R22 یکی از گازهای فریونی است که بعنوان مبرد نقش در افزایش  راندامان تجهیزات برودتی داشته است. اما این گاز خوب تاثیرات قابل ملاحظه ای در تخریب لایه اوزون و افزایش گرمای زمین داشته است و بخاطر همین امر مهم، دانشمندان به دنبال جایگزین مناسبی برای این گاز  هستند.

تعداد گازهای جایگزین زیاد هستند . انتخاب بهترین آنها بستگی به شرایط  سامانه مورد نظر دارد. آزمایش های اخیر نشان می دهند که گاز R407c یک جایگزین مناسب می باشد.

R22 نام ترکیب کلرو دی فلورو متان می باشد. R22 از خانواده HCFC  می باشد و دارای پتانسیل نسبتا زیادی در تخریب لایه اوزون دارد ، با تمام این محدودیت ها و ممنوعیت ها در اورپا و امریکا متاسفانه ما شاهد استفاده قابل ملاحظه این گاز در تجهیزات تازه تولید در ایران هستیم.

R407c یک گاز مخلوط زئوتروپیک می باشد و از نظر ترمودینامیکی بسیار نزدیک به R22 بوده با این تفاوت که در هنگام تغییر فاز حدود 8 درجه فارنهایت تغییر دما از خود نشان میدهد. این مبرد در حال حاضر یکی از مناسب ترین گزینه برای جایگزینی R22 در سامانه تهویه مطبوع و تبرید است. بالا بودن مقدار دما در هنگام تغییر فاز استفاده از آن به سیستم های DX  و بعضی از چیلرها محدود ساخته است.

همانطور که قبلا  بدان اشاره داشتیم ، زئوتروپ ها به مانند سیالات خالص در دمای ثابتی تبخیر نمی شوند ، بعنوان مثال در مورد تبخیر  گازR407c  محدوده 8 تا 10 وجود دارد. بنابر این در طراحی اواپراتور  برای تقابل با این اختلاف ها می بایست دقت داشت.

بعنوان مثال در پمپ های گرمائی با منشاء آبی باید به گونه طراحی شوند که این محدوده دمایی موجب یخ زن آب در اواپراتور نشود. در این موارد شاید بتوان با تعویض سنسوهای سوپر هیت (فوق داغ) یا سابکول (مادون سرد)  بر این مشکل فائق آمد.

 شرایط گستره و محدودیت گرمائی در کندانسوره نیر موجب خواهد شد تا سابکول در آن ناکافی باشد در چنین مواردی احتمال ناپایداری عملکرد شیر انبساط وجود خواهد داشت. در چنین  مواردی  می توان با تنظیمات کارکرد  مرحله ای فن ها کندانسور با این  مشکل مقابل کرد ( در مقابل با تنظیمات R22 ) تا تفاوت دما و فشار های ایجاد شده در کندانسور بر اثر محدودیت های دمای جبران شود.

پمپ های گرمائی هوای، نیز به همین دلیل  طرح های یخ زدگی و برفک زدائی آنها نیز متفاوت خواهند بود و می بایست در آن تغییراتی داد.  لذا در سیکل های برفک زدائی باید با دقت مورد بررسی دقیق قرار  داد، و در اکثر موارد تغییر دادن سنسورهای برفک زدائی و منطقه کارکرد سیکل برفک زدائی امری ضروری خواهد بود.

مبرد R410A ترکیبی دوتایی و تقریبا زئوتروپیک از مبردها R32 و R125  با نسبت جرمی پنجاه پنجاه است. این مبرد ترکیبی در مقایسه R22 در فشار بالاتری کار می کند ( تقریبا 50 % بالاتر) .فشار چگالش مبرد R22 در دمای100 درجه فرنهایت ( 8/37 سانتیگراد) برابر با psi   196 است در حالی که در مورد R410A  این فشار به psi 336  می رسد، به همین دلیل شاید مبرد R410A جایگزین مناسبی برای R22 بنظر نرسد. سئوال اینجاست پس چرا ای مبرد جزوه مبردهای با شانس پتانسیل بالا برای جایگرینی معرفی می شود? مهمترین علت آن برخوداری از خصوصیات بسیار به نزدیک آزئوتروپ ها می باشد که خطر تجزیه را از بین می برد. آزئوتروپ ها در شیمی به ترکیبات همجوش اطاق می شود. مزیت دیگر این مبرد ، کوچک تر شدن تجهیزات برودتی است . اگرچه صرفه جویی حاصل از کوچکتر ساختن تجهیزات تهویه مطبوع شاید در برابر نیاز به مواد مستحکم تر و ضخیم تر می شود .

روغن های معدنی حلالیت خوبی در مبرد های CFC  دارند.اما طبق تحقیقات و نظریه شرکت های تولید کننده ، مبرد های HCFC و HFC خوب در روغن های معدنی حل نمی شوند. نتیجه این خصوصیت نشان می دهد که این گاز ها باعث عدم حرکت روغن در سامانه های برودتی می شود  و همین امر باعث ایجاد لختگی و در نهایت گرفتگی در لوله های سامانه خواهد شد .

مبردهای خالص

مبرد های خالص یعنی یک نوع مولکول در ترکیب آنها وجود دارد به همین علت  نقطه جوش و تقطیر آنها هرگز تغییر نمی کنند.مبردهای خالص را می توان  به  سه گروه CFC ، HCFC وHFC طبقه بندی تقسیم کرد. هریک از عناصر هیدروژن، کلر و فلوئور در ترکیب با کربن تاثیر خاصی دارد.اضافه شدن کلر تاثیر مخرب بر لایه ازن یا ODP  را بیشتر می کند و در عین حال نقطه جوش مبرد را افزایش می دهد. اضافه شدن فلوئور موجب افزایش GWP می شود و)در عین حال از سمی بودن مبرد می کاهد. افزایش مقدار هیدروژن هم موجب افزایش قابلیت اشتعال مبرد می شود ولی دوام و طول عمر مبرد در جو را کاهش میدهد که خود نکته مثبتی است.

کلروفلوئوروکربن ها(CFCs)

معروف ترین کلروفلوئوروکربن ها (CFCs)که تا پیش از توافق مونترال کاربرد فراوانی داشتند ، عبارتند از R11 ، R12 ، R115 هستند. این نوع مبرد ترکیبی ازمولکولهای  کلرین، فلوئرن و کربن هستند. این مولکولها در اتمسفرخیلی پایدار و به سادگی تجزیه و از هم جدا  نمی شوند.مولکولهایCFC  نزدیک به 40 سال در کنار یکدیگر قرار می گیرند. حرکت این مولکولها بطرف بالا و بطرف لایه ازن است.همانطور که میدانیم لایه ازن یک لایه محافظتی  زمین از تابش امواج ماوراء بنفش است. یک مولکول از این نوع گاز می توانند  000/100 مولکول ازن را تخریب کنند. در اول ژانویه 1996 بیش از 70 کشور صنعتی قرارداد منع تولید این مبرد را امضاء کردند.

هیدروکلروفلوئورو کربن ها(HCFCs)

از میان هیدروکلروفلوئورو کربن ها ( HCFCs) مبرد R22  از همه رایج تر بوده و کماکان مورد استفاده قرار می گیرد. مولکولهای HCFCs کمتر از مولکولهای CFC پایدارهستند و کمتر لایه ازن را تخریب می کنند. حضور هیدروژن باعث ناپایداری آن در اتمسفر می شود.طبق قراردادی در سال 2010 استفاده از مبردهای HCFCs در دستگاه برودتی جدید ممنوع است و تولید این گاز تا اول ژانویه 2020 برای سرویس و تعمیرات بلامانع است.این ماده  قابلیت های عملکردی بسیار مناسبی برای استفاده در سیستم های تراکمی دارد، اما استفاده از این مبرد نیز بنا به دلایل زیست محیطی کمتر شده و جایگذین  آن را در بسیاری تجهیزات با مبردهای R410A و R407C  شده است. کاربرد این مبرد می بایست  تا سال 2040 در سراسر جهان متوقف گردد.

هیدروفلوئورکربن ها(HFCs)

مبردهای هیدروفلوئورکربن ها(HFCs) به علت عدم تاثیرات مخرب بر لایه ازن ، نسبت به دو گروه پیشین شانس بیشتری برای استفاده در سیستم های برودتی دارند. این مبرد لقب دوستدار  محیط زیست را  برای خود کسب کرده است. EPA تاکید و خواهان  بازیافت تمام مبرد ها ی مخرب لایه ازن از جملهHFCs می باشد. این گروه خود به سه شاخه تقسیم می شوند.

1- فلوئورومتان :

R32 یا دی فلوئورومتان  از این شاخه  جایگزین مناسبی برای R22  و R502 است.

R23 یا تری فلوئورومتان  از این شاخه جایگزین مناسبی برای  R13  وR503 است

2- فلوئورواتان :

مبرد R134a   از این شاخه جایگزین  مناسب برای R12 وتا حدیR22  است

3- فلوئوروپروپان :

R245 از این شاخه جایگزین مناسبی برای R11 است.

مبردهای مخلوط

امروز با توجه به محدودیت های استفاده از مبردها فلوئورکربنی و کاربرد کمپرسورهای جدید مانند اسکرول مبردهای مخلوط که از دو یا چند مبرد تشکیل می شوند رواج بیشتری خواهند یافت.

آزئوتروپیک Azeotropic

مبردهای آزئوترپیک به مبردهای گفته می شود که از ترکیب دو یا چند  مبرد CFC یا  HFC یا HCFC  ساخته می شوند. این مبردها بعد از اختلاط به صورت یک مبرد مستقل با خواص منحصر به فرد تبدیل می شود.  این مبردها با عدد 500 شروع می شوند.  در صد تشکیل دهند عناصر این مبرد در حالت گاز و مایع یکسان است. بدین معنی که مثلا مبردی که در حالت مایع تشکیل از 20% عنصر A و 80% عنصر B  است در حالت گاز نیز همین درصد ها را در خود دارد. یا به عنوان مثال R507 مخلوطی 50% از دو مبرد R125 و R134a است. تولید این نوع مبرد هزینه بر است و مقدار درصدد ترکیبی آن مشخص است. هرگز نسبت به مخلوط  دو مبرد بر اساس درصدد آن اقدام نکنید.

زئوترپیک Zeotropic

مخلوطی از سه نوع مبرد با درصد های مختلف است که ساختارآن شبیه  Azeotropic نیست چرا که بعد از اختلاط در صد  تشکیل دهند عناصر آن در حالت مایع با درصد عناصر در حالت گاز متفاوت است. این مبردها در زمان تغییر فاز دادن (تبخیروتقطیر) فشار و دمای ثابتی ندارند.یعنی نمی توان برای این مبرد ها  دمای اواپرتور و کندانسور ثابتی تعریف کرد. این مبردها یک نقطه Dew Point (گاز) و یک نقطه Bubble Point (مایع) دارند که در جداول ترمودینامیکی خاص  می توان بدست آورد. این نوع مبردها   با عدد 400 شروع می شوند. بعنوان مثال R407A به ترتیب مخلوطی از 25% R32  ،  40% R125  ، 35% R134a  است  و یا R407  نشاتگر مبرد مخلوطی است R32، R125، R134a، به میزان 25،23،و 52 در صد است.این نوع مبرد مخرب لایه ازن نیست .