Ψυκτικά Ρευστά

Ορισμός

Ως ψυκτικό ρευστό χαρακτηρίζεται μία χημική ουσία ή μίγμα, συνήθως ένα ρευστό, δηλαδή αέριο ή υγρό το οποίο κυκλοφορεί σε ένα ψυκτικό κύκλωμα

Στους περισσότερους κύκλους ψύξης συμβαίνουν μεταβολές από την υγρή στην αέρια φάση και αντιστρόφως. Πολλά ρευστά έχουν χρησιμοποιηθεί για αυτούς τους σκοπούς. Οι φθοράνθρακες και ειδικότερα οι φθοροχλωράνθρακες έγιναν τα πιο συνηθισμένα ψυκτικά ρευστά κατά τον 20ο αιώνα, αλλά σταδιακά αντικαθίστανται, εξαιτίας της καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος που προκαλούν. Άλλα συνηθισμένα ψυκτικά που χρησιμοποιήθηκαν σε διάφορες εφαρμογές είναι η αμμωνία, το διοξείδιο του θείου και υδρογονάνθρακες όπως το προπάνιο.

Ιδιότητες

Το ιδανικό ψυκτικό θα πρέπει να έχει επιθυμητές θερμοδυναμικές ιδιότητες, να μη διαβρώνει τα μηχανικά εξαρτήματα του ψυκτικού μηχανισμού, να είναι ασφαλές, με έμφαση στην τοξικότητα και στην ευφλεκτότητα, να μην προκαλεί καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος και να μην προκαλεί παγκόσμια θέρμανση. Αφού διαφορετικά ρευστά ικανοποιούν σε διαφορετικό βαθμό τα παραπάνω κριτήρια καταλληλότητας ψυκτικού, η επιλογή είναι θέμα συμβιβασμού. Οι επιθυμητές θερμοδυναμικές ιδιότητες είναι θερμοκρασία βρασμού λίγο μικρότερη από την επιθυμητή θερμοκρασία, μεγάλη θερμότητα εξαέρωσης, μέτρια πυκνότητα στην υγρή φάση, σχετικά υψηλή πυκνότητα στην αέρια φάση, και υψηλή κρίσιμη θερμοκρασία. Αφού η θερμοκρασία βρασμού και η πυκνότητα στην αέρια φάση επηρεάζονται από την πίεση, τα διάφορα ψυκτικά μπορούν να γίνουν περισσότερο (ή λιγότερο) κατάλληλα ως τέτοια, σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή, με την επιλογή της πίεσης λειτουργίας της εφαρμογή.

Ιστορία

Η ιστορία της ψύξης ξεκινάει από το 18ο αιώνα. Οι τότε βιομηχανίες συγκέντρωναν πάγο από της κορυφές των βουνών και με ειδικά πλοία τον μετέφεραν στις υπόλοιπες χώρες. Τελικός όμως αυτή η μέθοδος διαρκούσε πολύ λόγω ότι η διακίνηση έπρεπε να γινόταν τούς χειμερινούς μήνες και οι κλιματικές συνθήκες το καθιστούσαν πιο δύσκολο έως εξαιρετικά ακατόρθωτο.

Σιγά- σιγά όμως έχουμε και τις πρώτες ανακαλύψεις. Το 18ο αιώνα ο Αμερικανός Jacob Perkins ανακάλυψε τη μηχανή που παρήγε τεχνητό πάγο. Μετά από λίγο χρόνο και γύρω στο 1824 ο Faraday ανακάλυψε τις αρχές παραγωγής ψύχους με απορρόφηση.

Το 1844 στην Αγγλία κατασκευάστηκε η πρώτη μηχανή ψυχρού αέρα, τον δε επόμενο χρόνο ο Αμερικανός John Gorrie, παρασκεύασε τεχνητό πάγο με συμπίεση του ατμοσφαιρικού αέρα.

Σημαντικά πρακτικά αποτελέσματα πέτυχε το 1855 στο Brunswick ο Γερμανός Franz Windhausen, με την κατασκευή μηχανής με αέρα για βιομηχανική παραγωγή πάγου, η οποία όμως απεδείχθη ασύμφορος, ως υψηλής καταναλώσης ενέργειας και για τον λόγω αυτό εγκαταλείφθηκε.

Το 1857 Lawrwnce παρήγαγε 2,5 ton πάγου ημερησίως με μεγάλη μηχανή συμπιέσεως, ενώ τον ίδιο χρόνο ο Ferdinand Carre δικαιωματικά το μεγαλύτερο όνομα της τεχνικής της ψύξης ανακάλυψε τη μηχανή με απορρόφηση, βασισμένη στην εξάτμιση του θειικού αιθέρα, τον οποίο, το 1863 ο Charles Tellier προσπάθησε να αντικαταστήσει με χλωριούχο μεθύλιο.

Το 1864 ο Carre βελτιώνει τη μηχανή συμπιέσεως, ενώ το 1867 ο Mondesir τελειοποίησε τη μηχανή ψυχρού αέρα του Windhausen για βιομηχανική παραγωγή πάγου.

Σχεδόν το 1867, πάλι ο Carre εισάγει για ψυκτικό μέσο την αμμωνία, αλλά, μόνον όταν τα εργοστάσια Augsburg, Eismaschinen Carl Paul Gottfried Linde κατασκεύασαν το 1876 την πρώτη τους ομώνυμη μηχανή με αμμωνία, άρχισε η αλματώδης ανάπτυξη σε παγκόσμια κλίμακα των μηχανών συμπιέσεως ψυχρών ατμών.

Το 1872 ο David Boyle ανέπτυξε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου με μηχανική συμπίεση αμμωνίας.

Το 1874 ο Raoul Picket χρησιμοποιεί πρώτος ως ψυκτικό μέσο το διοξείδιο του θείου σε μηχανή συμπιέσεως, από το οποίο επωφελήθηκαν διότι το χρησιμοποίησαν με ικανοποιητική (βιομηχανική) απόδοση στις μηχανές τους, τα μεγάλα εργοστάσια ‘’ A. Borsig’’ του Βερολίνου, Teleg και Quiri & Co του Στρασβούργου.

Το 1878 ο Vincent πρότεινε το χλωριούχο μεθύλιο, το οποίο χρησιμοποίησαν πολλοί κατασκευαστικοί Γαλλικοί Οίκοι για μεγάλων αποδόσεων ψυκτικές εγκαταστάσεις.

Το 1893, πρώτος ο βέλγος επιστήμονας Fred Swarts έκανε ανακοινώσεις περί φθόριο - χλωριούχων υδρογονανθράκων και το 1907 περί της σύνθεσης και μερικών ιδιοτήτων του διφθοριο – διχλωριούχου μεθανίου CCL2F2 χωρίς να δώσει άλλη συνέχεια κατόπιν.

Το 1902 ο νεαρός μηχανικός Willis Carrier, ο αποκαλούμενος "πατέρας του κλιματισμού", σχεδίασε, δοκίμασε και εγκατέστησε την πρώτη βιομηχανική εγκατάσταση κλιματισμού σε μεγάλο τυπογραφείο, στο Brooklyn της Νέας Υόρκης. Η εγκατάσταση λειτουργούσε όλο το χρόνο παρέχοντας θέρμανση, ψύξη και ύγρανση στους χώρους της επιχείρησης, προστατεύοντας έτσι την ποιότητα των χρωμάτων στο χαρτί.

Το 1911 ο Carrier παρουσίασε τον ψυχρομετρικό χάρτη, που συνδέει γραφικά τις ψυχρομετρικές ιδιότητες του αέρα καθώς και τα αντίστοιχα φορτία, απλοποιώντας έτσι τα πολύπλοκα προβλήματα της αναλυτικής μελέτης του κλιματιζόμενου αέρα.

Το 1930 στις ΗΠΑ οι επιστήμονες Widgley, Henne και McNary υπέδειξαν τη χρησιμοποίηση ως ψυκτικών μέσων παραγώγων φθοριοχλωριούχων υδρογονανθράκων, πειραματισθέντες στα εργαστήρια της εταιρείας στο Daytin, Ohio, Frigidaire, με την ονομασία “Freon”.

Επίσης η εξέλιξη των στροβιλοσυμπιεστών κρίθηκε από την επιλογή κατάλληλου ψυκτικού μέσου, εναρμονιζόμενου στις ιδιαίτερες συνθήκες λειτουργίας τους. Αποφασιστικό βήμα με επιτυχία, σημείωσαν οι στροβιλοσυμπιεστές του οίκου K. H. Carrier Corp., Syracuse N. York, με εισαγωγή ως ψυκτικού μέσου του διχλωριούχου αιθυλενίου CHCl – CHCl, υψηλού μοριακού βάρους, χαμηλής πιέσεως. Και αυτό όμως αντικαταστάθηκε αργότερα από το σταθερότερο, μη αναφλέξιμο, ούτε δηλητηριώδες χλωριούχο μεθυλένιο – CH2Cl2, το οποίο όμως υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας απαιτεί 5 έως 6 βαθμίδες συμπιέσεως.