ضرورت آمیزه‌های مبرد: گذار از CFC/HCFC

آمیزه‌های مبرد (Refrigerant Blends) به ترکیبی از دو یا چند مبرد مختلف اطلاق می‌شود که با هدف دستیابی به خواص ترمودینامیکی یا زیست‌محیطی مطلوب، در یک سیستم تبرید استفاده می‌شوند. تولد این آمیزه‌ها مستقیماً به ضرورت جایگزینی مبردهای منسوخ‌شده مانند R-12 و R22 باز می‌گردد که دارای ODP (پتانسیل تخریب لایه ازن) بالا بودند.

به دلیل پیچیدگی فرمولاسیون، یافتن یک مبرد تک‌جزئی (Single-Component) جدید که تمامی خواص مطلوب (از جمله دمای بحرانی، فشار کاری، نقطه جوش و بازدهی انرژی) را با الزامات Low-GWP و Non-Flammable ترکیب کند، تقریباً ناممکن است. بنابراین، مهندسی آمیزه‌ها به رویکرد غالب تبدیل شد.

طبقه‌بندی ترمودینامیکی: آزئوتروپیک، شبه‌آزئوتروپیک و زئوتروپیک

آمیزه‌ها بر اساس نحوه تغییر فاز (تبخیر یا تقطیر) در دما و فشار ثابت، به سه دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند. درک دقیق این تفاوت‌ها برای فرآیند اورهال کمپرسورها و شارژ صحیح سیستم حیاتی است.

۱. آمیزه‌های آزئوتروپیک (Azeotropic Blends)

این آمیزه‌ها (مانند مبردهای سری R-500، مثل R-500 یا R-507 که یک جایگزین رایج برای R-404A است)، مانند یک مبرد تک‌جزئی عمل می‌کنند. ترکیب فاز مایع و فاز بخار در یک فشار و دمای مشخص، دقیقاً یکسان است. نتیجه این رفتار این است که:

• لغزش دمایی (Glide): صفر است.
• تفکیک اجزا (Fractionation): رخ نمی‌دهد.
• شارژ سیستم: می‌تواند در فاز مایع یا بخار انجام شود، زیرا ترکیب مبرد در هر دو فاز یکسان می‌ماند.

۲. آمیزه‌های شبه‌آزئوتروپیک (Near-Azeotropic Blends)

این آمیزه‌ها (مانند R-410A یا R-404A) دارای لغزش دمایی بسیار کم (معمولاً کمتر از ۱ کلوین) هستند. برای مقاصد عملی، این مبردها اغلب به‌عنوان آزئوتروپیک تلقی می‌شوند، اما از نظر فنی، ترکیب فاز بخار و مایع کاملاً یکسان نیست. با این حال، تأثیر Fractionation در این آمیزه‌ها حداقل است و نیازی به تعویض کامل مبرد پس از نشتی‌های جزئی نیست.

۳. آمیزه‌های زئوتروپیک (Zeotropic Blends)

این آمیزه‌ها (مانند R-407C، R-448A یا R-449A) نقطه جوش متفاوتی برای اجزای تشکیل‌دهنده دارند و مهم‌ترین ویژگی آن‌ها، لغزش دمایی قابل توجه است. این آمیزه‌ها بزرگترین چالش‌های فنی را برای متخصصان تعمیر و اورهال تجهیزات برودتی ایجاد می‌کنند.

لغزش دمایی (Temperature Glide): چالش حیاتی مبردهای Zeotropic

لغزش دمایی یا Glide به تفاوت بین دمای آغاز تبخیر (Dew Point) و دمای پایان تبخیر (Bubble Point) در یک فشار ثابت اشاره دارد. این پدیده ترمودینامیکی در آمیزه‌های Zeotropic، عواقب عمیقی بر طراحی و عملکرد سیستم، به‌ویژه در تجهیزات حساس مانند چمبرهای پایداری و فریزرهای فوق‌سرد دارد.

تأثیر لغزش دمایی بر کارایی سیکل

• اواپراتور (Evaporator): در طول فرآیند تبخیر در یک چمبر یا فریزر فوق‌سرد، دمای مبرد به تدریج افزایش می‌یابد (از Bubble Point تا Dew Point). این لغزش دمایی می‌تواند به تبادل حرارت بهتر بین مبرد و سیال ثانویه (یا هوا) کمک کند، اما اگر تجهیزات به‌درستی طراحی نشده باشد، منجر به عدم یکنواختی دما (Temperature Uniformity) در داخل چمبر می‌شود.
• کندانسور (Condenser): به طور مشابه، دمای مبرد در حین تقطیر کاهش می‌یابد. لغزش دمایی بر محاسبه سابکول (Subcool) و سوپرهیت (Superheat) تأثیر مستقیم می‌گذارد.
• اندازه‌گیری Superheat و Subcool: در مبردهای Zeotropic، سوپرهیت باید از Dew Point اندازه‌گیری شود و سابکول باید از Bubble Point. هرگونه خطای اندازه‌گیری در این مرحله، منجر به تنظیم نادرست شیر انبساط (TXV) و در نهایت، اورهال زودرس کمپرسور به دلیل بازگشت مایع یا سوپرهیت بالا خواهد شد.

تفکیک اجزا (Fractionation) و پیامدهای آن در اورهال و شارژ

Fractionation (یا تفکیک اجزا) پدیده‌ای است که در اثر نشت مبرد در آمیزه‌های Zeotropic رخ می‌دهد. از آنجا که اجزا دارای نقاط جوش متفاوتی هستند، جزء با نقطه جوش پایین‌تر (سبک‌تر) با سرعت بیشتری نشت می‌کند و ترکیب مبرد باقی‌مانده در سیستم را تغییر می‌دهد. این پدیده دارای پیامدهای عملیاتی و ایمنی جدی است.

پروتکل‌های ثامن لب در مواجهه با Fractionation

1. لزوم شارژ در فاز مایع: آمیزه‌های Zeotropic مانند R-407C یا R-448A باید همیشه در فاز مایع شارژ شوند تا اطمینان حاصل شود که ترکیب اصلی (نسبت وزنی اجزا) از کپسول به سیستم منتقل می‌شود. شارژ در فاز بخار باعث تفکیک اجزا در کپسول شده و ترکیب مبرد شارژ شده به سیستم را تغییر می‌دهد.
2. قانون ۱۰۰٪ ریکاوری پس از نشتی: در صورت وقوع نشتی قابل توجه در یک سیستم Zeotropic، تنها راهکار فنی ایمن برای حفظ بازدهی و جلوگیری از آسیب به کمپرسور، ریکاوری کامل مبرد باقیمانده، انجام اورهال (در صورت لزوم)، و شارژ مجدد کامل سیستم با مبرد مایع دست‌اول است. تلاش برای “Topping Off” (اضافه کردن مبرد) در سیستم‌های Zeotropic منجربه تغییر مشخصات ترمودینامیکی و کاهش کارایی چمبرها و چیلرها می‌شود.

نسل اول HFC Blends: R-407C و R-404A

با ورود پروتکل مونترال، نسل اول آمیزه‌های HFC به‌عنوان جایگزین‌های واسط برای R22 و R-502 معرفی شدند. متأسفانه، این مبردها دارای GWP بسیار بالایی هستند و اکنون خودشان در حال انقراض تحت تعدیل کیگالی هستند.

تخصص اورهال در R-407C (نمونه Zeotropic HFC)

R-407C یک نمونه کلاسیک Zeotropic با لغزش دمایی حدود ۵ تا ۷ کلوین است. در چیلرها و چمبرهایی که با R-407C کار می‌کنند، اورهال کمپرسور و لوله‌کشی باید با دقت بیشتری برای مدیریت لغزش دمایی انجام شود. برای مثال، طراحی اواپراتورهای Shell-and-Tube به نحوی که مبرد و آب جریان متقابل (Counter-Flow) داشته باشند، برای بهره‌وری حداکثری از Glide ضروری است.

• لینک داخلی حیاتی: برای درک کامل چالش‌های R-404A و R-410A در زمینه GWP و اورهال فشار بالا، به مقالات تخصصی ما مراجعه کنید: R-404A و پروتکل Retrofit و R-410A و فشار کاری فوق‌العاده بالا.

نسل جدید: آمیزه‌های HFO (R-448A, R-454C) و GWP پایین

به دنبال حکم انقراض HFCها، صنعت به سرعت به سمت ترکیباتی از HFOها (هیدروفلوئوروالفین‌ها) با HFCها (درصد کم) یا مبردهای طبیعی (مانند CO2) روی آورد. این آمیزه‌های جدید، اغلب Zeotropic هستند و دارای رده ایمنی A2L (کم‌اشتعال) می‌باشند که چالش‌های جدیدی را در اورهال و Retrofit ایجاد کرده‌اند.

HFO Blends برای Retrofit (GWP < 1500)

این مبردها که به طور خاص برای جایگزینی مبردهای پر GWP (مانند R-404A و R-410A) طراحی شده‌اند، اکنون تمرکز اصلی ثامن لب در خدمات Retrofit چمبر و فریزر فوق‌سرد می‌باشند:

• R-448A / R-449A: آمیزه‌های Zeotropic که جایگزین مستقیم R-404A هستند. با وجود GWP پایین‌تر (حدود ۱۳۰۰)، این مبردها دارای لغزش دمایی محسوس‌تری نسبت به R-404A هستند که اورهال کمپرسورها را نیازمند کالیبراسیون دقیق TXV می‌کند.
• R-454B / R-454C: جایگزین‌های کلیدی برای R-410A و R22 که فشار کاری مشابهی دارند اما GWP آن‌ها به شدت پایین است. مهم‌ترین نکته در اورهال سیستم‌های حاوی این مبردها، رعایت پروتکل‌های ایمنی A2L (مانند استفاده از کمپرسورها و تجهیزات ضد انفجار در مناطق دارای غلظت بالای گاز) است.

اورهال تخصصی کمپرسورهای Blend-Based در چمبر و فریزر

تخصص ثامن لب در اورهال تجهیزات تبرید صنعتی و آزمایشگاهی بر مدیریت ریسک‌های منحصر به فرد آمیزه‌های مبرد متمرکز است. پروتکل‌های زیر برای به حداقل رساندن خطر Fractionation و آسیب ناشی از رطوبت (در روغن POE) حیاتی هستند:

۱. پروتکل وکیوم (Evacuation Protocol)

وکیوم عمیق برای حذف کامل هوا، رطوبت و اجزای فرّار باقی‌مانده از یک سیستم تعمیر شده (اورهال‌شده) ضروری است. با این حال، در سیستم‌های Zeotropic، این فرآیند باید با دقت بیشتری انجام شود:

• توجه به نقطه جوش اجزا: در طول وکیوم، اجزای مبرد با نقطه جوش پایین‌تر زودتر تبخیر می‌شوند. برای جلوگیری از تغییر ترکیب، باید اطمینان حاصل شود که مبرد موجود کاملاً قبل از وکیوم ریکاوری شده است.
• استفاده از گیج‌های وکیوم دیجیتال: رسیدن به زیر ۵۰۰ میکرون باید با دستگاه‌های دقیق کالیبره‌شده (مطابق با ISO 17025) تأیید شود، زیرا رطوبت باقی‌مانده در روغن POE (که با تمام HFC و HFO blends استفاده می‌شود) منجر به تشکیل اسید و Fail شدن کمپرسور می‌شود.

۲. مدیریت روغن POE و سازگاری با Blends

روغن‌های POE برای آمیزه‌های HFC و HFO/HFC طراحی شده‌اند. اما حساسیت شدید این روغن‌ها به رطوبت، آن را به آسیب‌پذیرترین جزء در طول فرآیند اورهال تبدیل می‌کند:

• زمان‌بندی تعویض: در فرآیند اورهال کمپرسور، تعویض کامل روغن POE با درجه ویسکوزیته و نوع شیمیایی دقیقاً مشابه (مثلاً EMKARATE RL32H) اجباری است. روغن POE نباید بیش از ۱۵ دقیقه در معرض هوای محیط قرار گیرد.
• فیلتراسیون و تست اسیدیته: پس از اورهال و به‌خصوص در صورت سوختگی کمپرسور (Burnout)، استفاده از فیلتر درایرهای اسیدی و انجام تست اسیدیته روغن قبل از راه‌اندازی، تضمین‌کننده حفظ ساختار شیمیایی مبرد و جلوگیری از خوردگی سیم‌پیچ موتور است.

۳. کالیبراسیون TXV (شیر انبساط)

شیرهای انبساط حرارتی (TXV) برای مبردهای Zeotropic باید با دقت بالایی تنظیم شوند تا Superheat صحیح (اندازه‌گیری‌شده از Dew Point) تضمین شود. اگر Superheat بیش از حد پایین باشد، بازگشت مایع به کمپرسور و اگر بیش از حد بالا باشد، راندمان پایین چمبر یا فریزر فوق‌سرد را به دنبال خواهد داشت. در برخی موارد Retrofit به مبردهای جدیدتر با Glide بالاتر، نیاز به تعویض نازل TXV یا حتی خود شیر است.

استانداردهای ثامن لب: مدیریت لغزش دمایی و ISO 17025

هدف نهایی خدمات تعمیر و اورهال ثامن لب، بازگرداندن تجهیزات به بالاترین سطح عملکرد و تضمین انطباق با استانداردهای حساس MIL-STD یا ISO 17025 برای چمبرها و فریزرهای فوق‌سرد است.

تأیید عملکرد در سیستم‌های Blend-Based

1. تست یکنواختی دما (Temperature Uniformity Test): در چمبرها و فریزرهای فوق‌سرد، به ویژه پس از Retrofit به مبردهای Zeotropic (مانند R-448A)، باید با استفاده از سنسورهای کالیبره‌شده (مطابق با الزامات ISO 17025)، نقاط داغ (Hot Spots) و نقاط سرد (Cold Spots) اندازه‌گیری شود تا اطمینان حاصل شود که لغزش دمایی داخلی، بر پایداری دمایی محصول نهایی تأثیر منفی نگذاشته است.
2. ثبت دقیق فشار/دمای Dew Point: کلیه متخصصان ثامن لب موظف به ثبت و گزارش‌دهی فشار/دمای Dew Point و Bubble Point در طول فرآیند شارژ و راه‌اندازی هستند. این دیتا برای آینده‌نگری در فرآیندهای اورهال و تشخیص زودهنگام Fractionation ضروری است.

با تمرکز بر پروتکل‌های دقیق شارژ مایع، وکیوم عمیق و اورهال مکانیکی کمپرسورهای اسکرال و پیستونی، ثامن لب | samen lab تجهیزات تبرید مبتنی بر آمیزه‌های مبرد شما را در برابر پیچیدگی‌های لغزش دمایی و GWP محافظت می‌کند و بالاترین راندمان ممکن را باز می‌گرداند.