, amelyeknek kicsinek és könnyűnek kell lenniük, mint például az autóipari vagy hordozható klímaberendezések. Különféle tényezők, köztük a szén-dioxid-rendszerekhez szükséges magas üzemi nyomás, lehetővé teszik a hűtőközeg átáramlását a kis átmérőjű csövön keresztül, ami lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy kompaktabb klímaberendezéseket tervezzenek.
A szigorúbb környezetvédelmi előírások most előírják, hogy a klímaberendezések karbantartása és javítása során eltávolított hűtőközeget speciális berendezéssel kell felfogni, ahelyett, hogy a múltban a légkörbe kerülnének. Az új „helyreállító” berendezések költségesek, és működésükhöz több képzésre lesz szükség, ami fontos szempont az Egyesült Államok hadserege és légiereje számára, amelyek együttesen körülbelül 40 000 hordozható terepi klímaberendezést használnak. Az egységeket, amelyeket a nagy lakossági ablakos klímaberendezésekhez lehetne hasonlítani, különféle célokra szállítják a terepre, például hűtési csapatok és elektronikus berendezések céljából.
"Minden megvásárolt egységhez egy helyreállítási egységet kell vásárolniuk" - mondja Groll."Ez jelentős költség, mert a visszanyerő egység majdnem olyan drága, mint az eredeti egység. A másik probléma a betanítás. Meg lehet csinálni, de sokkal nehezebb, mint szén-dioxid használata, ahol egyszerűen kinyithat egy szelepet, és kiengedi a hangulat."
A visszanyerési követelmény nem vonatkozik a földgázból, például szén-dioxidból készült hűtőközegekre, mivel ezek környezetbarátak – mondja Groll, aki becslése szerint a szén-dioxid-rendszerek tökéletesítése valószínűleg további 5-10 évig tart.
Egy évszázaddal ezelőtt a szén-dioxid volt a választott hűtőközeg, de később szintetikus vegyszerek váltották fel.
"Valójában nagyon erősen használták hűtőközegként emberek által lakott helyeken, például színházakban és éttermekben, és nagyszerű munkát végzett" - mondja Groll, a Gustav Lorentzen Konferencia elnöke.
A szén-dioxid-rendszerek egyik hátránya azonban az, hogy nagy nyomáson kell üzemeltetni őket, akár ötször akkora nyomáson, mint a jelenlegi technológiában. A nagynyomású működés szükségessége bizonyos mérnöki kihívásokat jelentett, és nehéz acélcsövek használatát tette szükségessé.
Az 1930-as években a szén-dioxidot szintetikus hűtőközegekkel, az úgynevezett klór-fluor-szénhidrogénekkel vagy CFC-kkel váltották fel, amelyek jól működtek az alacsony nyomású rendszerekben. A tudósok azonban később felfedezték, hogy ezek a hűtőközegek károsítják a Föld sztratoszférikus ózonrétegét, amely megszűri a veszélyes ultraibolya sugárzást. A CFC-ket azóta felváltották a fluorozott szénhidrogének, amelyek nem veszélyesek az ózonrétegre, de továbbra is globális felmelegedést okoznak.
A gyártás és más technológiák közelmúltbeli fejlődése azonban ismét praktikussá teszi a szén-dioxidot. Mostantól rendkívül vékony, de erős alumíniumcsövek is gyárthatók a nehéz acélcsövek helyére.
A szén-dioxid nem kínál előnyöket a nagyméretű klímaberendezések számára, amelyeknek nincs helykorlátozásuk, és széles átmérőjű csöveket használhatnak, amelyek elegendő mennyiségű hagyományos hűtőközeget szállítanak a megfelelő hűtési kapacitás biztosítása érdekében. De egy másik természetes hűtőközeget, az ammóniát is fontolgatják kereskedelmi hűtési alkalmazásokhoz, például élelmiszerboltok vitrinjeihez, mondja Groll.
Ezen rendszerek tervezését bonyolítja az a tény, hogy az ammónia mérgező, ezért kidolgozottabb tervezésre van szükség, amelyben az ammóniás hűtőközeget elkülönítik az emberek által elfogl alt helyektől. Az első ammóniarendszereket jelenleg tesztelik Európában, és az eredményeket a Gustav Lorentzen konferencián mutatják be, mondja Groll.
Groll munkáját az Egyesült Államok Hadserege, Légiereje és az Amerikai Fűtő-, Hűtő- és Légkondicionáló Mérnökök Társasága, valamint a Légkondicionáló és Hűtéstechnikai Intézet finanszírozza.
