نامگذاری و طبقه‌بندی مبردها

منبع: مجله صنعت تاسیسات، شماره پنجم

ترجمه و گردآوری: مهندس بهروز انصاری

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران

برای انتقال حرارت از داخل یک محفظه یا اتاق به خارج احتیاج به یک واسطه است؛ این واسطه را مبرد می‌گوییم. در یک سیستم تبرید مکانیکی عمل گرفتن حرارت با تبخیر مایعی در قسمت تبخیر و پس دادن آن در دستگاه تقطیر صورت می گیرد و این امر باعث تغییر حالت ماده سرمازا از بخار به مایع می‌گردد. برای اینکه مبردی برای استفاده در سیکل تراکمی تبخیری مناسب باشد باید دارای خواص شیمیایی و فیزیکی و ترمودینامیکی ویژه ای باشد که استفاده از آن را مطمئن و اقتصادی سازد.

بعضی از مبردها در گذشته به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفته اند که با پیش آمدن مشکلات جدید در صنعت تبرید کارشناسان این صنعت مجبور به استفاده از مبردهای جدید با خواص بهتری شده اند. شکل ۱ چگونگی مشتق شدن مبردهای سری اتان را نشان می دهد.

شکل 1: مبردهای سری اتان

خصوصیات مواد سرمازا

سیالی که به عنوان سرمازا مورد استفاده قرار میگیرد باید دارای خصوصیات زیر باشد :

سمی نباشد؛
قابل انفجار نباشد؛
اکسید کننده نباشد؛
قابل اشتعال نباشد؛
در صورت نشت به سهولت قابل تشخیص باشد؛
قادر به عمل کردن در فشار کم باشد؛
از نوع گازهای پایدار باشد؛
دارای گرمای نهان متعادلی برای مقدار تبخیر در واحد زمان باشد؛
جابه جایی نسبی آن برای ایجاد مقدار معینی برودت کم باشد؛
دارای کمترین اختلاف بين فشار تقطیر و تبخیر باشد؛
از نظر اقتصادی به صرفه باشد؛
دارای ODP.و GWP پایینی باشد.

شکل ۲ ارتباط بین بعضی از این خصوصیات را نشان داده است.

شکل 2: ارتباط بین سمی بودن و اشتعال و ODP

چگونگی نامگذاری مبردها

توسط انجمن مهندسین تهویه و تبرید و حرارت مرکزی آمریکا (ASHRAE) استانداردی برای نامگذاری مبردها در نظر گرفته شده است که به صورت زیر می‌باشد :

بر اساس این استاندارد حرف R به عنوان مخفف كلمه Refrigrant در اول تمام مبردها آورده می شود و سپس شماره و بعد از حروف کوچک استفاده می شود.

در این استاندارد ابتدا مبردها به سری های مختلفی تقسیم شده اند که عبارتند از :

مبردهای سری متان (سری ۰۰۰)؛
مبردهای سری اتان (سری ۱۰۰)؛
مبردهای سری پروپان (سری ۲۰۰)؛
مبردهای حلقوی (سری ۳۰۰)؛
مبردهای زئوتروپ (3) (سری ۴۰۰)؛
مردهای آزئوتروپ (4) (سری ۵۰۰)؛
مبردهای آلی (سری ۶۰۰)؛
مبردهای غیر آلی (سری ۷۰۰)؛
مبردهای اشباع نشده آلی (سری ۱۰۰۰)؛

برای مبردهای سری متان و اتان و پروپان ساختار ملکولی مبرد مشخص کننده شماره آن می باشد. بدین صورت که شماره سمت راست مجموع تعداد اتم‌های F است و شماره بعدی به ترتیب تعداد اتم‌های H به‌علاوه یک و سومین عدد تعداد اتم‌های کربن منهای یک می‌باشد که به طور مثال در مبردهای سری متان این عدد صفر خواهد بود. شکل‌های ۳ و ۴ نشان دهنده این موضوع هستند.

شکل 3: ملکول R-22

شکل 4: ملکول R-123

برای مشخص کردن تعداد اتم‌های CI مجموع تعداد اتم‌های هیدروژن و فلورین را از مجموع اتم‌های هیدروژن و فلورین و کربن کم می شود. به طور مثال برای ۲۲ – R تعداد اتم‌ها برابر است با :

۲ = تعداد اتمهای F

1 = 1 – 2 = تعداد اتم‌های H

1 = 1 + 0 = تعداد اتم‌های C

1 = ( 1 + 2 ) – ( 1 + 1 + 2 ) = تعداد اتم‌های CI

برای این مبردها حرف بعد از شماره نشان دهنده چگونگی قرار گرفتن اتم‌ها بر روی ملکول‌های کربن است. بدین صورت که ملکول‌های متقارن بدون حرف و ملکول‌های نامتقارن با حرف مشخص می گردند. تقارن به وسیله جمع کردن جرم‌های اتمی بر روی هر کربن و مقایسه آن با کربن دیگر مشخص می‌گردد. با توجه به قرار گرفتن اتم‌ها در یک ملکول نامتقارن چندین اختلاف جرم می‌توان داشت که کمترین آن‌ها را با حروف کوچک a می‌نویسند و بعدی را با حرف کوچک b و به همین ترتیب بقیه حروف را می آورند. شکل‌های ۵ و ۶ نشان دهنده این موضوع خواهند بود.

شکل 5: ملکول‌های R-134 و R-134a

شکل 6: تقارن ملکول R-134a

مبردهای مخلوط را با سری ۴۰۰ و ۵۰۰ شماره گذاری می‌کنند که سری ۴۰۰ شامل مخلوط‌های زئوتروپ و سری ۵۰۰ شامل مخلوط‌های آزئوتروپ می‌باشند. فرق این دو مخلوط در این است که نقطه جوش مبردهای آز ئوتروپ در حین تبخیر در یک فشار ثابت تغییر نمی‌کند در حالی که مخلوط‌های زئوتروپ دارای رنج تغییرات نقطه جوش هستند. به طور کلی رفتار مخلوط‌های آزئوتروپ مثل مبردهای خالص می‌باشد. این دو سری را می‌توان به صورت نام قراردادی آن‌ها یا به صورت بیان ترکیبات با بیان ترکیب درصد جرمی در کنار آن نامگذاری کرد. به طور مثال :

( 55/45 ) a 143-125R یا 507- R

برای مبردهای غیر آلی که در سری ۷۰۰ جای می‌گیرند برای نامگذاری از اضافه کردن جرم ملکولی آن‌ها به عدد ۷۰۰ استفاده می شود که به طور مثال برای آمونیاک می توان نوشت :

717 = ( 1 × 3 + 14 ) + 700 : 177- R

در حالت عمومی هم برای مشخص کردن نوع مبرد از حروف بزرگ استفاده می شود که نشان دهنده وجود کلر و هیدروژن و یا فلوئور در ملکول خواهند بود. بدین صورت که حرف بزرگ C سمت راست برای نشان دادن کربن و حرف C قبل از آن برای نشان دادن کلر و F برای فلوئور و H برای نشان دادن هیدروژن در مبرد به کار می‌روند. به طور مثال :

CFC: CHLORO FLUORO CARBON

HFC: HYDRO FLUORO CARBON

طبقه بندی مواد سرمازا

بر اساس استاندارد ASHRAE مواد سرمازا را از نظر سمی بودن و قابلیت اشتعال به گروه‌های متفاوتی طبقه بندی می کنند که این طبقه بندی به صورت زیر می باشد : استفاده از حروف بزرگ A و B برای اندازه گیری میزان سمیت و استفاده از اعداد 1 و 2 و 3 برای اندازه گیری میزان اشتعال مبردها که در این دسته بندی گروه‌های زیر وجود دارند :

گروه : A مبردهایی که میزان سمیت آن‌ها در غلظت بزرگ تر یا مساوی ppm ۴۰۰ کم است.
گروه : B مبردهایی که میزان سمیت آن‌ها در غلظت کمتر از ppm ۴۰۰ زیاد است.
گروه 1: مبردهایی که قابلیت اشتعال ندارند.
گروه 2 : مبردهایی که تا حدودی قابل اشتعال هستند.
گروه 3 : مبردهای قابل اشتعال

در جدول ۱ این تقسیم بندی آمده است. همچنین در جدول ۲ چند مثال برای این تقسیم بندی ذکر شده است.