انواع گازهای کمپرسور

شاید مهم‌ترین عضو یک سیستم تهویه مطبوع مبرد باشد که وظیفه دارد گرما را از یک محیط جذب کرده و به محیطی دیگر منتقل کند. البته که این انتقال گرما به خودی خود رخ نمی‌دهد و با استفاده از تجهیزاتی مانند کمپرسور، اواپراتور و کندانسور که عضو‌های حیاتی یک سیستم تهویه به حساب می‌آیند، این پدیده صورت می‌گیرد. ماده مبرد در زمان طی کردن یک سیکل به طور مرتب از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود و سپس دوباره با سرد شدن، از گاز به مایع تغییر حالت می‌دهد.

انواع ماده مبرد

در  اطراف ما سیستم‌های تبرید بسیار زیادی وجود دارند که در آن‌ها از مواد مبرد استفاده می‌شود. در هرکدام از این سیستم‌ها نیز از مواد مختلفی به عنوان ماده مبرد استفاده شده است که هرکدام مزیت و معایب خود را دارند. اما یکی از مهم‌ترین معایب یک ماده مبرد، می‌تواند تاثیر مخربی باشد که می‌تواند بر روی محیط زیست داشته باشد. به همین دلیل نیز دانشمندان جهان در پی این هستند که ماده مبردی که ضرر کمتری برای محیط زیست داشته باشد را تولید و مورد استفاده قرار دهند. در ادامه به معرفی پرکاربردترین مواد مبرد و کارکردهای آن خواهیم پرداخت.

دسته بندی مواد مبرد

مواد مبرد را بر اساس ترکیب شیمیایی موجود در آن‌ها دسته بندی می‌کنند. معروف‌ترین آن‌ها شامل خانواده کلروفلوئوروکربن‌ها‌(CFC)، هیدروکلروفلوئوروکربن‌ها‌(HCFC)، هیدروفلوئوروکربن‌ها‌(HFC) و مبرد‌های طبیعی می‌شود. فرئون‌ها و هالوکربن‌ها نیز به طور مصنوعی به دست می‌آیند. این دسته‌بندی‌‌ها به همراه معروف‌ترین اعضای این دسته بندی در زیر آمده است:

کلروفلوئوروکربن‌ (CFC): R114، R113، R12، R11 و R115

هیدروکلروفلوئوروکربن (HCFC): R22 و R123

هیدروفلوئوروکربن (HFC): R134a، R404A، R407C، R410A

تاثیر مواد مبرد بر محیط زیست را نیز با دو عدد موسوم به پتانسیل تخریب لایه ازون (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) توصیف می‌کنند.

عدد ODP مقداری در بازه صفر تا یک دارد که هرچه این عدد به یک نزدیک‌تر باشد، نشان‌دهنده آن است که پتانسیل بیش‌تری برای تخریب لایه ازون دارد. عدد ODP مبرد‌های کلروفلوئوروکربن‌ به طور معمول زیاد است؛ چراکه در ترکیب شیمیایی آن‌ها کلر وجود دارد. به دلیل همین موضوع نیز امروزه دیگر از گاز‌های CFC به عنوان ماده مبرد استفاده نمی‌شود.

اما مقادیر GWP می‌تواند از صفر تا چند هزار تغییر کند. همانند عدد قبلی، هرچه GWP بزرگ‌تر باشد، نشان‌دهنده آن است که تاثیر منفی گاز بر گرمایش جهانی بیش‌تر است. گازهای HCFC نیز با اینکه به نسبت گازهای CFC عدد GWP کمتری دارند، اما همچنان GWP آن‌ها نیز زیاد است. بنابراین امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پرکاربردترین گاز‌های مبرد

در ادامه پرکاربردترین مبردهای گازی با منشا طبیعی و غیر طبیعی معرفی و بررسی می‌شوند.

گاز مبرد R134a

تترافلوئورواتان یا R134a از دو اتم کربن، دو اتم هیدروژن و چهار اتم فلور تشکیل می‌شود. فرمول شیمیایی این گاز نیز CF3CH2F است. همانطور که پیش از این نیز اشاره کردیم، این مبرد از دسته HFC به حساب می‌آید و بنابراین تاثیری بر روی لایه ازون نمی‌گذارد. این ماده مبرد غیر مشتعل و غیرانفجاری است و میزان سمی بودن آن نیز در حد استاندارد است.

دمای جوش R134a منفی26.1 درجه سانتی‌گراد است و دیگر خواص ترمودینامیکی این مبرد نیز تقریبا با R12 مشابه هست. در نتیجه می‌توان از R134a به عنوان جایگزینی برای R12 استفاده کرد. هرچند باید توجه کرد که تغییراتی باید در تجهیزات سیستم تبرید صورت بگیرد.

گاز مبرد R407C

این ماده مبرد یک جایگزین معمول برای R22 محسوب می‌شود. R407C مخلوطی از چند هیدروفلوئوروکربن مانند دی‌فلوئورومتان و پنتافلوئورومتان است که خواص ترمودینامیکی لازم برای قرار گرفتن در سیکل‌های تبرید را دارد.

در سیستم‌های تبرید جدید، استفاده از R407C رواج بیش‌تری دارد. همچنین این ماده مبرد توانایی کار کردن در سیکل‌های دما متوسط را نیز دارد.

گاز مبرد R404A

این ماده مبرد نیز یک جایگزین ایمن برای R22 به شمار می‌آید. از مزیت‌‌های R404A می‌توان به بازه دمایی که می‌تواند در آن کار کند اشاره کرد؛ این ماده مبرد در سیستم‌هایی که دمایی بین منفی 45 تا مثبت 15 درجه سانتی‌گراد را لازم دارند می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

خواص ترمودینامیکی R404A شباهت زیادی با R22 دارد و حتی در مواردی عملکرد بهتری نسبت به این گاز دارد. همچنین R404A به راحتی با آب و هوا واکنش نشان نمی‌دهد و بدون رنگ و غیرمشتعل نیز هست. البته تماس مستقیم پوست بدن با R404A می‌تواند مضر باشد.

گاز مبرد R410A

این ماده از ترکیب چند هیدروفلوئوروکربن تشکیل می‌شود. به دلیل اینکه کلر در ترکیب آن وجود ندارد، آسیبی برای لایه ازون به بار نمی‌آورد. همچنین با استفاده از این مبرد می‌توان به بازدهی بیش‌تری نسبت به R407C و R22 دست یافت.

ظرفیت تبرید و فشار بالا، R410A را به گزینه‌ای بهتر نسبت به R22 تبدیل می‌کند. بنابراین این گاز گزینه‌ای محبوب برای استفاده در سیستم‌های تهویه، سیستم‌های تبرید صنعتی و خنک‌کننده محسوب می‌شود.

گاز مبرد R22

این مبرد پیش از این پرکاربرد بود و پس از اینکه مشخص شد استفاده از آن می‌تواند به لایه ازون صدمه وارد کند، استفاده از آن کاهش پیدا کرد و تا سال 2020 نیز قرار است که به طور کامل کنار گذاشته شود. R22 از دسته HCFC به حساب می‌آید و به دلیل وجود کلر در ترکیب شیمیایی آن، برای محیط زیست مضر است. یکی از جایگزین‌های گاز R22، گاز R410A می‌باشد که پیش از این به آن اشاره کردیم. البته مقرر شده است که با شروع سال 2020 نیز برنامه‌ای برای جایگزینی R410A با مبردهای دیگر آغاز شود و به طور تدریجی استفاده از این ماده نیز کاهش پیدا کند. به نظر می‌رسد مبرد R32 قرار است جایگزین آن شود که عدد GWP آن یک سوم R410A است.

مبردهای طبیعی، نسل اول مبردها

مهم‌ترین مزیت مبردهای طبیعی مانند کربن‌دی‌اکسید، آمونیاک یا پروپان در این است که عدد ODP برای آن‌ها صفر است و GWP بسیار کمی دارند که می‌توان از آن نیز صرف نظر کرد. قدمت استفاده از بعضی از مبردهای طبیعی نیز به بیش از 150 سال می‌رسد.

البته بازدهی برخی سیستم‌هایی که از CO2 استفاده می‌کنند، در محیط‌های گرم کاهش پیدا می‌کند و نیاز به تنظیمات اضافه‌ای دارند تا بازدهی آن‌ها افزایش پیدا کند. اما به طور کلی، با استفاده از مبردهای طبیعی می‌توان به همان بازدهی سیکل‌هایی با مبردهای HFC و HCFC دست یافت.

قدیمی بودن این دسته از مبردها نباید این ذهنیت را ایجاد کند که دیگر کاربرد ندارد. درواقع به دلیل در دسترس بودن این گازها و این موضوع که به محیط زیست تقریبا آسیبی وارد نمی‌کنند، سبب شده است که اقبال زیادی از این گازها صورت بگیرد.

آمونیاک

آمونیاک که با نام R717 نیز شناخته می‌شود، یکی از مبردهای قدیمی است که هم در سیستم‌های تراکمی و هم در سیستم‌های تبرید جذبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت آمونیاک به عنوان یک مبرد در این است که وزن مولکولی کمی دارد، توانایی کار کردن در دماهای مختلف را دارد، گرمای نهان تبخیر آن بالاست و نشتی‌های آن را به راحتی می‌توان شناسایی کرد. البته R717 معایبی نیز دارد؛ میزان سمی بودن بالا، واکنش پذیر و قابل اشتعال بودن از جمله این معایب است. آمونیاک همچنین توانایی بالایی در جذب مولکول‌های آب دارد و خشک نگه داشتن آن کار سختی است. زمانی که آمونیاک همراه خود آب نیز حمل کند، می‌تواند برای مس و آلیاژهای مسی در نقش یک خورنده واقع شود. همچنین در دماهای بالای خروجی از کمپرسور، ممکن است آمونیاک مقداری به نیتروژن و هیدروژن تجزیه شود و فشار این گازها نیز به فشار کندانسور اضافه خواهد شد. افزایش فشار کندانسور به معنای کاهش بهره‌وری سیستم است و مصرف انرژی بیش‌تر خواهد شد.

کربن دی ‌اکسید

کربن دی‌ اکسید در هوای اطراف ما وجود دارد و غیراشتعال‌پذیر و غیرسمی است. استفاده از کربن دی اکسید قدمتی طولانی دارد و از سال 1862 تاکنون از این گاز به عنوان مبرد استفاده می‌شود. در گذشته سیستم‌هایی که از کربن دی اکسید استفاده می‌کردند، بازدهی کمی داشتند. علت این موضوع را نیز می‌توان در دمای بحرانی پایین این گاز پیدا کرد. اما با پیشرفت تکنولوژی و پدید آمدن شیوه‌های نوین، می‌توان بر این مشکل نیز غلبه کرد. بنابراین کم کم کربن دی اکسید در حال بازگشت به سیستم‌های تبرید است و اگر به درستی از آن استفاده شود، می‌توان به بازدهی‌های بالایی دست پیدا کرد. پیش‌بینی می‌شود که در سال‌های آتی استفاده از کربن دی اکسید به عنوان ماده مبرد افزایش پیدا کند.

نسل جدید مبرد‌ها

مبردهای شیمیایی جانشین برای مبرد‌های مرسوم معرفی شده‌اند که در میان مدت و بلند مدت جایگزین مبردهایی مانند R22 و R134a خواهند شد که به دلایل محیط زیستی باید کنار گذاشته شوند. حتی مبردی مانند R410A نیز تا چند سال آینده حذف خواهد شد. مبردهایی مانند R1234yf یا R1234ze که عدد GWP پایینی دارند می‌توانند به عنوان جانشینی برای مبردهای رایج عمل کنند و برنامه‌هایی برای جایگزین کردن آن‌ها در سال‌های آتی وجود دارد.

فاکتورهای مهم در انتخاب ماده مبرد

انتخاب صحیح ماده مبرد در طراحی یک سیستم تبرید می‌تواند تاثیر فراوانی بر ایمنی، طول عمر و مصرف انرژی سیستم بگذارد. فاکتورهایی که می‌توانند در انتخاب یک ماده مبرد تاثیر بگذارند به شرح زیر هستند:

خواص ترمودینامیکی

خواص ترمودینامیکی مانند نقطه جوش، دمای بحرانی و ظرفیت گرمایی مبرد باید به گونه‌ای باشند که سیستم بتواند با بازدهی بالا و در دمای مورد نظر کار کند.

پایداری شیمیایی

یک سیستم تبرید به نحوی طراحی می‌شود که می‌تواند تا چندین سال کار کند. پس ماده مبرد نباید به راحتی تجزیه شود و یا با مواد دیگر واکنش نشان دهد که در این صورت سیستم قابلیت‌های خود را از دست خواهد داد.

ایمنی و تاثیر مبرد بر سلامت و محیط زیست

یک مبرد ایده آل باید  ODPو GWP پایینی داشته باشد. همچنین سمی نبودن مبرد نیز یک فاکتور مهم محسوب می‌شود.

خواص فیزیکی

چگالی پایین و ضریب انتقال حرارت بالای مبرد می‌تواند تاثیر زیادی بر روی سایز مبدل‌های حرارتی و هزینه ساخت سیستم تبرید داشته باشد. همچنین مبرد نباید به لوله‌ها و دیگر قطعاتی که با آن در تماس است آسیب وارد کند و باعث خوردگی آن‌ها شود.

رنگ کپسول مبرد چه معنایی دارد؟

شرکت‌های تولید کننده معمولا کپسول نگهدارنده مبردها را با رنگ‌هایی متفاوت و جداگانه برای هر مبرد رنگ‌آمیزی می‌کنند. این موضوع از مخلوط کردن اشتباه مبردها جلوگیری می‌کند. هرچند این رنگ بندی به طور معمول رعایت می‌شود، اما ممکن است برخی از شرکت‌ها از این رنگ آمیزی تبعیت نکنند. بنابراین بهتر است که همیشه پیش از استفاده از کپسول مبرد، لیبل روی کپسول خوانده شود. تصویر زیر رنگ بندی کپسول انواع مختلف گاز مبرد را نشان می‌دهد.

در جدول زیر نیز مبردهای رایج و کاربردهای آن‌ها را به نمایش می‌گذارد. لازم به ذکر است مبردهای بازیابی شده نیز در کپسول‌هایی خاکستری که انتهای آن به رنگ زرد است نگهداری می‌شوند.

نام مبرد

دسته بندی شیمیایی

کاربردهای معمول

R11

CFC

استفاده در چیلرهای گریز از مرکز برای کاربردهای بزرگ

R12

CFC

کاربرد وسیع در سیستم‌های پیستونی و دورانی در مصارف خانگی و صنعتی

R13

CFC

استفاده برای سرمایش با دماهای پایین و قابل استفاده در قسمت فشار پایین سیستم‌های تبرید آبشاری

R13B1

CFC

کاربردهای تبرید دما متوسط و دما پایین در سیکل‌های تراکم دو مرحله‌ای

R22

HCFC

کاربرد وسیع در سیستم‌های خانگی، فروشگاهی و صنعتی

R23

HFC

استفاده در سیستم‌های تبرید دما پایین و قابل استفاده در قسمت فشار پایین سیستم‌های آبشاری

R113

CFC

مورد استفاده در سیستم‌های کوچک با کمپرسور گریز از مرکز

R114

CFC

قابل استفاده در سیستم‌های چیلر با ظرفیت بالا

R123

HCFC

جایگزین R-11 در چیلرهای گریز از مرکز

R124

HCFC

مبرد مناسب برای چیلرهای فشار متوسط، مورد استفاده در سیستم‌های دریایی

R125

HFC

مبرد جایگزین برای کاربردهای دما پایین

R134a

HFC

مبرد دما متوسط، مورد استفاده در صنعت خودروسازی و کاربردهای خانگی، فروشگاهی و صنعتی

R401A

HCFC

جایگزین مناسب برای بیش‌تر سیستم‌های دما متوسط

R401B

HCFC

مورد استفاده در سیستم‌های سرمایش خودروهای حمل و نقل و مصارف خانگی و تجاری

R401C

HCFC

مبرد جایگزین برای سیستم‌های سرمایش متحرک

R402A

HCFC

مناسب برای وسایل حمل و نقل یخچال‌دار و فروشگاه‌ها

R402B

HCFC

مناسب برای وسایل حمل و نقل یخچال‌دار و فروشگاه‌ها

R404A

HCFC

کاربردهای دما متوسط و دما پایین

R406A

HCFC

جایگزین R-12

R407A

HFC

جایگزین R-502

R407B

HFC

جایگزین R-502

R407C

HFC

جایگزین R-22

R410A

HFC

مبرد جایگزین برای سیستم‌های تبرید خانگی

R500

CFC

مورد استفاده در سیستم‌های دارای کمپرسور رفت و برگشتی در مصارف خانگی و صنعتی

R502

CFC

مورد استفاده در یخچال‌ها و فریزرهای فروشگاهی

R503

CFC

استفاده در قسمت فشار پایین سیستم‌های تبرید آبشاری

R507A

HFC

مبرد جایگزین برای سیستم‌های دما پایین تجاری

R717

مبرد طبیعی

مورد استفاده در سیستم‌های رفت و برگشتی بزرگ و سیستم‌های جذبی

مطالب مرتبط

گاز فریون یک نام تجاری برای طبقه ای از مواد شیمیایی که به عنوان یک سردکننده در سیستمهای مطبوع (به عنوان کلروفلوروکربن ها یا سی اف سی میدانند) استفاده می شود.فریون گازی است که در دمای اتاق به صورت گاز ولی وقتی خنک میشود یا فشرده به حالت مایع درمی آید. غير قابل اشتعال بیرنگ و نسبتا بی بو است،بعضی از گازهای فریون یک عطر اتر مانند دارند.

انواع گاز فریون تجاری عبارتند از:

گاز فریون R134a تترافلئوراتان برای اتومبیل
گاز فریون R22 کلئورودی فلئورومتان برای تهویه مطبوع
گاز فریون R410A جایگزینی برای گاز 22 از زمانی که تولیدش در جهان به خاطر آسیب رسانی به اتمسفر قطع شد.

گاز فریون به یک سیستم چرخشی بسته که پیوسته بازیابی میشود اضافه میشود. نشتهای گاز فریون میتوانند از متراکم کننده بیرونی یا در داخل ساختمان زمانی که به متراکم کننده پمپ میشود رخ دهد انجمن ملی تهویه مطبوع در آمریکا توصیه میکنند که سطح مایه خنک کننده سیستم تهویه باید هر سال چک شود.چرا که یک سیستمی که تنها 10% کاهش سطح خنک کنندگی داشته باشد,میتواند باعث افزایش هزینه شما تا 20% به صورت ماهیانه بشود و همچنین ادامه کار سیستم تهویه مطبوع با سطح خنک کنندگی پایین میتواند در نهایت به کمپرسور شما خسارت جبران ناپذیری وارد کند،گاز فریون 4 بار سنگین تر از هوا است و به همین خاطر در موقع نشت سریع به سطح زمین میرسد و به سرعت پراکنده میشود به خاطر نواسانات بالای آن.قانون های فدرال منع ساخته از اضافه کردن گاز فریون به سیستم های دارای نشتی چرا که اول باید نشتی سیستم به نفع لایه ازون برطرف شود و بعد مبرد به سیستم تزریق شود.

مبرد یخچال فریزر و کولر اتومبیل R134 aگاز R134 a جایگزین گاز R12 شده است – فرمول مولکولی: CH2FCF3 – وزن مولکولی: 102/03گازR134 جذب رطوبت بیشتری نسبت به R12 دارد و هرگز نباید کمپرسور های R134 را برای تست کارایی در هوای محیط که رطوبت زیادی دارد بیش از 30 ثانیه روشن کرد ،زیرا رطوبت موجود در هوا جذب روغن کمپرسور می شود ودر سیکل برودت اخلال ایجاد میکند.

گاز مبرد R290 یا پروپان

R290 نام مشترک پروپان با خلوص بالاست.این گاز برای استفاده در صنایع یخچال وکولر های گازی مناسب و جایگزین R22 است

 گاز مبرد R 404 A

گازR 404 جایگزین R12 وR22 و 502R شده استگاز R404 از ترکیب سه گاز حاصل شده است گازهای R12 ، R22 ، R502
لذا موقع شارژ حتما باید بصورت مایع شارژ شودروغن سازگار با آن برخلاف R22 که معدنی هست ،از جنس روغن مصنوعی یا پلی استر می باشدفشار برگشت و فشار رفت این گاز حدودا 20 درصد بیشتر از گاز R22 می باشد

گاز مبرد R 410 A

گازR 410 ازمخلوط دو گازR 32 و گاز R125 که هر کدام 50 % را شامل میشوند تشکیل شده استگاز R410 دارای فشار زیادی است،جایگزین خوبR22 شده استنکته مهم اینکه سیستمی که برای R22 طراحی شده است را نمی توان با R410 شارژ کرد،بدلیل ترکیبی بودن این گاز حتما باید بشکل مایع ، گاز شارژ شود تا ازاختلاف درصد ترکیبی گاز جلوگیری شود،نکته مهم: برای شارژ گازتکمیلی (بر خلاف گاز R407 ) نیاز نیست کل گاز تخلیه شود و دوبار شارژ گاز کامل شود ، بلکه باید فقط بصورت مایع شارژ
گاز تکمیلی شود

 گاز مبرد R 436

ترکیبات این گاز
پروپان 55٫9 درصد (R290 = C3H8) ، ایزوبوتان 44 درصد C4H10این گاز از هوا سنگین تر است. گازهای خانواده 400 حتما بایدمایع شارژ شوند، تادرصد جرمی آن بهم نخورد

گاز R 407 c

این گاز از ترکیب سه گاز تشکیل شده است ، HFC32 =% 23 ، HFC125=% 25 ،HFC134a=%52نکته مهم این گاز این هست که حتماباید مایع شارژ شود و اگر سیستمی که گاز مبرد R 407C دارد و گازآن کم شده است و نشتی داشته حتما تمام گازمانده خالی و دوباره سیستم شارژ شود .رنگ کپسول این گاز ” نارنجی سوخته ” است

 مبرد R401a

این گاز مبرد از ترکیب چند گازمبرد تشکیل شده است و در واقع جایگزین گاز مبرد R12 شده است .از مخلوط و درصد گاز های زیرتشکیل شده استR22 :% 53+R152a:% 13+ R124:% 34 – این گاز باید مایع شارژ شود و روغن سازگار با ان معدنی می باشد

برای انواع مصارف صنعتی و خانگی و تهویه مطبوع و کلیه صنایع تبریدی .از جمله گازهای گازهای رایج فریونیR22,R134a,R11,R141b,R504,R404می باشدکه در مخازن 13.5 الی 2 تنی قابل تامین می باشد در پروسه سرمایش مایع فریون با گرفتن گرما از محیط به گاز تبدیل و باعث سرمایش می شود. از دیگر مبرد های رایج می توان از آمونیاک,CO2, SO2,پروپان نام برد. آمونیاک R717 به مدت 130 سال به عنوان مبرد استفاده می شده است ولی مشکل خورندگی و سمی بودن رادارد.مبردها به غیر از تهویه مطبوع در صنایع دارو سازی,صنایع غذایی,خودروسازی و غیره کاربرد دارد.

مبرد ایدال دارای مشخصات زیر می باشد:

1- غیر خورنده بودن

2-غیر آتشزا بودن

3-غیر سمی بودن

4-دوست محیط زیست

5-نقطه جوش مناسب

6-حرارت تبخیر بالا

7-تراکم ایدال در حالت مایع

8-دما ی بحرانی نسبتا بالا

9-چگالی بالا در حالت گازی