Historia R744 na tle innych czynników chłodniczych
Ocena użytkowników: / 2
SłabyŚwietny 
Data dodania: 09.08.2012

Dwutlenek węgla jest używany jako czynnik roboczy w sprężarkowych parowych układach chłodniczych od ponad 130 lat. Jest jedynym naturalnym czynnikiem chłodniczym o szerokim zakresie zastosowania, zarówno w chłodnictwie i klimatyzacji przemysłowej jak i komercyjnej.

 

2012_07_52Rys. 1. Sprężarka produkowana przez firmę Kroeschell

 

W układach chłodniczych sprężarkowych-parowych jako pierwszy czynnik roboczy został zaproponowany eter etylowy w 1834 roku, głównie dlatego, że był powszechnie używany np. jako rozpuszczalnik, a co za tym idzie był ogólnodostępny. Fakt, że w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym pozostawał w stanie ciekłym sprawiał, że był łatwy w użyciu. Właściwości eteru – łatwopalność oraz to, że do wytworzenia lodu koniczne jest obniżenie jego ciśnienia poniżej atmosferycznego – spowodowały, że systemy te nigdy nie były wystarczająco bezpieczne i niezawodne.

Kolejnym perspektywicznym płynem roboczym do układów chłodzenia był dwutlenek węgla. W przeciwieństwie do eteru czy amoniaku, dwutlenek węgla jest niepalny i zasadniczo nietoksyczny, ale w obiegu zamkniętym osiąga wysokie ciśnienia pracy. Fakt ten być może był przyczyną 20-letniego opóźnienia w szerszym wykorzystaniu tego czynnika, pozwalając amoniakowi i układom np. z dwutlenkiem siarki opanować ówczesny rynek.

Układy amoniakalne nie były zbytnio preferowane natomiast w systemach chłodzenia powietrza na statkach ze względu na ryzyko wycieku trującej substancji pod pokładem. Podobnie w budynkach użyteczności publicznej. Dlatego też w przypadku systemów chłodzenia powietrza preferowany był dwutlenku węgla.

 

Historia układów opartych o R744
Dwutlenek węgla został zaproponowany po raz pierwszy jako czynnik chłodniczy w układach sprężarkowych-parowych przez Aleksandra Twininga – patent urzędu brytyjskiego z 1850 roku, brak jednak było wówczas podzespołów do budowy takiego układu (w tym również sprężarki). W 1860 roku Tadeusz Lowe opracował sprężarkę do dwutlenku węgla, która pierwotnie służyła do napełniania tym czynnikiem wojskowych balonów obserwacyjnych, w 1866 roku została ona dostosowana do pracy z CO2 w układach chłodniczych do produkcji lodu.

W 1881 r. w Europie pierwszą maszynę na CO2 zbudował Carl Linde. Na starym kontynencie maszyny chłodnicze oparte o CO2 były często jedyną alternatywą z powodu prawnych ograniczeń w stosowaniu toksycznych lub łatwopalnych czynników chłodniczych jak NH3 i SO2 .

W 1884 roku W. Rydth otrzymał patent nr 15475 urzędu brytyjskiego na sprężarkowe urządzenie chłodnicze wykorzystujące dwutlenek węgla.

Franz Windhausen w 1886 roku opatentował nową konstrukcję sprężarki do układów z CO2, której patent został wykupiony i ulepszony przez firmę J&H Hall z Wielkiej Brytanii. Firma wprowadziła ją do produkcji w 1890 roku, co doprowadziło do szerszego wykorzystania dwutlenku węgla w chłodnictwie. Urządzenia firmy Hall oparte o dwutlenek węgla wyparły powszechnie stosowane układy chłodnicze sprężonego powietrza stosowane na statkach. Flota brytyjska używała urządzeń chłodniczych opartych o dwutlenek węgla do roku 1940.

W Stanach Zjednoczonych dwutlenek węgla był szeroko wykorzystywany od 1980 do 1900 roku we wszystkich gałęziach przemysłu, a także w układach klimatyzacyjnych w szpitalach, teatrach itp. W Stanach Zjednoczonych firma Kroeschell Bros. Ice Machine Company pod koniec lat 1890 promowała dwutlenek węgla jako czynnik niepalny i nietoksyczny. Oprócz zastosowań w przemyśle spożywczym zaczął być on wykorzystywany również w klimatyzacji. Sprężarki produkowane przez tę firmę od roku 1987 przedstawia rysunek 1. (...)

 

2012_07_53Rys. 4. Układ kaskadowy CO2/NH3 firmy Frick

 

Podsumowanie
Po raz pierwszy R12, R22 a następnie R502 zostały wprowadzone do systemów przemysłowych w okresie 1950–70, niemal całkowicie wypierając dwutlenek węgla z rynku oraz zagrażając przyszłości układów amoniakalnych. Rodzina nowych syntetycznych czynników chłodniczych była w stanie zapewnić efektywność i elastyczność amoniaku w połączeniu z bezpieczeństwem i niezawodnością dwutlenku węgla. Okresy w jakich wykorzystywane były poszczególne czynniki chłodnicze przedstawiono na rysunku 5.

Pod koniec lat 1980, w całej branży zaczęto poszukiwać alternatywnych rozwiązań dla systemów opartych o czynniki syntetyczne, gdyż wpływ czynników z grupy CFC na środowisko stał się poważnym problemem. Prof. Gustav Lorentzen w 1989 roku w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym przedstawił transkrytyczny systemu CO2, gdzie wysokie ciśnienie było kontrolowane przez zawór dławiący. System miał być przeznaczony m.in. do układów klimatyzacji samochodowej. W 1992 roku Lorentzen i Pettersen opublikowali pierwsze wyniki badań na prototypie układu do klimatyzacji samochodowej z dwutlenkiem węgla.

Obecnie jesteśmy w stanie poradzić sobie z wymaganiami konstrukcyjnymi i technologicznymi podzespołów, jakie stawia dwutlenek węgla, a zwiększony poziom świadomości bezpieczeństwa i ochrony środowiska naturalnego poparty odpowiednimi międzynarodowymi kodeksami i przepisami być może doprowadzi w przyszłości do tego, aby dwutlenek węgla był preferowanym płynem roboczym w układach chłodniczych i klimatyzacyjnych.

 

LITEARTURA:
[1] Ashrae Journal April 1999.
[2] Andy PEARSON: Carbon dioxide— new uses for an old refrigerant. Star Refrigeration Ltd. G46 8JW. Glasgow, UK. Received 5 September 2005. Received in revised form 12 September 2005.
[3] Dariusz BUTRYMOWICZ: Obiegi urządzeń pracujących z dwutlenkiem węgla jako czynnikiem chłodniczym. TCHK. Część I – 1/1997. Część II – 2/1997.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.