A hűtőközeg olyan anyag, amely valamilyen hűtőgépben lehetőséget ad arra, hogy hőt szállítsunk alacsony hőmérsékletű helyről magas hőmérsékletű helyre. Legtöbbjüket hűtő körfolyamatban, kompresszoros hűtőgépek munkaközegeként használják; ebben a minőségben elpárolgásra és kondenzációra alkalmas anyagokat. Ilyenek a nyílt láncú szénhidrogének halogénezett vegyületei; az ammónia, de történelmileg széndioxidos, kéndioxidos hűtőgépeket is használtak.Siegfried Haaf, Helmut Henrici “Refrigeration Technology” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH,
Nem szabad összetéveszteni a hűtőközegeket a közvetítőközegekkel. Erre a célra – az alkalmazott közeghőmérsékletektől függően – vizet, vagy fagyálló folyadékokat, így etilénglikolt, propilén-glikolt, és sóleveket (pl. konyhasóoldatot, Minusolt,Hűtőgépolajok Rácz László munkája, 2002 szeptember) használnak.
A hűtőközegeket tévesen gázoknak nevezik. Tárolás közben (palackban) folyadék és gőz elegye található; ennek a neve a hűtéstechnikában: nedves gőz. Az anyagok csak a kritikus pont felett viselkedhetnek gázként. Üzem közben a hűtőközeg gőz állapotban van; például a kompresszió munkafolyamata alatt túlhevített gőz.
Fizikai tulajdonságok Ideálisnak tekintjük a hűtőközeget, ha termodinamikai tulajdonságaik megfelelőek, kémiailag közömbösek, és biztonságosak. Forráspontjuk alkalmazkodjék a megkívánt hőmérséklethez, legyen nagy a párolgáshőjük, legyen kicsi a sűrűségük folyadék állapotban, de nagy a gőzállapotban. Ehhez járul még, ha viszonylag magas a kritikus pontjuk.
A szerkezeti anyagok számára előnyösek a nem korrozív hűtőközegek, a munkavédelmi szempontból előnyös, ha a hűtőközeg nem mérgező, és nem gyúlékony, vagy legalábbis magas a lobbanáspontja.
A hűtőkompresszor mozgó részeinek olajkenésre van szükségük. Vannak hűtőközegek, amelyek a magas hőmérsékletű, mások viszont az alacsony hőmérsékletű szerkezeti elemekben oldják a kenőolajat. Éppígy: a kenőolaj is oldja a hűtőközeget. Az így létrejövő oldatnak általában csökken a viszkozitása, tehát romlik a kenőképessége; például túlhevítéses kompresszorüzemben a kompresszió végén jelentős súrlódási túlmelegedés jöhet létre. Ha az elpárologtatóban kiválik a hűtőközegből a kenőolaj, esetleg olajréteget képez a hőátadó felületeken, hőszigetelőként viselkedik, jelentősen rontva a hőátadás mértékét.
Történetük A korai hűtőberendezések kén-dioxidot (1875), szén-dioxidot (1881), metilétert (1875), metil-kloridot (1878), vagy ammóniát (1873) használtak. Tanulmány, részletes történeti áttekintéssel Legtöbbjük mérgező, vagy korrozív, ezért tört előre a halogénezett szénhidrogének alkalmazása. Az ammónia (R717) jelenleg is használatos, mivel a környezetet nem károsítja, gazdaságos, és energiatakarékos (igen nagy a párolgáshője). A szén-dioxid (R744) hasonlóképpen tartja elfogadottságát
A difluor-diklórmetán és más hasonló hűtőközegek felfedezése Swarts belga vegyész nevéhez fűződik (1898). Ezek ipari gyártása 1913 után kezdődött. Ezt a vegyületet a du Pont 1930 óta Freon 12 néven gyártja. Albert L. Henne 1936-ban szintetizálta a jelenleg is nagy fontosságú R134a (1,1,1,2-tetrafluoretán) hűtőközeget. 1945-ben létrehozták az R13-as hűtőközeget, 1950-ben az első keverék hűtőközeget, az R-500-at. 1977-ben az Egyesült Államokban betiltották a halogénezett szénhidrogének hajtógázként való alkalmazását (dezodorok, hajlakkok). Függelékében tartalmazza a hűtéstechnika történetét
A tapasztalati képlet alapján – leegyszerűsítve – elmondható, hogy a sok hidrogénatomot tartalmazó vegyületek tűzveszélyesek, a klórtartalmúak károsítják az ózonréteget, a fluortartalmúak viszont növelik az általános felmelegedés jelenségét.
1974-ben James Lovelock felfedezte a Föld légkörében felhalmozódó klórozott szénhidrogéneket. Frank Sherwood Rowland és José Mario Molina-Pasquel Henriquez kimutatta ezen anyagoknak az ózonrétegre kifejtett káros hatását, amit 1995-ben Nobel-díjjal jutalmaztak.
1980-ra világossá vált, hogy némely halogénezett szénhidrogén, mint az R-12, vagy az R-22, felelős a Föld ózonrétegének elvékonyodásáért. Ezeket széles körben alkalmazták a klímaberendezésekben, a hűtőgépekben, és a hűtőházakban, különösképpen az R11-et, amelynek igen magas a forráspontja, így alacsony nyomású gépekben elterjedten használták. Az R-12 gyártását 1995-ös hatállyal felfüggesztették az Egyesült Államokban. Az R-22 gyártását 2020-ra be kell szüntetni. Az 1,1,1,2-tetrafluoretán (R-134a) és klórt nem tartalmazó elegyek képesek lesznek helyettesíteni ezeket. Így az R-22 helyettesítője lehet az R-32 és az R-125 fele-fele arányú keveréke (többnyire Puron név alatt). Az R32, az R-125 és az R-134a keveréke magasabb kritikus hőmérsékletével alacsonyabb globális felmelegedési hatást (GWP) mutat, mint az R-410A, vagy az R-407C.
A halogénezett szénhidrogének betiltását sokan megkérdőjelezik, mégis, jelenleg az ártalmas anyagok közt tartják nyilván ezeket a Kiotói jegyzőkönyv (United Nations Framework Convention on Climate Change) értelmében. Az Európai Unió 2006-ban fogadta el az üvegházhatású gázokra vonatkozó szabályozást. Az a klimatikus viszonyokat nem befolyásoló természetes hűtőközegekre nem vonatkozik. A korábban üzembe helyezett gépek, amelyek metil-formát (R-611), klórmetán, diklórmetán (Carrene néven) továbbra is használhatóak; a metil-formát esetében például a General Electric hűtőgépeiben. Az eredetileg R-22 számára tervezett gépekben nagy tisztaságú propán is használható. Ez bár nem toxikus, de tűzveszélyes. Szagosító anyagként etil-merkaptánt használnak hogy a tömítetlenségek könnyen felismerhetőek legyenek.
Ipari elnevezések A bonyolult gyártási folyamat szükségessé tette, hogy a gyártó cégek védjegyoltalom alatt hozzák forgalomba termékeiket. gyártó cégelnevezésImperial ChemicalsArctonDaikin IndustriesDaiflonElf AtochemForaneDu PontFreonCarrier Engineering CorporationCarreneDu PontSuvaHoechstFrigenSolvay Fluor GmbHFrigenSolvay Fluor GmbHSolcaneAllied SignalGenetronASP InternationalHalonRhone-PoulencIsceonPennsylvania SaltIsotronJefferson ChemicalJeffcoolJoh. A. BenckisherKaltronFormosa PlasticsTaisotonDu Pont MitsuiVertrelUnion CarbideUconAusimont S.p.A.AlgofreneAusimont S.p.A.MeforexAsahi Glass Co. Ltd.AsahifronSRF LimitedFloronIntermagnetic GeneralFrigcHoneywell (Alied Signal Inc)GenesolvAmerican Pacific Corporation Inc.Halotron Forrás: Ózonréteg károsító anyagok információs lapjaTrade Names Database The National Ozone Unit of Grenada
Felhasználásuk A természetes hűtőközegek nem károsítják az ózonréteget, általános felmelegítő hatása (üvegházhatása) csupán a szén-dioxidnak van. Az üvegházhatást a széndioxidra vonatkoztatva határozzák meg; hányszor nagyobb valamely anyagnak az egy kilogramm széndioxid által száz év alatt keltett felmelegítési képességhez viszonyítva. Szempont az is, hogy a széndioxid nem éghető anyag, és az ózonréteget nem károsítja. Az 5 % térfogattörtnél töményebb elegy belégzése már halálos. Az R-134a némileg globális felmelegedést okoz, de a szintetikus kenőolajokkal jól használható. Az R-12 használata előnyös a kompresszorok kenőolaja szempontjából. A General Motors újfajta, a Honeywell által gyártott hidroflouro-olefin hűtőközeget mutatott be HFO-1234yf jelzéssel, amelyet 2013-tól kezdve folyamatosan gyártani fogGM First to Market Greenhouse Gas-Friendly Air Conditioning Refrigerant in U.S. Ez az új hűtőközeg az általános felmelegítési hatás tekintetében igen jónak ígérkezik. Becslések szerint 11 nap alatt lebomlik a Föld légkörében, szemben az R-134a 13 évig tartó lebomlásával. A dimetil-éter (DME) népszerűsége is folyamatosan növekszik.http://www.mecanica.pub.ro/frigo-eco/R404A_DME.pdf 101110
A hűtőközegek közül néhánynak (például az R134a) belégzése pszichoaktív hatású; a megkönnyebbülés érzését kelti, ezért a kábítószerfüggés gyógyításában próbálják használni. Hatása kétséges, ezért nem engedélyezik feltétlenül.
Közömbösítésük 1992 júliusa óta tilos a hűtőközegeket – akár véletlenül akár szándékosan – korlátozás nélkül a levegőbe engedni. A klórozott szénhidrogéneket szabályosan le kell fejteni, meg kell tisztítani a szennyeződésektől, és gondoskodni kell a hasznosításukról. Használt hűtőközegeket nem szabad keverékek alkotórészeként újrahasznosítani. Kezelésüknél alkalmazni kell a veszélyes anyagokra vonatkozó előírásokat.94/2003. (VII. 2.) Korm. rendelet az ózonréteget károsító anyagokról35/1990. (II. 28.) MT rendelet az ózonréteget lebontó anyagokról szóló, Montreálban 1987. szeptember 16-án aláírt jegyzőkönyv kihirdetéséről
Kategorizálásuk Az osztályba sorolás alapja lehet a hűtőközeg hőtani tulajdonsága, a tűzveszélyességi osztálya, és esetleges mérgező tulajdonsága.
A hűtőközegeket hőtani tulajdonságaik alapján az alábbi kategóriákba sorolják: Class 1 (első kategória). Ide tartoznak azok az anyagok, amelyek párolgáshője alacsony Class 2 (második kategória). Ide számítják a fajlagos hőkapacitás és a hőmérséklet-változás szorzata alapján előnyös közegeket, mint a levegő, a kalcium-klorid oldat, a nátrium-klorid oldat, az alkohol, és néhány fagyálló folyadék. Ide tartozik a legtöbb közvetítő közeg. Class 3 (harmadik kategória). Ide tartoznak a gázok, vagy gőzök oldásával működő gépek hűtőközegei. Ide sorolják azokat a közegeket, amelyek a hűtőközeg elnyeletésével lehetővé teszik az egyébként légnemű közegeknek cseppfolyósított formában történő szállítását.
Hűtőtechnikai szempontból a következő csoportosítást használjuk: Alacsony nyomású hűtőközegek. 0 °C-on alacsony a párolgási nyomásuk; atmoszferikus nyomáson magas a párolgási hőmérsékletük. Ezeket a közegeket használjuk klímaberendezésekben. Párolgási hőmérsékletük: R-718 víz: 100 °C, R-112 tetraklór-difluoretán: 91,5 °C, R13B1 bróm-trifluormetán: 51,8 °C, R-407A: 40 °C, R11 (tiltott) triklór-fluor-metán: 23 °C Középnyomású hűtőközegek. Általános hűtési célokra alkalmasak. R-764 kéndioxid: -10 °C, R-12 (tiltott) diklór-difluormetán: −29,8 °C, R-717 ammónia: −33,3 °C Magas nyomású hűtőközegek. 0 °C-on igen magas a párolgási nyomásuk; atmoszferikus nyomáson rendkívül alacsony a párolgási hőmérsékletük. Ilyen közegeket használunk mélyhűtési célú rendszerekben. R-744 széndioxid: -57 °C, R-13 klór-trifluormetán: -81 °C
Az ASHRAE (Amerikai hűtő- fűtő és klimatizáló mérnökök egyesülete) mérgező hatás szerinti osztályai szerint, ha a közeg 400 milliomodrésznyi a levegőben, idővel súlyozva (TWA Time-weighted average): Class A: nem mérgezőek Class B: mérgezőek
A ammónia a légutakban mindig jelen lévő vízzel lúgot alkot, és ezzel a nyálkahártyák felmaródását okozza. Azonban annyira kellemetlen illata van, hogy a tömítetlenségeket, szivárgásokat még a laikusok is idejében felismerik.
Az ASHRAE tűzveszélyességi osztályozása: Class 1: nem éghetőek Class 2: közepes lángterjedési sebesség 0,1 kg/m³ tömegkoncentráció felett, és az égéshőjük kisebb, mint 19 MJ/kg. Ide tartozik az ammónia is. Class 3: könnyen éghetőek 0,1 kg/m³ tömegkoncentráció alatt is, égéshőjük nagyobb, mint 19 MJ/kg ASHRAE 34-1977 szabványa (Az égéshő értékét eredetileg BTU mértékegységben számolták)
Az európai (és így a magyar) szabvány Az idézett 2002 évi szabvány aktuális változata: MSz EN 378-1:2008 a fentieket az L osztályba sorolja. Az L2 osztály például tartalmazza az A2, B1, B2 (fent említett) csoportokat. A szabvány kivonata a CEN honlapján látható, Németország közli a szabvány legfrissebb változatát DIN EN 378-1:2011
A betűjeleket több eltérő értelemben használják. Az R mondatok esetében az R betű a risk (kockázat) rövidítése, az S pedig a safety (biztonság) jele. A hűtőközegek azonosításánál az R betű a refrigerant (hűtőközeg) szót jelenti.