VGF szaklap

R744 hűtőközeg, a közönséges széndioxid

| |  396 | |

R744 hűtőközeg, a közönséges széndioxid

Ha már szó esett a kompresszorok kapcsán az R744 hűtőközegről, azaz a széndioxidról, vizsgáljuk meg közelebbről ezt a természetes gázt. Annak apropóján is, hogy a Német Járműgyártók Szövetsége (VDA) bejelentette, hogy a jövőben az R744 közegű klímarendszereket fogják használni.

Nagyon magas a nyomás

A jelentős környezeti előnyök a jövő hűtőberendezéseiben vezető szerepet biztosítanak az R744 részére. Az elmúlt években kedvező eredmények különböző rendszerkialakításoknál elsősorban Európában, Ausztráliában és Kanadában mutatkoztak. A kezdetben magas beruházási költségek csökkenő trendet mutatnak, míg az alkotórészeknél és alkalmazásaiknál megmutatkozó innováció további lehetőségeket tár fel a rendszer teljesítményének fokozására. Az eredmények a CO2 részére hosszú távú alternatívaként biztosítanak szerepet a belátható jövőben. A széndioxidnak számtalan előnye van, hátránya ugyan kevesebb, de ami van, az nagy problémát jelent. Az R744 a világon bárhol elérhető, éppen ezért fajlagos költsége rendkívül alacsony (kevesebb, mint 10 Euro cent), előállítása vegyi folyamatoktól mentes. Nem gyúlékony, sőt a tüzet elfolytja, ezért biztonságosnak mondható. Azonban a rendszernyomása rendkívül nagy, kisnyomású körben 30 bar, nagynyomású körben 130 bar, míg a rendszer nyugalmi nyomása is 90 bar. A környezeti hőmérséklet ingadozására nagyon érzékeny, ezért is nevezik szuperkritikus állapotú rendszernek. Hűtőteljesítmény tekintetében a hagyományos hűtőközegeknél jelentősebb volumetrikus hatásfokkal rendelkezik sűrűsége miatt; az R744-el töltött készülékek hatásfoka a rendszer kialakításától, és a környezeti hőmérséklettől erősen változó. Az ilyen rendszerek nagyobb felkészültséget kívánnak meg a szervizes és szerelő szakemberektől is, a nagy nyomás miatt pontos munka, és megfelelő szerszámozottság szükséges. A széndioxidnak szubkritikus tartományban nincs csúszása, a molekulaszerkezete egyszerű, minden szabványelőírásnak megfelelő hűtőközeg. Magas nyomása miatt nem alkalmazható helyettesítő hűtőközegként.

CO2 vs. HFC

Az R744 egyszerű összehasonlítása más hűtőközeggel azonban félrevezető lehet. Alacsony kritikus hőmérséklete miatt ugyanis a rendszer kialakítása eltérő úgymint kaszkád kapcsolás vagy transzkritikus üzemelés. Szubkritikus állapotban, alacsony kondenzációs hőmérsékleteknél az R744 jól összevethető a manapság használatos HFC rendszerekkel, de magasabb kondenzációs hőmérsékleteknél illetve transzkritikus állapotban történő összehasonlítás már nem kedvező.  Az R744 magas szívónyomása és gőz sűrűsége nagyon jó hűtőközeg oldali hőátadást biztosít az elpárologtatónak. Hasonló teljesítményű rendszereknél az R744 elpárologási hőmérséklete valójában magasabb lesz, mint az egyenértékű HFC esetben.  A kompressziós index R744 esetében nagyon magas, ezért a nyomógáz hőmérséklet magasabb, mint a HFC esetén. Kereskedelmi hűtőberendezéseknél ez növeli a hővisszanyerés lehetőségét habár nyáron, mikor a működés transzkritikus, a hőigény korlátozott.  Az R744 sűrűsége nagyon magas volumetrikus teljesítményt eredményez. Emiatt csökken a szükséges kompresszor szállítóteljesítmény, de nem csökken a motorméret, ami hasonló, mint a HFC hűtőközegek esetében.  A szívócső szükséges keresztmetszete a volumetrikus teljesítménnyel arányos. A széndioxid esetében a szívócső átmérő megközelítőleg a fele az R404A esetén szükségesnek.  Az R744 nyomásviszonya kisebb, mint egy HFC esetében. Ez magasabb izentrópikus hatásfokot eredményez.

Szárazjégképződés

Szárazjég (szilárd R744) akkor képződik, amikor az R744 nyomása és hőmérséklete a hármaspont (4,2barg / –56°C ) alá csökken. Ez megfelelően működő rendszer esetében nem következik be, de bizonyos esetekben előfordulhat,  így, ha az R744 gőzt fuvat le a biztonsági szelep, a hűtőközeg elengedésével szerviz alkalmával (pl. alkatrész csere),  vákuumolt rendszer töltésénél (nyomás 4,2 bar alatt).  Miután a szárazjég létrejött nem tágul, de gázzá alakul, ha hőt vesz fel (pl. a környezetből). Amennyiben a szárazjég a rendszeren belül van, a gázzá alakulás jelentős nyomásnövekedést eredményez, ezért megfelelő nyomáscsökkentő szelepeket kell alkalmazni.  Mikor szerviz alkalmával R744-et kell elenged a rendszerből, ezt lehetőleg folyadék állapotban kell megtenni, a rendszerben levő nyomás figyelése mellett. Fontos tudni, hogy a széndioxidot mindig a szabadban kell elengedni.

Járműklímában már használják

Az R134a-s rendszerrel szemben kisebb kompresszort, nagyobb akkumulátort és egy nagyságrenddel nagyobb nyomást kibírni képes csöveket, csőcsatlakozásokat kell alkalmazni. A tengelykapcsoló nélküli kompresszorok lökettérfogata 126 cm³-ről akár 28 cm³-re is lecsökkenhet. A tömítéseket a megnövekedett rendszernyomásnak köszönhetően fémből kell készíteni, valamint a kisnyomású oldalra is be kell építeni biztonsági nyomáshatároló vagy lefújó szelepet. A rendszer további hátránya az is, hogy jóval nagyobb a helyigénye a motortérben. Ennek megoldására két típusváltozat született. Az egyik egy kombinált, egy házba épített, közbenső hőcserélő és akkumulátoregységet alkalmaz, a másik egy különálló, „cső a csőben” hőcserélőt. Ebben az esetben nincs szükség külön hőcserélő beiktatására, mivel azt nagynyomású csőként használjuk, azaz helyet spórolunk. A hűtő- teljesítményt a hűtőkör igényeihez tudjuk igazítani, anélkül, hogy megváltoztatnánk a közbenső hőcserélő hosszát. Az expanziós szelepet a prototípusrendszereken az elpárologtatón találjuk, az R134a-s rendszerekhez hasonlóan, míg a hő- és nyomásszenzort a gázhűtő csatlakozójához közel, a szervizszelepet pedig a gázhűtőn helyezték el. A kompresszor és a ventilátorok elektronikus vezérlése a nyomás- és hőmérsékletszenzorok jelei alapján egy vezérlőegység segítségével történik. Az új vezérlőegységet azonban diagnosztizálni tudni kell majd. A szivárgáskereséshez alkalmazható akár vizsgálógáz, vagy a jól bevált UV-adalék és UV-lámpa páros is. A rendszer azonban különleges PAG olajat igényel, az R134a-s PAG olaj itt nem használható! A hűtőközeg cseréje nagyjából 1 óra alatt végezhető el, melyből a vákuumozásra fordított idő kb. 30 perc. A rendszer tervezett szervizciklusa 5 év.

A jövő biztosan a természetes alapú hűtőközegeké. Legalábbis a globális szemléletmód afelé tendál. Az előrejelzések szerint 2030-ra a ma felhasznált HFC-k 20 százaléka maradhat forgalomban, amely drasztikus csökkentés 15 év alatt. Miközben tudjuk, hogy újabb és újabb hűtőrendszereket állítanak forgalomban a világ fejlődésével. A fejlesztések gőzerővel folynak, a jelenleg ismert kalorikus folyamatoknak azért megvannak a maga határaik. Hogy azon túl mi lesz, na az az igazán érdekes kérdés. 

CO2Hűtés

Kapcsolódó