معرفی انواع گاز های مبرد

انواع مبرد ها

تاریخچه مبردها

تا حدود ۲۰ سال پیش دسته بندی مبرد ها محدود بود اما امروزه به دلایل زیست محیطی هر روز انتخاب مبردها سخت گیرانه ­تر می­ شود. به طوری که بعضی از مبردهایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می­ گیرند در سال­های آتی دیگر قابل استفاده نمی ­باشند.

دی اکسیدکربن (Co2) و آمونیاک (NH3) جزو اولین مبردهایی بودند که در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می­ گرفتند. کلرید متیل و دی­اکسید گوگرد نیز به عنوان مبرد در سیستم های صنعتی مورد استفاده قرار می­ گرفت. اکثر این مبردها سمی یا قابل اشتعال بودند تا این که در سال ۱۹۲۶ مبرد R12 به دست میگلی اختراع گردید، در آن زمان این مبرد و مبردهای هم خانواده آن (CFC) بسیار پر مصرف بودند و جهت تجهیزات برودتی مثل چیلر، سردخانه و … مورد استفاده قرار می گرفتند.

اما در اوایل دهه ۷۰ میلادی دانشمندان دریافتند لایه ازون در حال از بین رفتن می­ باشد که در سال ۱۹۸۷ پروتکل مونترال جهت ممنوعیت استفاده از این مبرد به دلیل مضر بودن برخی خواص آن برای طبیعت در بسیاری از کشورها صادر شد.

مبرد در چیلر تراکمی و کولر گازی

مبرد ماده ای است که با دریافت حرارت از یک ماده دیگر، به صورت عامل خنک کن عمل می نماید. در سیکل های تبرید تراکمی تبخیری نظیر چیلرها یا کولرهای گازی، مبرد سیال عامل سیکل بوده و با تبخیر و تقطیر تناوبی، به ترتیب حرارت را جذب و دفع می نماید. برای این که مبردی برای استفاده در سیکل تراکمی تبخیری مناسب باشد باید دارای خواص شیمیایی، فیزیکی و ترمودینامیکی ویژه ای باشد که استفاده از آن را مطمئن و اقتصادی سازد. به این نکته توجه کنید که مبرد ایده آل وجود ندارد و به دلیل اختلاف فاحش شرایط و نیازهای کاربری مختلف، مبردی وجود ندارد که بتواند برای همه کاربردها مناسب باشد. بنابراین یک مبرد هنگامی ایده آل خواهد بود که بتواند شرایط و نیازهای یک کاربرد خاص را تامین کند.

در یک سیستم سرد کننده مکانیکی عمل گرفتن حرارت با تبخیر مایع در دستگاه اواپراتور و پس دادن آن در دستگاه کندانسور صورت می گیرد و این امر باعث تغییر حالت ماده سرمازا از بخار به مایع می گردد. مایعاتی که بتوانند به سهولت از مایع به بخار و بالعکس تبدیل شوند به عنوان واسطه انتقال حرارت به کار برده می شوند زیرا این تغییر حالت باعث تغییر حرارت نیز می گردد.

برخی از این مواد سرمازا از مواد دیگر مناسب تر هستند، ماده سرمازا به علت نقطه جوش منفی وقتی از طریق لوله ها به محیط گرم می رسد از مایع به گاز تبدیل شده و برای انجام این کار نیاز دارد که گرمای محیط را جذب کند پس گرمای محیط را می گیرد و به گاز تبدیل می شود و از طریق کمپرسور کشیده شده توسط کندانسور به مایع تبدیل می شود و باز هم به محیط بر می گردد و این سیکل دایما ادامه پیدا می کند.

خصوصیات مواد سرمازا

  • سمی نباشد
  • قابل انفجار نباشد
  • اکسید کننده نباشد
  • قابل اشتعال نباشد
  • در صورت نشت به سهولت قابل تشخیص باشد
  • محل نشت آن قابل تعیین باشد
  • در فشار کم و نقطه جوش پایین عمل نماید
  • گاز پایدار باشد
  • قسمت هایی که در داخل مایع حرکت می کنند به سهولت قابل روغن کاری باشند
  • برای تنفس انسان مضر نباشد
  • دارای گرمای نهان متعادل برای مقدار تبخیر در واحد زمان باشد
  • جابجایی نسبی آن برای ایجاد مقدار معینی برودت کم باشد
  • فشار تبخیر و تقطیر بسیار کم باشد.
  • ماده سرمازا نباید خورنده باشد.

کاربرد مبرد در صنایع مختلف

  • تهویه مطبوع
  • صنایع دارو سازی
  • صنایع غذایی
  • خودروسازی

خصوصیات مبرد ایده آل

  • غیر خورنده بودن
  • غیر آتش زا بودن
  • غیر سمی بودن
  • دوست محیط زیست
  • نقطه جوش مناسب
  • حرارت تبخیر بالا
  • تراکم ایدال در حالت مایع
  • دمای بحرانی نسبتا بالا
  • چگالی بالا در حالت گازی

انواع مبرد های سرمایشی

  • آمونیاک ( گاز R717 )

مبرد R717

گاز آمونیاک گاز سرمایشی طبیعی می باشد، این مبرد دارای قابلیت اشتعال کم و در عین حال گازی سمی می باشد. گاز آمونیاک از گازهای سرمایشی  طبیعی است که هنوز هم در سیستم های تراکمی تبخیری و با کمپرسورهای رفت و برگشتی تحت  شرایط ایمنی خاص مورد  استفاده قرار می گیرد. از آمونیاک بیشتر در سرمایش مورد نیاز کارخانه های صنعتی استفاده می شود هر چند که در حجم های بالا درمصارف تهویه مطبوع نیز به کار می رود.
گاز آمونیاک به دلیل خواص سرمایشی عالی به طور گسترده به عنوان گاز مبرد در سرمایش مواد غذایی و سردخانه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این گاز همچنین در حجم های کمتر برای سیستم های تهویه مطبوع ساختمانی نیز کاربرد دارد. آمونیاک دارای ODPو GWP برابر با صفر بوده و به همین دلیل مبردی جذاب از نظر زیست محیطی و صرفه جویی در انرژی به حساب می آید. اما این گاز سمی بوده و در شرایطی آتش زا نیز می باشد.

خوشبختانه سمی بودن این گاز سرمایشی به دلیل بوی زننده ای که دارد به راحتی قابل شناسایی می باشد وآن چنان خطرناک نمی باشد. خطرنشتی یا تخلیه ی اتفاقی این ماده را می توان با تعبیه کردن چیلرهای آمونیاکی در اتاقک های کاملا عایق بندی شده که مجهز به هواکش های فن دار هستند به مقدار زیادی کاهش داد.

با این که بخار گازآمونیاک سبک تر از هوا می باشد تحقیق های اخیر که توسط BRE نشان می دهد که باد می تواند باعث شود بخار آمونیاک مانند یک گاز شناور در هوا رفتار کند. اثر مشابهی نیز در مورد گازهای دودکش بویلر به خوبی شناخته شده است. هواکش های مجهز به فن قوی جهت اطمینان از این که انتشار اتفاقی این گاز کاملا رقیق شده و به شکلی ایمن از آن اطراف دور می شود ضروری است.

  • گاز دی اکسید کربن(R-744) 

گاز کربن دی اکسید مبردی طبیعی است که استفاده بسیار اندکی دارد. از دی اکسید کربن در سیکل های تراکمی تبخیری و با کمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده می شود. معایب سیکل های تبریدی که از این گاز سرمایشی استفاده می کنند داشتن فشار بالا حدود ۶۱ بار و راندمان پایین سیکل می باشد.
از نظر دیدگاه زیست محیطی و ایمنی گاز دی اکسید کربن (CO2) یک مبرد عالی به شمار می آید. این گاز غیرقابل اشتعال، بدون بو و غیرسمی است و همچنین ODP آن صفر بوده و GWP آن نیز پایین است.

  • هوا (R729) 

هوا می تواند در سیکل تبرید جهت ایجاد سرمایش به کار رود این سیستم به شکل گسترده در سرمایش کابین هواپیما مورد استفاده قرار می گیرد. سیکل هوا دارای بازدهی بسیار کمی می باشد و مصرف انرژی آن نیز در مقایسه با سیستم های معمولی تراکم بخار که از HCFC ها یا  HFC ها استفاده می کنند بالاتر می باشد.

مطالعات انجام شده توسط BRE و دانشگاه بریستول منجر به پیدایش یک سیستم سیکل هوا برای گرمایش و سرمایش همزمان در ساختمان شده است که بازدهی انرژی آن کمی بالاتر از بسیاری از سیستم های معمولی است. سیستم هایی با سیکل هوا که در محدوده ی تجاری قابل دسترس باشند هنوز به بازار عرضه نشده اند و نیاز به این دارند که تولید کننده ای برای تولید انبوه این دستگاه ها سرمایه گذاری کرده و هزینه ی سیستم های سیکل هوا را تا جایی پایین بیاورد که با سیستم های معمولی تراکم بخار قابل رقابت باشند.

  • هیدروکربن ها (HC) 

مبرد R290

گاز پروپان (R-290) و گاز ایزوبوتان (R-600a) در کنار بعضی دیگر از هیدروکربن ها می توانند در سیکل های تراکمی تبخیری استفاده شوند. در اروپای شمالی حدود سی و پنج درصد یخچال ها با مبردهای هیدروکربنی کار می کنند. از جمله خواص این مبردها راندمان بالا و در عین حال اشتعال پذیری بسیار بالا می باشد، استفاده از این نوع مبردها در ایالات متحده به دلیل استانداردهای ایمنی بسیارکم می باشد.

این گازها دارای خواص تبریدی خوبی بوده و اثرات نامطلوب زیست محیطی بسیار کمی دارند به همین دلیل این مواد برای کاربرد در یخچال های خانگی و سیستم های تبریدی کوچک و همچنین سیستم های تهویه مطبوع از عمومیت زیادی برخوردار شده اند. اما اشتعال پذیری بالای این مواد مستلزم این است که موارد ایمنی به دقت رعایت شوند. یکی از خطراتی که از اهمیت زیادی برخوردار می باشد این است که چون هیدروکربن ها هیچ بویی ندارند وجود مقدار بالای آن ها در محل سرویس و نگهداری بسیار خطرناک است و قابل تشخیص نخواهد بود.

  • کلروفلوئوروکربن ها (CFC’s) 

مبرد R11

رایج ترین مبردهای این گروه R-114 ، R-113 ، R-12  و R-11 می باشند، تا اواسط دهه ۸۰ میلادی استفاده از آن ها در سراسر دنیا معمول بود اما به موجب پروتکل مونترال استفاده و تولید آن ها از سال ۱۹۹۵ در کشورهای توسعه یافته متوقف شد و در کشورهای در حال توسعه نیز طبق برنامه در حال جمع آوری می باشند. استفاده از کلروفلوئوروکربن ها برای انواع کمپرسورها و در سیکل تراکمی تبخیری امکان پذیر است. راندمان و ایمنی بالا و غیرقابل اشتعال بودن از خواص مثبت آن ها می باشد. متاسفانه این مبردها صدمات زیادی به لایه ازن وارد می کند.

  • هیدروکلروفلوئوروکربن ها (HCFC’s) 

مبرد R22

R22 یکی از پرکاربرد ترین مبرد ها می باشد در این گروه قرار می گیرد. این گروه از مبرد ها در سیکل های تراکمی تبخیری با تمام کمپرسورها قابل استفاده هستند. مانند مبردهای CFC برنامه ای برای ممنوعیت استفاده از آن ها در تمام کشورها در حال انجام است.

  • هیدروفلوئوروکربن ها (HFC’s) 

R134a مبرد

این گازها از مبردهای جدید بوده و به عنوان جایگزین برای گازهای سرمایشی مخرب لایه ازن مطرح می باشند، R-134a از جمله آن ها بوده و با راندمان نسبتاً بالا، خواصی نظیر غیرقابل اشتعال بودن و غیر سمی بودن را دارند.

  • مبردهای مخلوط

در صورتی که دو یا چند مبرد مشخص با نسبت خاصی با هم مخلوط شوند، می توان به یک مبرد جدید دست یافت به عنوان مثال R-407C از مخلوط R134a و R-125 به دست آمده و دارای خواص قابل توجهی می باشند. مبردهای مخلوط خود به دو دسته عمده تقسیم می شوند

    • آزئوتروپ ها

بعضی از مبردهای مخلوط خواصی مانند یک مبرد تک جزئی دارند به عبارت دیگر فشار و دمای اشباع هر جزء با فشار و دمای اشباع کل مخلوط یکسان است. مثلا R-500 شامل دو جزء R-134a و R-125 بوده و مخلوطی از آزئوتروپ می باشد.

    • زئوتروپ ها

این نوع مخلوط ها در هنگام تغییر فاز به اجزاء تشکیل دهنده خود تقسیم شده و لایه های مختلف گاز و مایع را تشکیل می دهند. از جمله زئوتروپ ها R407C و R-410Aمی باشند.

عوامل تاثیر گذار در انتخاب مبردهای گازی

  • ایمنی

این خاصیت به طور مستقیم جان کاربران را تحت الشعاع قرار می دهد، از این رو نسبت به سایر پارامترها دارای اهمیت بیشتری است. فاکتور ایمنی مبردها به طور کلی باید موارد غیر قابل اشتعال و انفجار بودن و سمی نبودن را شامل شود. از طرفی نباید با سیال، رطوبت و سایر مواد به کار رفته در تجهیزات تبرید واکنش شیمیایی نامطلوب داشته باشد.

  • سمی نبودن

با توجه به میزان سمی بودن مبرد های گازی، آن ها در ۶ گروه دسته بندی می شوند که مبرد های گروه یک نسبت به سایر گروه ها سمی تر بوده و کوچک ترین تماس با آن ها موجب به وجود آمدن اثرات زیان بار و خطرناکی می شود. اما مبرد های گروه شش دلیل سمی بودن شان بیشتر به خاطر کاهش غلظت میزان اکسیژن هواست، بنابراین این دسته را غیر سمی می نامیم.

  • نشتی مبردهای گازی

از موارد بسیار مهم دیگر در مورد مبردها نشتی سیستم است، این نشتی می تواند در دو حالت رخ دهد

    • کمتر بودن فشار سیستم نسبت به فشار محیط

در این حالت فشار سیستم از فشار اتمسفریک کمتر بوده از این رو امکان نفوذ هوا به داخل سیستم وجود دارد و تحت هیچ شرایطی مبرد به بیرون نشت نمی کند

    • بیشتر بودن فشار سیستم نسبت به فشار محیط

در این حالت مبرد است به بیرون از سیستم نشت می کند.

 در هر دو حالت سیستم تبرید پس از مدتی از کار می افتند و فعالیت آن ها نیز متوقف می شود. اما در حالت دوم پس از شناسایی محل نشت به راحتی می توان محل نشت را پوشاند تا با شارژ مخزن مبرد گازی سیستم مجددا به فعالیت خود ادامه دهد. اما در حالت اول هوا به سیستم نفوذ کرده و این امر موجب افزایش دما و فشار سیستم و تشدید خوردگی اتصالات می شود که رطوبت وارد شده نیز خود باعث یخ زدگی مبرد می شود.

  • ملاحظات اقتصادی

ضریب عملکرد سیستم از فاکتور های مهم انتخاب مبرد است و بر راندمان و ظرفیت سیستم اثر می گذارد.

درج شده در

Leave a Reply

avatar
  تنظیم هشدار برای :  
هشدار برای
دسته بندی ها
آخرین مطالب