معرفی گاز مبرد

در این مقاله قصد داریم به معرفی گاز مبرد بپردازیم.

یکی از مهم ترین اختراعات بشر سیستم های برودتی و تهویه می باشد. این سیستم ها به قدری اهمیت دارند که می توان گفت در حال حاضر نمی شود زندگی بشر را بدون آن ها تصور کرد. اساس کار تمام این سیستم ها فرآیندی به نام تبرید می باشد.

تبرید یعنی انتقال حرارت از مخزنی با دمای پایین به مخزنی با دمای بالا، که معمولا این انتقال توسط سیالات صورت می پذیرد. سیستم های برودتی از اجزای زیادی تشکیل شده اند.

اجزایی چون لوله های رابط، کمپرسور، ماده مبرد (که به آن گاز مبرد نیز می گویند) و … که البته با توجه به نوع سیستم، این اجزاء می توانند متفاوت باشند.

مهترین جزء تمام سیستم های تهویه و خنک کننده، ماده مبرد آن می باشد. مبرد یا سرمازا همان سیالی است که در تمام این خنک کننده ها وظیفه انتقال دما را بر عهده دارد. مواد زیادی وجود دارند که از آن ها می توان به عنوان مبرد در سیستم های انتقال گرما استفاده نمود.

به عنوان مثال آب که در بیشتر چیلرها کاربرد دارد و یا انواع گاز ها که بیشتر در کولرهای گازی، یخچال ها، سردخانه ها و … کاربرد دارند و باید گفت که یکی از عوامل مهم که می تواند تاثیر زیادی روی بازدهی و کارکرد یک سیستم خنک کننده داشته باشد همین ماده مبرد می باشد

از همین رو تا کنون شاهد تولید انواع و اقسام زیادی از این ماده بوده ایم که هر کدام با توجه به مزایا و معایب خود مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مقاله قصد داریم تا با بیان تاریخچه گازهای مبرد و انواع آن شما را با مزایا و معایب هر کدام از آن ها آشنا نماییم.

در این مقاله ما قصد داریم تا به موارد زیر بپردازیم:

• گاز مبرد چیست؟
• تاریخچه گاز مبرد
• ویژگی های کلی گاز مبرد
• روش های شناسایی گازهای مبرد چگونه است؟
• انواع گازهای مبرد
• عواملی که باید در هنگام انتخاب گاز مبرد در نظر گرفت

گاز مبرد چیست؟

برای پاسخ به این سوال بهتر است اول بگوییم که اصلا کلمه مبرد یعنی چه؟ مبرد یا چگالنده که به آن Condenser نیز گفته می شود یکی از ابزاراتی است که از آن برای سرد کردن بخارات و تبدیل نمودن آن ها به مایع استفاده می شود. عمده ترین کاربرد های این سیستم ها در خنک کننده ها، یخچال ها و سردخانه های می باشد.

به طور کل روش های سردسازی به دو دسته تقسیم می شوند.

سردسازی غیر چرخه ای:

این روش یکی از ساده ترین روش های سرد سازی می باشد که در آن با استفاده از یک ماده خنک دمای جسم یا نقطه مورد نظر را کاهش می دهند. این روش کاربرد های زیادی در پزشکی، ساختمان، سیستم های جرم گیر، کپسول های آتش نشانی و … دارد.

به عنوان مثال می توان به استفاده از یخ خشک برای خنک نگه داشتن مواد اشاره نمود که از کاربردهای آن می توان به استفاده در پزشکی اشاره نمود، معمولا بیشتر نمونه های پزشکی را به همراه یخ خشک به آزمایشگاه ها می فرستند. از دیگر نمونه سیستم هایی که از روش غیر چرخه ای استفاده می کنند می توان به کولرهای آبی اشاره نمود.

باید توجه داشت که تفاوت اصلی این روش با روش چرخه ای در تغییر شکل دائمی یافتن ماده مبرد می باشد. یعنی شما زمانی که از یخ خشک به عنوان خنک کننده استفاده می کنید آن یخ در اثر گرما بخار شده و دیگر اثری از آن نمی ماند و شما مجبورید برای ادامه خنک سازی همچنان در صدد تهیه یخ خشک باشید. این قضیه در مورد کولرهای آبی نیز صدق می کند.

سردسازی چرخه ای

به طور کل در این سیستم جهت انتقال گرما از محیطی به محیط دیگر از یک سیال واسط یا همان مبرد استفاده می شود. مبرد ماده ای است که با دریافت گرما از فضای مورد نظر و انتقال آن به محیطی دیگر مانند فضای آزاد سبب کاهش دما و خنک شدن فضا می شود.

طرز کار به این صورت است که در سیستم های سیکل تبرید تراکمی تبخیری مانند چیلرها، کولرهای گازی، یخچال ها و … در هر سیکل فعالیت سیستم سیال به صورت تناوبی تبخیر و تقطیر شده و به همین صورت حرارت را جذب و دفع می کند.

در یک سیستم سرد کننده چرخه ای عملیات گرفتن حرارت با تبغیر مایع یا همان مبرد صورت می گیرد (Evaporator)، این گرما به سیستم تقطیر تحویل داده می شود (condenser) که این امر سبب می شود تا مایع بخار شده دوباره به حالت اول برگردد.

به طور خلاصه این روش چهار مرحله دارد.

مرحله اول تراکم گاز تا دمای بالاتر از دمای تقطیر که معمولا این کار توسط کمپرسور انجام می شود.

مرحله دوم تقطیر و دفع گرما در محیط دیگر می باشد که این کار توسط قسمتی به نام کندانسور صورت می گیرد.

مرحله سوم افت دما و فشار در شیر انبساط

مرحله چهارم تبخیر مایع مبرد در اواپراتور.

از جمله کاربردهای این سیستم می توان به ساخت و پیاده سازی انواع سیستم های سردخانه، خنک کننده ها، سیستم های تهویه مطبوع، خنک کننده اتومبیل، یخچال ها و … اشاره نمود.

خوب همانطور که پیش تر از این نیز گفته بودیم دستگاهی که این عملیات را برای ما انجام می دهد را سردکننده می نامند و به طور کل به این سیستم، سیستم سرد کنندگی یا تبرید گفته می شود.

فکر می کنم با توجه به توضیحات بیان شده حال متوجه تعریف گاز مبرد و کاربرد آن شده باشید. به طور کل آن ماده ای که در انتقال دما در سیستم خنک کننده کاربرد دارد را ماده مبرد می گویند که خود می تواند انواع اقسام مختلفی داشته باشد. به عنوان مثال ماده ای که در چیلرها برای خنک کنندگی استفاده می شود آب است، در حالیکه که ماده مبرد برای کولرهای گازی و یخچال ها به صورت گاز می باشد که به آن گاز مبرد نیز گفته می شود.

تاریخچه گاز مبرد

در اولین سیستم های خنک کننده معمولا از اتر به عنوان ماده مبرد استفاده می شد اما بعد از مدتی این ماده جای خود را به گاز آمونیاک NH₃  داد. اما یکی از مشکلاتی که گاز آمونیاک داشت عوارض شدید آن در برخورد با بدن انسان بود. البته این ماده مشکلات دیگری نیز داشت و از جمله آن می توان به مرطوب شدن گاز در تماس با آلومینیوم و مس، احتمال انفجار بالا و … اشاره نمود.

دیری نپایید که استفاده از گاز آمونیاک به دلیل خطراتی که داشت کنار گذاشته شد و رفته رفته گازهای فریون که به آن ها CFC نیز گفته می شد جایگزین آن شدند.

CFC ها که یک ماده فرعی از کلروفلوئوروکربن ها می باشند در ابتدا بسیار مورد توجه قرار گرفتند، زیرا این گازها نه مشکل انفجار داشتند و نه به بدن انسان ضرری می رساندند،

همچنین این گازها که بی بو و بی رنگ بودند نه قابل اشتعال بودند و نه سبب خوردگی فلزات می شدند از همین رو تا مدتها استفاده از آن ها (گاز فریون 12) در یخچال ها و سیستم های خنک کننده متداول بود.

اما این گاز در کنار مزایای خود یک عیب بزرگ داشت، و آن هم نابود کردن لایه ازون بود.  بعد از تایید سوراخ شدن لایه ازون در قطب جنوب در سال 1985 بسیاری از کشورهای دنیا به این توافق رسیدند که باید برای جلوگیری از این مشکل اقدامی انجام دهند و در سال 1987 بود که پروتکل مونترال به تصویب 70 کشور دنیا رسید که هدف آن کاهش 50 درصدی تولید گاز فریون تا سال 1999 بود.

این مورد تا حدی خطرناک بود که خیلی از کشورهای دنیا مصمم بر قطع کامل تولید فریون شدند و از همین رو تلاش های زیادی برای پیدا کردن جایگزینی مناسب برای گاز فریون صورت گرفت که نتیجه آن تولید گازی به نام 134A و مبرد هیدروکربن R600 بود. البته قبل از آن ها گازهایی مانند R22 نیز تولید شد که خطر کمتر و بازدهی بیشتری نسبت به R11 و R12 داشت اما آن هم برای محیط زیست خطر داشت.

به طور کل مبرد های مورد استفاده در بخچال ها و کولرهای گازی به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول ترکیبات قدیمی تر مانند R12, R22, R134 که ساختار ملکولی آن ها مشابه می باشد و دسته دوم گازهای جدیدتر  R410, R436, R407وR600   می باشند که همگی آن ها از چند نوع گاز تشکیل شده اند.

در تصویر زیر تمام گازهای مبرد نشان داده شده اند.

ویژگی های کلی گاز مبرد

همانطور که قبلا نیز گفته شد در یک سرد کننده چرخه ای به صورت تناوبی ماده مبرد موجود از حالت مایع به بخار و مجددا از حالت بخار به مایع تبدیل می شود. از این رو برای این که مبرد مناسب سیکل تراکمی تبخیری باشد باید دارای یک سری ویژگی ها و خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و ترمودینامیکی باشد که استفاده از آن نتنها بی خطر باشد بلکه بتواند توجیه اقتصادی نیز داشته باشد.

به طور کل گازی که از آن به عنون مبرد در سیستم خنک کننده استفاده می شود باید دارای ویژگی های زیر باشد:

سمی نباشد، دارای گرمای نهان متعادل باشد، قابل انفجار نباشد، در صورت نشتی بتوان به راحتی آن را تشخیص داد، از انواع گاز های پایدار باشد. اکسید کننده نباشد، خورنده نباشد، بخش هایی که در داخل مایع حرکت می کند به راحتی قابل روغن کاری باشد، نقطه جوش آن کم باشد،  قابل اشتعال نباشد، محل نشتی آن قابل تعیین باشد و …

نکته

خوب واضح است که ماده مبرد نباید سمی یا قابل انفجار باشد، زیرا بیشتر تجهیزات خنک کننده در منازل استفاده می شوند و در این صورت می توانند مشکلات زیادی را برای افراد به بار آورند و نکته ی مهم دیگر این است که این ماده نباید خورنده باشد این مورد از این لحاظ اهمیت دارد که بتوان به راحتی جنس قطعات و لوله های سیستم را از فلزات معمولی ساخت که خود می تواند عامل کاهش هزینه ها باشد.

گاز مبرد که معمولا آن را با نام فریون نیز می شناسند ماده ای است که در دمای معمولی اتاق به صورت گاز می باشد اما زمانی که فشرده و خنک می شود به صورت مایع تغییر شکل می دهد.

از جمله ویژگی های این گازها می توان به بی رنگ و بی بو بودن آن اشاره نمود. همچنین بیشتر این گازها غیر قابل اشتعال می باشند.

روش های شناسایی گازهای مبرد چگونه است؟

در روش جدید که توسط انجمن مهندسین تهویه ، تبرید و حرارت مرکزی ایلات متحده آمریکا متداول شده است، برای شناسایی مواد مبرد از شماره گذاری خاصی استفاده می شود. در این روش ابتدا حرف R که مخفف REFRIGERANT به معنای سرمازا نوشته می شود.

طبقه بندی و نام گذاری سرمازاها توسط دو مرکز آمریکایی به نام ها NRSC که مخفف The national refrigeration safety code  می باشد و NBFU که مخفف The national board of fire underwriters می باشد صورت گرفته است.

سازمان NRSC تمام گازهای مبرد را به سه دسته بی خطر، سمی و تا حدی قابل اشتعال و قابل اشتعال تقسیم نموده است.

در این تقسیم بندی گروه اول که بی خطر ترین مواد سرمازا را تشکیل می دهد شامل  R500 , R14  , R13 ,  R502 , R744 ، R13BL  ,  R22 , R30 , R12 , R114 , R21 , R11 , R113 می باشد.البته با توجه داشته باشید که این تقسیم بندی بر اساس قابل اشتعال بودن این مواد صورت گرفته و قرار داشتن این مواد در دسته بی خطر دلیل بر مضر بودن این مواد نیست. همانطور که می بینید در این لیست گازهای R11 و R12 نیز به چشم می خورد که از مخرب ترین گازهای لایه اوزن می باشند.

دسته دوم که مواد سمی و تا حدی قابل اشتعال را تشکیل می دهد شامل گازهای  R717 , R40 , R764 , R1130 , R160 , R611 می شود.

دسته سوم که گروه گازهای قابل اشتعال و پر خطر را تشکیل می دهد شامل گازهای R50 , R1150 , R170 , R290 می باشد.

از طرف دیگر سازمان NBFU نیز در یک تقسیم بندی اقدام به درجه بندی گازهای مبرد نسبت به میزان سمی بودن آن ها نموده است. در این تقسیم بندی که شامل شش گروه می باشد گروه اول جزء کم خطر ترین مبردها و گروه شش جزء پر خطرترین می باشد.

گروه اول:

R744 Carbon Dioxide ، R1 و R-13B1 Kulene-131 و R-21 و R-114 6 و R-30 Carrene No. 1 4 و R-11 6 و R-22 5 و R-113 4 و R-500 6 و R-502 6 و R-503 6 و R-504 6 و R-40 Methylene Chloride 4

گروه دوم:

R-717 Ammonia 2 و R-1130 Dichloroethylene 4 و R-160 Ethyl Chloride 4 و R-40 Methyl Chloride 4 و R-611 Methyl Formate 3 و R-764 Sulphur Dioxide 1.

گروه سوم:

R-600 Butane 5 و  R-170 Ethane 5 و  R-601 Iso Butane 5و R-290 Propane.

انواع گازهای مبرد

همانطور که قبلا نیز بیان شد با توجه به اهمیت این گاز ها در صنعت و همچنین خطراتی که داشتند در گذر تاریخ دچار تغییر و تحولات زیادی شده اند و نمونه های زیادی از آن ها ساخته شد که در ادامه به معرفی و بررسی هر کدام از آن ها می پردازیم:

به طور کلی گاز های مبرد به چهار دسته کلی تقسیم می شوند.

• کلروفلوئوروکربن ها (CFCs)

این دسته از گاز های مبرد که به آن ها CFC نیز می گویند از مخرب ترین گازهای لایه ازون می باشند.

زمانی که امواج فرا بنفش خورشید به مولکول های کلر فلوئورکربن در لایه های بالایی اتمسفر برخورد می کند سبب شکسته شدن پیوند بین اتم های کربن و کلر می شود.

در این زمان اتم کلر آزاد شده با مولکول های O₃ یا همان ازون واکنش نشان می دهد و سبب جدا شدن اتم های آن از یک دیگر می شود. جدا شدن اتم های ازون سبب به وجود آمدن O₂ یا همان اکسیژن و یک مولکول مونوکسید کلر می شود.

اتم اکسیژن موجب شکستن پیوند بین اتم های مونوکسید کلر می شود و در نهایت اتم کلر آزاد شده از این فرآیند سبب تکرار این چرخه مخرب می گردد. بنابراین یک مولکول CFC می تواند به راحتی صد هزار مولکول ازون را نابود کند.

به همین دلیل است که تولید این گاز در خیلی از کشورهای دنیا ممنوع می باشد.

• هیدروکلروفلوئوروکربن ها (HCFCs)

از معروف ترین گازهای این خانواده (HCFC) می توان به گاز R22 اشاره نمود. در اواخر دهه 1990 بود که HCFC ها جایگزین CFC ها شدند. البته این را باید گفت که HCFC فقط کمی بهتر از CFC ها هستند زیرا نسبت به CFC ها دارای کلر کمتری می باشند.

از همین رو زمانی که قصد خرید تجهیزات برودتی را داشتید در صورتی که روی آن عبارت R22 را مشاهده کردید از خرید آن صرف نظر کنید زیرا که این گاز هم می توانند آسیب های جدی به محیط زیست بزند.

• هیدروفلوئوروکربن ها (HFCs)

HFC ها که گازهای R410a ، R32، R134 در گروه آن ها قرار می گیرند به مراتب بهتر از HCFC می باشند. اما با این وجود همچنان این گاز ها در دسته گازهای گلخانه ای قرار می گیرند و پتانسیل گرم کردن زمین را دارند.

توجه داشته باشید که همه گازهای موجود در این خانواده به یک  اندازه خوب نیستند. به عنوان مثال به لحاظ محیط زیستی می توان گفت که گاز R32 به مراتب بهتر از گاز R410a می باشد. اما در هر صورت آن چه که مسلم است این است که این خانواده از گازهای مبرد خیلی خیلی بهتر از سری های CFC ها، HCFC و گاز R22 می باشند.

• هیدروکربن ها (HC)

آخرین دسته از گازهای مبردی که تا کنون توسط بشر کشف شده  هیدروکربن ها (HC) می باشند. این گاز ها که به آن ها مبردهای طبیعی نیز گفته می شوند به لایه اوزن هیچ صدمه ای وارد نمی کنند و جزء مبردهای سبز می باشند یکی دیگر از ویژگی های مثبت این گاز ها راندامان بسیار بالای آن ها می باشد.

از گازهای موجود در این دسته می توان به گاز پروپان R290 و ایزو بوتان R600A اشاره نمود. البته پتانسیل گرمایشی این گاز ها سه می باشد و همچنین این گازها از پتانسیل بالایی برای انفجار برخوردار می باشند از همین رو استفاده از این مبردها به دلیل استاندارد های ایمنی محدود می باشد.

یکی از مشکلاتی که این گازها دارند این است که آن ها هیچ بویی ندارند و از طرفی با توجه به بالا بودن خطر انفجار آن ها همواره در استفاده از آن ها باید استاندارد های سخت گیرانه بیشتری لحاظ شود.

در ادامه سعی می کنیم تا شما را با پر استفاده ترین گازهای مبرد موجود در صنعت آشنا نماییم و به صورت جزئی به بررسی آن ها بپردازیم.

گاز R11

فرمول شیمیایی این گاز CCL₃F می باشد و با نام آیوپاک تری کلروفلورومتان در بازار یافت می شود.

این گاز مانند سایر گازهای خانواده کلروفلوئوروکربن می باشد که گازی بی رنگ و تقریبا بدون بو است. این گاز که در دمای اتاق به جوش می آید و یکی از مخرب ترین گازها برای محیط زیست و لایه ازون می باشد.

از این گاز در گذشته در سیستم های تبرید، خنک کننده و تهویه مطبوع ساختمان ها و کارخانه ها و همچنین به عنوان حلال استفاده می شد که البته به دلیل خسارات زیادی که به محیط زیست وارد می کرد منسوخ شد و حتی در حال حاضر از ورود آن به ایران نیز جلوگیری می شود و از جایگزین های آن مانند گازهای R123 و R406 استفاده می شود.

البته از این گاز در برخی از نیروگاه ها و صنایع پتروشیمی نیز استفاده می شود اما همانطور که گفته شد به دلیل اثرات مخرب آن، توسط کمپانی های معروف تولید نمی شود و بیشتر با برند های چینی یافت می شود.

R11 به دو صورت بشکه ای 250 کیلویی و سیلندرهای یک بار مصرف 13.6 کیلویی که معمولا به نارنجی رنگ می باشند و به آن ها دک نیز می گویند به مشتریان عرضه می شود.

از جمله مشخصات فنی این گاز، فرمول مولکولی CCL3F، نقطه بحرانی 283.35 ċ، وزن مولکولی 153.8 gr/mol، فشار بــحرانی 4560 kpa و نقطه جوش 76.62 ċ می باشد.

گاز R12

این گاز که با نام دی کلرو دی فلورومتانچپ نیز شناخته می شود یک گاز بی رنگ است که به آن فریون 12 نیز گفته می شود. این گاز هم یکی از پر استفاده ترین گاز های مبرد می باشد که در بیشتر سیستم های خنک کننده و تبریدی استفاده می شد. این گاز بازدهی زیادی در بین گازهای مبرد دارد و از همین رو  در سیستم خنک کننده خودرو ها نیز مورد استفاده قرار گرفت.

البته باید گفت که این گاز نیز به دلیل آسیب هایی که به محیط زیست می زند در خیلی از کشور های دنیا از جمله ایالات متحده آمریکا و در سال 1994 ممنوع شد.

از جمله کاربردهای R12 می توان به سیستم های خنک کننده و همچنین آئروسل در پزشکی، چیلرهای سانتریفیوژی بزرگ و … اشاره نمود که البته همانطور که گفته شد استفاده از این گاز در حال حاضر ممنوع می باشد.

از جایگزین های مناسب برای این گاز می توان به گاز R134a، گاز R410A، گاز R410B، R409A، R414B و گاز R417C اشاره نمود که البته باید کاربری آن ها را هم در نظر داشت و جایگزینی باید طبق اصول صورت گیرد. ترکیب R12 دی کلرو‌دی‌ فلرو‌متان (CCl2F2) می باشد که این گاز معمولا در کپسول های سفید رنگ 13.6 کیلویی عرضه می شود.

گاز R123

این گاز یک جایگزین برای گاز R11 در سیستم های سانتریفیوژ کم فشار می باشد.

فرمول شیمیایی این گاز CHCl 2CF 3 می باشد. و از جمله مشخصات این گاز می توان به وزن مولکولی 152 gr/mol ، فشار بحرانی 3.66 Mpa و دمای بحرانی 183.8 C اشاره نمود.

گاز R134a

گاز مبرد R134a را معمولا به نام گاز ماشین نیز می شناسند که دلیل آن استفاده زیاد آن در سیستم کولر ماشین می باشد. اما این گاز کاربرد های زیادی در سیستم های تبرید (با درجه حرارت بالا و متوسط)، تهویه مطبوع مسکونی و تجاری دارد و همچنین در برخی از کاربرد های پیشرانه موتور مورد استفاده قرار می گیرد.

از جمله ویژگی های مثبت این گاز می توان به عدم آسیب رساندن به محیط زیست اشاره نمود از همین رو این گاز جزء گازهای منسوخ شده نیست و همچنان از آن استفاده می شود.

با این که این گاز یک جایگزین مناسب برای گاز R12 در کولرهای ماشین می باشد اما به دلیل بالا رفتن سطح استاندارد های زیست محیطی استفاده از این گاز هم اخیرا با محدودیت هایی رو به رو شده است.

ویژگی های گاز مبرد R132a

این گاز به لایه ازون آسیب نمی رساند و در صورت نشتی می توان سیستم را دوباره شارژ نمود. R134a بسیار پر کاربرد است اما نسبت به سایر مبردهای HFC نیاز به کمپرسور بزرگتری دارد. از سایر ویژگی های این گاز پتانسیل گرمایش جوی PCA (GWP) = 1430، نقطه جوش در 1.013 بار -26.1 درجه سانتی گراد، لغزش دما 0 درجه سانتی گراد، تراکم بخار اشباع 5.28 کیلو گرم در متر مکعب در دمای -26.1 درجه سانتی گراد، وزن مولکولی  102.03 gr/mol، نقطه انجماد -96.6 ċ و طبقه بندی A1 به معنی سمیت کم و غیر قابل اشتعال می باشد. فرمول شیمیایی این گاز CH 2FCF 3 می باشد.

R134a را می توان در سیلندرهای یک بار مصرف 13.6 کیلویی همچنین سیلندرهای قابل شارژ 60 کیلویی و همچنین مخازن یک تنی در بازار یافت. معروف ترین برند سازنده گاز R134a یک شرکت آمریکایی به نام Honeywell می باشد.

از جمله کاربردهای گاز R134a می توان به استفاده در لوازم خانگی، چیلرهای بزرگ، تجهیزات خنک کننده خودرو، سیکل تبرید دما بالا و دما متوسط، درایر یا رطوبت گیر هوای فشرده و همچنین خنک سازی کامپیوتر‌ها اشاره نمود.

گاز مبرد R401a

یکی دیگر از گازهای جاگزین R12 می باشد. از جمله مشخصات این گاز می توان به فرمول شیمیایی CHClF2 / CH3CHF2 / CHClFCF3، دمای بحرانی 228.7، گروه ایمنی A1، وزن مولکولی 94.4 و نقطه جوش -26.5 اشاره نمود. از رده ایمنی این گاز می توان فهمید که این یک گاز کم سمی و غیر قابل اشتعال می باشد.

گاز مبرد R410a

گاز R410a ترکیبی از دو گاز R32 , R125 با نسبت های برابر می باشد. این گاز از سرمادهی خوبی برخوردار می باشد و دما جوش آن -51 درجه سانتی گراد می باشد که یکی از ویژگی های خوب این محصول می باشد و از طرف دیگر این گاز با محیط زیست سازگاری خوبی دارد همچنین این گاز باعث می شود تا دمای کمپرسور نیز خیلی بالا نرود.

این ویژگی ها سبب شده تا گاز R410a به یکی از متداول ترین گاز های مورد استفاده در صنعت تبدیل شود. فرمول شیمیایی این گاز CH 2 F 2 (50٪) و CHF 2 CF 3 (50٪) می باشد و از مشخصات فنی این گاز می توان به وزن ملکولی 72.6 Da، نقطه ذوب 5155 درجه سانتی گراد، نقطه جوش 548.5- درجه سانتی گراد، چگالی مایع 1040 کیلوگرم بر متر مربع در دمای 30 درجه سانتی گراد، تراکم بخار 3.0، دمای بحرانی 72.8 درجه سانتی گراد و فشار بحرانی 4.90 Mpa اشاره نمود.

گاز مبرد R402a

یکی دیگر از گازهای مورد استفاده در صنایع برودتی گاز R402a می باشد. این گاز که بی رنگ می باشد نسب به گاز R22 آسیب کمتری به محیط زیست وارد می کند.

این گاز یکی از پرکاربرد ترین گازهای مورد استفاده در ساخت یخچال ها و سردخانه ها، سیستم تهویه و کولر خودروها و سایر لوازم خنک کننده می باشد. این گاز در کپسول های 13.5 کیلویی و بشکه ها و مخازن 250 تا 5 تنی قابل عرضه می باشد. و از کشورهای سازونده این گاز می توان به آمریکا، چین و ایتالیا اشاره نمود.

از جمله مشخصات فنی این گاز می توان به فرمول مولکولی C2HF5 0.2±1%, C3H8 60 ± 2%  و  CHClF2 ± 2%، جرم ملکولی 101.5، نقطه جوش -47 درجه سانتی گراد، دمای بحرانی 76.03 درجه سانتی گراد و فشار بحرانی 4.234 Mpa اشاره نمود.

گاز مبرد R404

گاز مبرد R404 از دسته HFC ها بوده و جایگزین گازهای R12، R22 می باشد. این گاز از ترکیب سه گاز R125, R134a, R143a می باشد. نسبت این ترکیــــب به صورت R134a : 4%، R143A : 52% و R125 : 44% می باشد. این گاز آسیبی به لایه ازون نمی زند اما شاخص پتانسیل گرمایی بالایی دارد. از جمله کاربرد های آن می توان به کاربرد آن در یخچال قابل حمل در اتومبیل ها، سیکل تبرید دما پایین و دما متوسط و یخچال های ویترینی و … اشاره نمود.

نقطه جوش این گاز -46.6 درجه سانتی گراد، دمای بحرانی 72.14  و فشار بحرانی آن 3.735 Kpa می باشد.

گاز مبرد R407C

گاز R407C یکی دیگر از گازهای فریون می باشد که با ترکیب گاز های R134 با نسبت 52% ، R125a با نسبت 25% و R32 با نسبت 23% که همگی جزء  HFC ها می باشند ساخته شده است.

گاز R407C نسبت به R22 دارای دمای تخلیه پایین تری می باشد و همچنین این گاز به سرعت با کمپرسور تطبیق پیدا می کند. همچنین به علت مطابقت فشار، دما و جریان این گاز با گاز R22 در هنگام جایگزینی این گاز با R22 نیاز به تعویض قطعات نمی باشد. این گاز جزء گازهای پرکاربرد بوده و در انواع و اقسام کپسول ها و مخازن یافت می شود.

گاز مبرد R502A

گاز مبرد R502A یکی از گازهای خانواده HFC می باشد و کاملا بی رنگ و بی بو می باشد. این گاز نسبت به گازهای دیگر آسیب کمی به محیط زیست می زند. از جمله کاربرد های این گاز می توان به استفاده از آن در سیستم های خنک کننده اتوموبیل، کولرها، چیلرها، یخچال ها و … اشاره نمود. این گاز را می توان با کپسول های 13.5 کیلویی، 13.6 کیلویی، 250 کیلویی و همچنین مخازن بزرگ 5 تنی در بازار یافت.

از جمله مشخصات فنی باید گفت نام شیمیایی این گـــــاز R-22 / R115 (48.8/51.2)، فرمول مولکولی CHClF2 با نسبت 51.2 درصد و C2F5C با نسبت 48.8 درصد، جرم مولکولی 111.6، نقطه جــوش -45.19 درجه سانتی گراد و دمای بحرانی این گاز 80.73 درجه سانتی گراد می باشد.

گاز مبرد R507

گاز مبرد R507 یک گاز فریونی از دسته HFC ها می باشد که از ترکیب گاز های R125  و R134a با نسبت های R125 : 50% و R143A : 50% ساخته شده است. استفاده از این گاز مبرد در دماهای پایین تا متوسط بسیار متداول می باشد. این گاز شباهت زیادی با گاز پر کاربرد R502 داشته و به دلیل دارا بودن فشار و ظرفیت بالاتر و همچنین آسیب رسانی کمتر به محیط زیست در خیلی از موارد جایگزین آن می شود.

از جمله کاربرد های این گاز می توان به استفاده از آن در یخ سازهای صنعتی و همچنین سیکل تبرید دما پایین و دما متوسط اشاره نمود.

این گاز می تواند یک جایگزین خوب برای گازهای R502 و R22 باشد. همچنین این گاز یکی از پایدار ترین گازهای موجود می باشد و در صورت نشتی گازهای فریونی تشکیل دهنده آن از یکدیگر جدا نمی شوند.

از جمله مشخصات فنی این گاز می توان به نقطه جوش -46.7 درجه سانتی گراد، دمای بحرانی 70.9 درجه سانتی گراد، وزن مولکولی 98.86، فشار بحرانی 3793 Kpa و گــرمای نـــهان 200.5 Kj/Kg اشاره نمود.

گاز مبرد R600

یکی دیگر از پر کاربرد ترین گازهای مبرد تاسیسات، گاز R600 می باشد. R600 بوتان و R600a که به آن ایزو بوتان می گویند یک ترکیب شیمیایی با فرمول HC (CH₃)₃ می باشد که از خانواده آلکان ها بوده و با داشتن 3 اتم کربن در دسته ساده ترین آلکان ها قرار می گیرد.

R600 و R600a به جز کاربرد در سیستم های مبرد در صنایع پتروشیمی، صنایع تولید فوم و همچنین مصرف به عنوان سوخت نیز کاربرد دارند. از همین رو است که یکی از بزرگترین مشکلات این گاز و به طور کل فریون های خانواده هیدروکربن ها (HC) همین قابلیت انفجار بالای آن های می باشد. به همین خاطر طبق استاندارد سازمان NRSC جزء مواد خطرناک طبقه بندی شده است.

استفاده از گاز ایزوبوتان به عنوان یک سرماساز برای اولین بار در سال 1993 میلادی بود که توسط یک شرکت آلمانی به نام FORON در پروژه Green Peace صورت گرفت.

در مورد Green Peace جالب است بدانید که یک کمپانی غیر دولتی است که تلاش می کند تا با ارائه راهکارهای نوین سطح آلاینده های محیط زیستی را کاهش دهد.

مزایا و معایب گاز R600a

مزایا

مقدار وزنی گاز R600a تقریبا نصف سایر گازهای فریون مانند گاز R134a می باشد.

یکی دیگر از ویژگی های گاز R600a مصرف برق کمتر سیستم نسبت به سیستم های دارای گاز R12 و R134a می باشد و همین دلیل است که در شارژ سیستم های گاز R600a به مقدار گاز کمتری نیاز است.

مسئله دیگر که به قبلا هم به آن اشاره شد عدم تخریب لایه ازون و خسارات زیست محیطی گاز R600a و سایر مبرد های هیدروکربنی می باشد که همواره یکی از دغدغه های دانشمندان در این سال ها بوده است.

بهره وری سیستم های سرماساز مبتنی بر گاز R600a به مراتب بیشتر از سیستم های مبتنی بر گاز های فریون می باشد.

معایب

در کنار تمام مزایا و ویژگی های مثبتی که گاز R600a دارد معایبی هم دارد که در ادامه به آن ها می پردازیم.

اولین مشکل، خاصیت اشتعال گاز R600a و سایر مبردهای هیدروکربنی می باشد که از آن به عنوان بزرگترین ایراد این گازها یاد می شود.

مسئله بعدی به دلیل محدودیت میزان استفاده مجاز در حجم معین می باشد. به طور کل باید در نظر داشت که اصولا کاربرد مبردهای هیدروکربنی با محدودیت هایی مواجه است. طبق قوانین و استانداردهای اروپایی برای شارژ یک سیستم مبتنی بر گاز R600a نمی توان سیستم را بیشتر از 150 گرم شارژ نمود. از این رو در هنگام شارژ حتما باید دستگاه ترازوی شارژ گاز را به همراه داشته باشید.

مسئله بعدی نیز حساسیت بالا در هنگام کار با این سیستم ها می باشد. به همین دلیل می طلبد تا در هنگام نصب و راه اندازی و یا سرویس سیستم های سرماساز مبتنی بر گازهای هیدروکربنی، کار به افراد متخصص و آموزش دیده سپرده شود.

در این بخش با توجه به تفاوت عمده ای که بین گازهای فریونی خانواده کلروفلوئوروکربن ها یا همان CFC ها، هیدروکلروفلوئوروکربن ها یا همان HCFC ، هیدروفلوئوروکربن ها یا همان HFC با گازهای مبرد خانواده هیدروکربن ها (HC) وجود دارد لازم می دانیم تا به یک مقایسه بین گاز R600 با سایر گازهای فریون بپردازیم.

خطر انفجار

مهم ترین ویژگی که در هنگام کار کردن با R600 و R600a و به طور کل مبرد های هیدروکربنی باید در نظر داشت، خطر انفجار آن ها می باشد. از همین رو در نظر داشته باشید که در سیستم برودتی که قبلا با گازهای فریونی کار می کرده از گازهای هیدروکربنی استفاده نکنید زیرا احتمال انفجار سیستم خیلی بالا می رود.

شارژ گاز

اصولا مقدار شارژی که برای سیستم های مبتنی بر گاز R600a در نظر گرفته می شود حدودا 45% وزنی کمتر در مقایسه با گازی مانند R134 می باشد. در صورتی که بخواهید مقدار شارژ انجام شده را به صورت حجمی محاسبه نمایید چندان تفاوتی با گازهای دیگر ندارد.

در هر حال بهتر است که گاز R600a به صورت مخلوط وارد سیستم تبرید شود زیرا در غیر این صورت علاوه بر فشار بالا بر کمپرسور، سیستم سرما و راندمان بالایی نخواهد داشت.

فشار گاز

یکی از تفاوت های عمده گاز R600a با سایر گازهای فریونی فشار آن می باشد. معمولا فشار گاز خالص R600a در دمای -25 درجه سانتی گراد حدود 0.58 با می باشد که این مقدار بسیار کمتر از فشار گازهای دیگر در همین دما می باشد. به عنوان مثال فشار گاز مبرد R134 در همین دما حدود 1.24 درجه سانتی گراد و یا گاز R12 نیز در همین دما حدود 1.07 درجه سانتی گراد می باشد.

در تصویر زیر می توانید مقایسه بین فشار گاز های R12 و R134 را با گاز R600a  را مشاهده نمایید.

سازگاری با مواد دیگر

خوشبختانه در این مورد سازگاری کامل وجود دارد و جای هیچ نگرانی نیست. گاز R600a در چرخه سرماسازی خنثی می باشد و با هیچ یک از روغن های کمپرسور، حتی انواع معدنی آن، هیچ واکنشی نشان نمی دهد.

سایر گاز های مبرد

ما تا اینجا سعی نمودیم تا از تمام خانواده های گازهای مبرد مورد استفاده در صنعت برای شما چند نمونه گاز معرفی کنیم و اطلاعات کامل آن را در اختیار شما قرار دادیم. اما موضوع گازهای مبرد به همین جا محدود نمی شود و همواره در طبیعت گازها و مواد خیلی زیادی هستند که می توان از آن ها به عنوان گاز مبرد در سیستم های سرماساز استفاده نمود.

این گازها در خانواده هایی چون ترکیبات معدنی، ترکیبات آلی غیراشباع (سیر نشده)، ترکیبات نیتروژن دار، ترکیبات آلی حلقوی، پروپان ها، اترها می باشند که در هر کدام از این خانواده ها حداقل یک تا 5 نمونه از گاز ها موجود می باشد.

در ادامه برای آشنایی شما با لیست کامل گازها و نام های آن ها به چند مورد آن اشاره می کنیم:

سری متان

این سری شامل گازهای R11 تا R50 می باشد که جزء گازهای منسوخ شده می باشد.

سری اتان

این سری از گازهای R113 شروع و تا گازهای R170 در آن موجود می باشد.

اترها

در این دسته تنها گاز RE170 یافت می شود.

پروپان

گازهای موجود در این خانواده از R218 شروع می شود و R290 هم در همین گروه قرار دارد.

ترکیبات آلی حلقوی

هیدروکربن ها

هیدروکربن ها که از پر مصرف ترین و سازگازترین گازهای مبرد می باشند با سری R600، R600a، R601، R601a موجود می باشند. در جدول زیر می توانید ترکیبات اکسیژن دار و گوگردی را مشاهده نمایید.

ترکیبات نیتروژن دار

ترکیبات معدنی

ترکیبات آلی غیراشباع (سیر نشده)

عواملی که باید در هنگام انتخاب گاز مبرد در نظر گرفت

به طور کل در هنگام انتخاب گاز مبرد باید چهار عامل را مد نظر قرار دهید.

ایمنی

اولین مورد ایمنی می باشد. این پارامتر از آن جایی که می تواند با جان انسان ها به طور مستقیم در ارتباط باشد جزء مهم ترین گزینه ها  می باشد. توجه داشته باشید که خیلی از این مواد می توانند قابل انفجار باشند.

البته بحث ایمنی به همین جا ختم نمی شود و باید موارد دیگری مانند سمی بودن و همچنین پایداری و واکنش پذیری را در نظر گرفت.

اگر یادتان باشد در قسمت تاریخچه مبردها از گاز آمونیاک نام بردیم که گفتیم یکی از مشکلات اساسی این گاز عوارض خطرناک آن در اثر تماس با بدن انسان می باشد.

مورد دیگری که باید در نظر داشت پایدار بودن و عدم واکنش پذیری مبرد با قطعات و سیستم سرمایش می باشد. این مورد خیلی مهم است زیرا در برخی از گازها مانند همین گاز آمونیاک در صورت تماس با آلومینیوم و مس می تواند مشکل ایجاد نماید.

سازگاری با محیط زیست

این مورد هم به اندازه همان سمی بودن گاز مبرد اهمیت دارد. درست است که این CFC  ها به طور مستقیم باعث ایجاد مشکل برای بدن انسان نمی شوند اما توجه داشته باشید که بیشتر فریون های خانواده CFC می توانند به راحتی لایه ازون را نابود نمایند که در نتیجه آن آینده زندگی بشر به خطر می افتد. از همین رو است که تقریبا بیشتر کشور های دنیا تولید و استفاده از گازهای مخرب لایه ازون ممنوع می باشد.

نشتی های مبرد

عمدتا در هنگام نشتی دو حالت رخ می دهد. در حالت اول که فشار داخل سیستم از فشار محیط کمتر بوده و در نتیجه گاز مبرد به بیرون نشت نمی کند و این هوا محیط است که وارد سیستم می شود.

در حالت دوم فشار سیستم از فشار محیط بیشتر است و گاز مبرد به بیرون نشت می کند.

باید در نظر داشت که در هر دو حالت سیستم از کار می افتد اما در صورتی که حالت اول نشتی رخ دهد        فشار و دمای سیستم بالا می رود و امکان آسیب دیدن تجهیزات وجود دارد. همچنین این نشتی باعث می شود که خود گاز مبرد داخل سیستم دچار یخ زدگی شود. نمونه جالب این حالت را می توانید در زمانی که یک نوشابه خیلی خنک را باز می کنید ببینید. آیا دقت کرده اید که نوشابه تا قبل از باز شدن به صورت مایع است اما به محض با شدن یخ می زند؟

این در حالی است که در صورت بروز حالت دوم اتفاق خاصی نمی افتد و می توان بعد از بر طرف کردن نشتی و شارژ مجدد سیستم از گاز مبرد آن را به کار انداخت و مجددا از آن استفاده نمود.

ملاحظات اقتصادی

باید توجه داشت که ضریب عملکرد یکی از عوامل مهم در انتخاب مبرد است. در این حالت فاکتور هایی مانند حرارت نهان، حجم ویژه بخار تبرید شده، نسبت تراکم و گرمای ویژه است که باید مورد توجه قرار بگیرد که هر کدام از آن ها می تواند بر قیمت تمام شده سیستم تاثیر گذار باشد.

سخن آخر

در این مقاله ما سعی نمودیم تا شما را با انواع و اقسام گازهای مبرد آشنا نماییم اما آن چه که در این مقاله به دنبال بیان آن بوده ایم حفظ محیط زیست و عدم استفاده از مواد مخرب برای محیط زیست بود. شاید بد نباشد که در پایان این مقاله باز هم تاکید کنیم که دمای زمین رفته رفته در حال افزایش می باشد که عامل اصلی آن افزایش گازهای گلخانه ای و نابودی لایه ازون است.

گاز مبرد یک گاز ترکیبی است که معمولا بصورت مایع است و در پمپ حرارتی و چرخه ی تبرید استفاده می شود. این ماده به راحتی گرمای محیط را جذب می کند و می تواند هنگام ترکیب با دیگر اجزاء  مانند کمپرسور ها و تبخیر کننده ها، تبرید یا تهویه هوا را فراهم کند.

بدون گاز مبرد، تهویه هوا، تبرید یا انجماد وجود نخواهد داشت. این مایع خنک کننده که معمولا مبرد نامیده می شود، دارای خواص ترمودینامیکی مطلوبی است و به دلیل عدم سمیت و عدم اشتعال پذیری داری ایمنی می باشد، همین امر باعث شده که ازن از بین نرود. بنابراین از آن جایی که این مایعات، دارای صفات و ویژگی های مطلوبی هستند به عنوان موضوعی برای تجارت انتخاب می شوند.

از جمله خواص ترمودینامیکی مبرد عبارت است از:

دارای یک نقطه جوش تا حدودی زیر دمای مورد نظر

گرمای بخار آن،

در حالت مایع دارای چگالی متوسط،

در حالت گاز دارای چگالی نسبتا زیاد و دمای بالا.

از آنجا که نقطه جوش و تراکم گاز تحت تاثیر فشار قرار دارند، ممکن است مبرد ها با انتخاب مناسب فشارهای عملیاتی، برای یک کاربرد خاص مناسب تر باشند.

انواع مبرد:

متداول ترین مبرد های مورد استفاده برای تهویه مطبوع شامل موارد زیر است:

1) کلروفلوروکربن ها (CFC)، این از مبرد به اثر گاز گلخانه ای کمک می کند.

2) هیدروکلرول فلوئور و کربن ها (HCFC)، این نوع از مبرد، به میزان کمی به ازن آسیب می رساند. بنابراین سازمان حفاظت محیط زیست این نوع از مبرد را تا سال 2020 به رسمیت نمی شناسد و آن را از دسته مبردها خارج می کند.

3) هیدروفلوروکربن ها (HFC)،  این نوع مبرد در ترکیب خود کلر ندارد و برای محیط زیست مناسب تر است و در حال حاضر به جای cfc ها استفاده می شود. سیستم های تهویه مطبوع که با این مبرد کار می کنند، کارآمدتر هستند و کیفیت هوای بهتری را ارائه می دهند و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشند.

 توسعه مبرد ها:

مبردهای جدید در اوایل قرن بیست و یکم ایجاد شده اند که برای محیط زیست بی خطر هستند اما بدلیل سمیت و اشتعال پذیر بودن آنها، کاربرد کمتری دارند. به عنوان مثال هیدرو کربن هایی مانند ایزوبوتان و پروپان مزایای مختلفی دارند از جمله:

کم هزینه و بطور گسترده در دسترس، پتانسیل کاهش ازن صفر و پتانسیل گرمایش جهانی بسیار پایینی دارند. هم چنین راندمان انرژی خوبی دارند اما قابل اشتعال هستند و در صورت بروز نشت می توانند ترکیب  انفجاری با هوا را تشکیل دهند.

با وجود اشتعال پذیری، آنها بطور فزاینده ای در یخچال و فریزرهای خانگی مورد استفاده قرار میگیرند.

در سال 2010، تقریبا یک سوم از کلیه یخچال و فریزرهای خانگی با ایزوبوتان یا یک مخلوط ایزوبوتان یا پروپان در سطح جهان تولید می  شود و پیش بینی می شود این میزان تا سال  2020 به  75%  افزایش یابد.

مبرد هایی مانند آمونیاک (R717)، دی اکسیدکربن و هیدروکربن های غیر هالوژنه، لایه ازن را تخریب نمی کنند. آنها در سیستم های تهویه مطبوع ساختمان ها، سالن های ورزشی، در صنایع شیمیایی و داروسازی، صنایع خودروسازی، صنایع غذایی (تولید، ذخیره سازی، حمل و نقل دریایی، خرده فروشی) مورد استفاده قرار می گیرند.

قوانین حاکم بر مبردها:

با وجود اینکه مبرد از نوع hfc نسبت به سایر مبرد ها برای محیط زیست بهتر است اما نمی توان گفت که آن 100% بی خطر نیست، بنابراین این واقعیت باعث شده است تا سازمان حفاظت محیط زیست، چندین قانون در مورد نحوه ی استفاده و دفع مبرد را تصویب کند:

تکنسین ها باید تمام تلاش خود را برای بازیافت مبردها بکار گیرند.بعضی از مبرد ها حتی اگر بازیافت شوند باید به عنوان زباله های خطرناک مدیریت شوند و با توجه به مقررات دولت کشور، اقدامات حیاطی ویژه برای حمل و نقل آن ها را بکار گیرند.

دستگاه های تهویه مطبوع و سایر وسایلی که از مبرد استفاده می کنند باید طبق قوانین دفع EPA  از بین بروند.

در صورت نشت مبرد باید ظرف 30 روز اصلاح و تعمیر شود.

فقط شرکت ها و تکنسین هایی که سیستم تهویه مطبوع (HVAC) تهیه می کنند، می توانند مبرد  را بخرند.

نقض موارد فوق و سایر مقررات مربوط به مبرد، منجر به مجازات های شدید از سازمان حفاظت محیط زیست می گردد.

بازدید و بررسی نوع سیستم تهویه مطبوع:

برای اینکه متوجه شوید در خانه خود از چه نوع سیستم تهویه مطبوع استفاده می کنید نیاز دارید که سیستم خود را بازدید کنید.

اگر سیستم شما از نوع مبرد CFC است، این نوع از خنک کننده منسوخ شده و برای محیط زیست خطرناک است. اگر مبرد

تهویه مطبوع CFC  نشت کرده باشد، تعمیر کردن آن گرانتر از آنچه که ارزشش را دارد برای شما تمام می شود. شما براحتی

نمی توانید تهویه مطبوع CFC را با مبرد HFC تعویض یا جایگزین کنید، زیرا قطعات این سیستم ها با یکدیگر سازگار نیستند.

بنابراین بهتر است، سیستم خود را به نوع سوم از مبرد ها یعنی مبرد HFC ارتقا دهید، زیرا این سیستم، موجب کیفیت بهتر هوا،

افزایش راحتی و قابلیت اطمینان می گردد.