Περιβαλλοντικές Απαιτήσεις για Συμπιεστές

Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας, η ρύπανση της Γης γίνεται ολοένα και πιο σοβαρή και η προστασία του περιβάλλοντος έχει γίνει ένα σημαντικό ζήτημα παγκόσμιας ανησυχίας. Η πρόληψη της καταστροφής της ατμοσφαιρικής στιβάδας του όζοντος και η παγκόσμια κλιματική αλλαγή έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή από χώρες σε όλο τον κόσμο και έχει επιτύχει συναίνεση μεταξύ των διεθνών κυβερνήσεων, υπογράφοντας σχετικές συμφωνίες.
συμπιεστής
συμπιεστής
Στον τομέα της ψύξης και του κλιματισμού, η καταστροφή της ατμοσφαιρικής στιβάδας του όζοντος από CFCS και HCFCS, καθώς και η υπερθέρμανση του πλανήτη που προκαλείται από την κατανάλωση ενέργειας, είναι ζητήματα που πρέπει να εκτιμώνται ιδιαίτερα στο σχεδιασμό των συμπιεστών.
Όπως είναι γνωστό, η επιλογή των ψυκτικών είναι ένας από τους πολλούς παράγοντες που επηρεάζουν τη σχεδίαση του συμπιεστή που θα πρέπει να εκτιμάται ιδιαίτερα.
Προκειμένου να αναπτύξουν νέους συμπιεστές χρησιμοποιώντας εναλλακτικά ψυκτικά μέσα, οι σχεδιαστές αντιμετώπισαν πρώτα δύο προβλήματα:
Πρώτον, ο συμπιεστής πρέπει να επαναπροσδιορίσει τον όγκο εργασίας του ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις πίεσης διαφορετικών ρυθμών ροής.
Δεύτερον, πρέπει να αντιμετωπιστεί η συμβατότητα μεταξύ διαφόρων υλικών που έρχονται σε επαφή με το ψυκτικό μέσο του συμπιεστή, όπως το συνθετικό καουτσούκ και το λιπαντικό λάδι.
Στην προηγούμενη ιστορία, περισσότερες από πενήντα ουσίες έχουν χρησιμοποιηθεί ως ψυκτικά μέσα. Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, εκτός από τη χρήση αμμωνίας στο φάσμα της μεγάλης ψυκτικής ικανότητας, σχεδόν όλα τα πεδία ψύξης και κλιματισμού κυριαρχούνταν από αλογονοαλκάνιο CFCS και HCFCS. Η υποκατάσταση του CFCS που προσδιορίστηκε στο Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ το 1974 έχει πραγματοποιηθεί στις βιομηχανικές χώρες, ενώ το σχέδιο υποκατάστασης του HCFCS θα ολοκληρωθεί το 2020. Για τις αναπτυσσόμενες χώρες, θα διακοπεί το 2010 και το 2040, αντίστοιχα. Ωστόσο, σε ορισμένες ανεπτυγμένες χώρες, είναι διατεθειμένες να το επιτύχουν νωρίτερα. Το Σχήμα 6 δείχνει τα πεδία εφαρμογής και τα πιθανά υποκατάστατα των CFC-11, CFC-12, HCFC-22 και R502, που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως συνήθως στην Ευρώπη (κάτω από τη γραμμή οριζόντιου βέλους).
CFC-11
Το CFC-11 είναι ένα ψυκτικό χαμηλής πίεσης που χρησιμοποιείται κυρίως σε φυγοκεντρικά ψυκτικά συγκροτήματα και το υποκατάστατό του μετάβασης είναι το HCFC-123. Επιπλέον, το HFC-245ca ή το HFC-245fa είναι επίσης ψυκτικά χαμηλής πίεσης, αλλά έχουν ευφλεκτότητα. Επομένως, οι μέθοδοι μείωσης της καύσης και η τοξικότητά τους πρέπει να μελετηθούν και η χρήση τους δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο το CFC-11 και το HCFC-123. Ως εκ τούτου, πολλές επιχειρήσεις έχουν στραφεί στη χρήση HFC-134a σε φυγοκεντρικούς ψύκτες.
CFC-12
Λόγω του ευρέος φάσματος εφαρμογών και των προβλημάτων διαρροής στον κλιματισμό αυτοκινήτων, το CFC-12 είναι το πρώτο αντικείμενο που εξετάζεται ως υποκατάστατο. Το HFC{1}}a μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο σε οικιακά ψυγεία και κλιματιστικά αυτοκινήτου. Το HFC-134a έχει ικανότητα ψύξης και απόδοση παρόμοια με το CFC-12 στο εύρος μέσης έως υψηλής θερμοκρασίας. Ωστόσο, υπό συνθήκες λειτουργίας κάτω του -23 βαθμού , χάνει την ελκυστικότητά του λόγω της χαμηλότερης ικανότητας ψύξης και της αποδοτικότητάς του σε σύγκριση με το CFC-12. Παρόλο που το HFC{6}}a έχει μηδενική τιμή ODP για το δυναμικό καταστροφής του όζοντος, η τιμή του GWP για την υπερθέρμανση του πλανήτη είναι τόσο υψηλή όσο 1300 (με βάση την τιμή GWP του CO2), κάτι που μακροπρόθεσμα θα επηρεάσει επίσης την ανάπτυξή του και χρήση.
HCFC-22
Το HCFC{{0}} έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε εμπορική ψύξη, επαγγελματικό και οικιακό κλιματισμό και αντλίες θερμότητας, με τιμή ODP πολύ χαμηλότερη από αυτή του CFC-11 και του CFC-12 , μόνο 0,055. Αλλά η αξία του GWP του είναι αρκετά υψηλή, περίπου 1700. Ακριβώς για αυτούς τους λόγους ορισμένες χώρες στην Ευρώπη, όπως η Γερμανία, καταργούνται γρήγορα. Υπάρχουν ήδη πολλά ανάμεικτα ψυκτικά ως υποκατάστατα του HCFC-22. Η American Refrigeration Association έχει προτείνει τέσσερις τύπους στο πρόγραμμα αξιολόγησης αντικατάστασης ψυκτικού μέσου (AREP): HFC-134a, R407C, R410A και R410B. Ωστόσο, σε σύγκριση με τα άλλα τρία, το HFC{11}}a έχει χαμηλότερη ικανότητα ψύξης και πίεση και η χρήση του ως ψυκτικού μέσου απαιτεί σημαντικό επανασχεδιασμό του συστήματος. Επομένως, η δυνατότητα χρήσης του ως υποκατάστατου του HFCF-22 φαίνεται να είναι ελάχιστη, αλλά η δυνατότητα χρήσης του σε μεγαλύτερα ψυκτικά συγκροτήματα εξακολουθεί να υπάρχει. Το μη αζεοτροπικό ψυκτικό R407C είναι πιθανό να είναι υποκατάστατο για τα υπάρχοντα μηχανήματα, καθώς είναι πιο κοντά σε HCFC-22. Μετά την αντικατάσταση, απαιτούνται ελάχιστες τροποποιήσεις στον εξοπλισμό του συστήματος και χρησιμοποιούνται όξινα λιπαντικά για την αντικατάσταση ορυκτελαίων. Θα πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στην προσαρμογή στη μεγάλη ολίσθηση της θερμοκρασίας του ψυκτικού μέσου (έως 5-7 βαθμούς ). Τα σχεδόν αζεοτροπικά ψυκτικά R410A και R410B είναι δύο μείγματα του ίδιου HFCS, με τη μόνη διαφορά να είναι η αναλογία ανάμειξης. Το R410A είναι κατάλληλο για μικρά κλιματιστικά τύπου split, αλλά η πίεση εξάτμισης του είναι περίπου 1,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του HCFC-22. Επομένως, το σύστημα που χρησιμοποιεί αυτό το υγρό εργασίας πρέπει να επανασχεδιαστεί πλήρως, επομένως χρησιμοποιείται μόνο σε νέα συστήματα ψύξης και κλιματισμού. Ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός αυτού του συστήματος μπορεί να αυξήσει την απόδοσή του κατά 5 τοις εκατό.
R502
Το R502 έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε συστήματα ψύξης χαμηλής θερμοκρασίας. Η AREP συνιστά δύο πιθανές εναλλακτικές λύσεις: R404A και R507. Το R404A έχει ικανότητα ψύξης και απόδοση παρόμοια με το R502, αλλά απαιτεί περισσότερη δοκιμή των εξαρτημάτων του συστήματος, ειδικά των συμπιεστών, όταν εγκριθεί. Υπάρχει ένα συστατικό στο μικτό συστατικό του R507 που παίζει ρόλο επιβραδυντικό φλόγας, το οποίο έχει παρόμοια απόδοση με το R502, αλλά οι δοκιμές τοξικότητας συνεχίζονται ακόμη στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αλλά στην Ευρώπη, έχει εφαρμοστεί στον ψυκτικό εξοπλισμό σούπερ μάρκετ.