مبردها

[EN-EZEL 13039]

تکراری بود حذف شد

[Amin 6457]

مبردها

 

برای انتقال حرارت از داخل یك محفظه یا اتاق به خارج , احتیاج به یك واسطه است. در یك سیستم سرد كننده مكانیكی استاندارد , عمل گرفتن حرارت با تبخیر مایعی در دستگاه تبخیر (Evaporator), و پس دادن آن در دستگاه تقطیر (Condenser) صورت می گیرد و این امر باعث تغییر حالت ماده سرمازا از بخار به مایع می گردد .مایعاتی كه بتوانند به سهولت از مایع به بخار و بالعكس تبدیل شوند به عنوان واسطه انتقال حرارت به كار برده می شوند, زیرا این تغییر حالت باعث تغییر حرارت نیز می گردد .برخی از این مواد سرمازا از مواد دیگر مناسب تر هستند .

 

 

 

خصوصیات مواد سرمازا :

سیالی كه به عنوان ماده سرمازا مورد استفاده قرار می گیرد باید دارای كیفیات زیر باشد:

1- سمی نباشد.

2- قابل انفجار نباشد .

3-اكسید كننده نباشد .

4- قابل اشتعال نباشد .

5- در صورت نشت به سهولت قابل تشخیص باشد

6- محل نشت آن قابل تعیین باشد .

7- قادر به عمل كردن در فشار كم باشد (نقطه جوش پایین) .

8- از نوع گازهای پایدار باشد .

9- قسمت هایی كه در داخل مایع حركت می كند به سهولت قابل روغنكاری باشند.

10- تنفس كردن آن مضر نباشد .

11- دارای گرمای نهان متعادلی برای مقدار تبخیر در واحد زمان باشد .

12- جابجایی نسبی آن برای ایجاد مقدار معینی برودت كم باشد .

13- دارای كمترین اختلاف, بین فشار تبخیر و تقطیر باشد .

ماده سرمازا نباید خورنده باشد (ایجاد زنگ زدگی كند) تا ساختن تمام قطعات سیستم از فلزات معمولی با عمر خدمتی طولانی تر عملی گردد.

مبنای مقایسه مواد سرمازای به كار رفته در صنعت سرد كنندگی , بر اساس حرارت تبخیر 5 درجه فارنهایت و حرارت تقطیر 68 درجه فارنهایت است .

 

شناسایی مواد سرمازا بوسیله شماره گذاری :

روش جدید مشخص كردن مواد سرما زا در صنایع تبرید , شماره گذاری این مواد است . پیش حرف R كه مخفف كلمه REFRIGERANT به معنای سرمازا است نوشته می شود. روش مشخص نمودن شماره ای توسط انجمن مهندسین تهویه ,تبرید و حرارت مركزی آمریكا متداول شده است .

 

طبقه بندی مواد سرما زا :

این مواد بوسیله دو سازمان ملی آمریكایی به نام های :

The national refrigeration safety code

The national board of fire underwriters طبقه بندی شده اند.

 

سازمان اول تمام مایعات سرمازا به سه گروه زیر تقسیم بندی می كند:

گروه اول – بی خطر ترین مواد كه شامل R-500,R-14,R-13,R-502,R-744 R-13BL,R-22,R-30,R-12,R-114,R-21,R-11,R-113 می باشد.

گروه دوم _ مواد سمی و تا حدی قابل اشتعال كه شاملR-717,R-40,R-764, R-1130,R-160,R-611 می باشد.

گروه سوم _ مواد قابل اشتعال كه شامل R-50,R-1150,R-170,R-290-

می باشد.

موسسه NBFU نیز مواد سرمازا را نسبت به درجه سمی بودن آن ها طبقه بندی كرده است كه شامل شش گروه است كه بی خطر ترین آن ها گروه یك است.

 

GROUP 1 CLASS

R-744 Carbon Dioxide 5

R-12 6

R-13B1 Kulene-131 6

R-21 6

R-114 6

R-30 Carrene No. 1 4

R-11 6

R-22 5

R-113 4

R-500 6

R-502 6

R-503 6

R-504 6

R-40 Methylene Chloride 4

 

GROUP 2

R-717 Ammonia 2

R-1130 Dichloroethylene 4

R-160 Ethyl Chloride 4

R-40 Methyl Chloride 4

R-611 Methyl Formate 3

R-764 Sulphur Dioxide 1

 

GROUP 3

R-600 Butane 5

R-170 Ethane 5

R-601 Iso Butane 5

R-290 Propane 5

 

در اینجا به بررسی بعضی از مبردهای متداول می پردازیم

 

22-R (دی كلرودی فلورو متان ) (CCl2F2) :

ماده ای است بیرنگ تقریبا بی بو و در فشار اتمسفر دارای نقطه جوشی معادل 7/21 درجه فارنهایت است . ماده ای غیر سمی و غیر قابل اشتعال است و خورنده نیست , از نظر شیمیایی در حرارت های عملیاتی بی اثر است و از نظر حرارتی تا 1022 درجه پایدار باقی می ماند .

 

12- R :

دارای گرمای نهان نسبتا پایین است و برای مصرف در دستگاه های كوچك تر مناسب می باشد , زیرا گردش مقدار زیادی ماده سرما زا امكان استفاده از مكانیزم های عملیاتی و تنظیم دقیق تر و در عین حال با حساسیت كمتر را میسر می كند . از این مبرد در كمپرسور های پیستونی و دورانی و انواع بزرگ گریز از مركزی استفاده می شود .

این ماده در فشار های سر , و معكوس (پس فشار) كم , ولی مثبت با یك بازدهی حجمی خوب كار می كند , 12- R , در 5 درجه فارنهایت , فشاری معادل 5/26 پوند بر اینچ مربع مطلق , و در 86 درجه فارنهایت دارای فشاری مطلق معادل 8/108 پوند بر اینچ مربع است .

گرمای نهان آن در 5 درجه فارنهایت 2/68 بی-تی- یو است و نشت آن به سهولت و با استفاده از نشت یاب الكترونیكی یا مشعل هالاید مشخص می گردد.

در حرارت صفر درجه مقدار كمی آب در 12-R حل می شود كه نسبت آن بر حسب وزن 6 در ملیون است . مایعی كه تولید می شود تا حدودی بر روی اكثر فلزات معمولی كه در ساختمان دستگاه های سرد كننده استفاده می شود , ایجاد زنگ می كند . اضافه كردن روغن های معدنی هیچگونه اثری در ایجاد رنگ بوسیله مایع ندارد ولی احتمالا كم رنگ شدن مایع به وسیله آب را كاهش می دهد . حساسیت ماده 12-R نسبت به آب در مقایسه با 22-R و 502-R بیشتر است . تا 90 درجه قابل حل شدن در روغن است . در این حرارت روغن شروع به جدا شدن می كند و به علت سبك تر بودن وزن در سطح آن جمع می شود .

به كار بردن 30 پوند از این ماده به ازای هر 1000 فوت مكعب فضای تهویه شده كاملا بی خطر است .

این ماده در سیلندر های به اندازه مختلف عرضه می شود و احتمالا در قوطی های سر بسته و محكم نیز یافت می شود . كد رنگی مخصوص 12- R سفید است .

 

22-R منوكلرودی فلورو متان (CHCLF2) :

22-R یك ماده سرمازای مصنوعی است كه انحصارا برای دستگاه های تبریدی كه درجه تبخیر پایینی دارند ساخته شده است . یكی از موارد استفاده آن در دستگاه های انجماد سریع است كه حرارت آن ها بین 20 تا 40 درجه فارنهایت حفظ می گردد . همچنین در دستگاه های تهویه مطبوع و یخچال های خانگی نیز به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است . 22-R فقط در كمپرسورهای پیستونی به كار گرفته می شوند و فشار عملیاتی آن به نحوی است كه برای نیل به درجات پایین , نیازی به كار كردن در فشار های كمتر از جو نیست . گرمای نهان آن به ازای هر پوند در 5 درجه فارنهایت 21/93 بی-تی-یو است . فشار عادی سر كمپرسور در 86 درجه 82/172 پوند بر اینچ مربع مطلق است .

22-R ماده ای پایدار ,غیر سمی ,بدون اثر اكسید كنندگی , بی آزار و غیر قابل اشتعال است . فشار اواپراتور در 5 درجه فارنهایت 43 پوند بر اینچ مربع است . حلالیت آن در آب 3 برابر 12-R است . بنابراین رطوبت در این ماده باید حداقل باشد .به همین دلیل استفاده از رطوبت گیر و خشك كن در این مورد بیشتر است .

به علت تمایل شدید تر 22-R به آب تعداد بیشتری رطوبت گیر برای خشك كردن آن لازم است. 22-R تا حرارت16درجه فارنهایت در روغن حل می شود وپس از ان روغن شروع به جدا شدن نموده و چون از مایع سبك تر است در سطح آن جمع می شود. وجود نشت را می توان به وسیله ی نشت یاب الكترونیكی و یا مشعل هالاید تیین كرد.

 

مواد سرما زای مخلوط :

همانطور كه از نامشان پیداست , این مواد مخلوطی از دو یا چند ماده ی سرما زا هستند, ولی مانند یك ماده سرما زای واحد عمل می كنند. و چهار نوع متداولتر آنها عبارتند از:

1)R-500 كه مخلوطی است از 8/73 درصد R-12 و 2/26 درصد R-152a

2)R-502 كه مخلوطی است از8/ 48 درصد R-22 و 2/ 51درصد R-115

3) كه مخلوطی است از 1/ 41 درصد R-23 و 9/ 59 درصد R-13

4) كه مخلوطی است از 2/ 48 درصد R-32 و 8/ 51 درصد R-115

این مواد سرما زا موادی ثبت شده هستند كه مراحل تركیب آنها پیچیده است و متصدی سرویس نباید با اختلاط مواد مبرد اقدام به ساختن ماده ای مخصوص بنماید.

 

منبع : mecen.blogfa.com

[Amin 6457]

مبردهاي جايگزين

در بخش پاياني تعدادي از مبردها جايگزين معرفي مي شوند:

R134A

از نظر ايمني در سطح A1 (غيرقابل اشتعال ـ غيرسمي) طبقه بندي مي شود. مقدار ODP آن صفر و GWP آن برابر 1300 است. اين مبرد كانديداي بسيار مناسبي براي استفاده با كمپرسورهاي اسكرو و سانتريفوژ مي باشد. همچنين در كولرهاي اتوموبيلها به طور گسترده استفاده مي شود. به نظر مي رسد اين مبرد جايي بين پروتكل مونترال و كيوتو گرفتار شده است. از نظر پروتكل مونترال به دليل صفر بودن ODP استفاده از آن محدوديتي نداشته و برنامه اي براي توقف مصرف آن وجود ندارد. از طرف ديگر به دليل آنكه GWP آن برابر 1300 است در سبد مبردهاي مورد نظر پروتكل كيوتو قرار دارد. بنابراين لازم است مقدار تخليه آن به جو زمين مطابق برنامه كاهش يابد. در عين حال از نظر پروتكل كيوتو نيز هيچ تاريخي براي توقف استفاده از آن در نظر گرفته نشده است.

جدول 2

R-290 R134a R404A R407C R410A R507

Capacity 85% 67% 106% 95% 141% 109%

Efficiency 99% 100% 93% 98% 100% 94%

Suction Pressure 94% 59% 121% 91% 159% 125%

Dischrge pressure 90% 68% 120% 115% 157% 122%

Glide 0 0 1F 8F 1F 0

 

R407

همانطور كه قبلا گفته شد مخلوط زئوتروپيك از 134a ، 125 و HFC-32 مي باشد. از نظر خواص ترموديناميكي بسيار نزديك به R22 بوده با اين تفاوت كه در هنگام تغيير فاز حدود 8 درجه فارنهايت تغيير دما مي دهد. اين مبرد مناسبترين گزينه براي جايگزيني R22 در سيستمهاي در حال كار موجود است. در سيستمهاي جديد نيز به طور محدود مورد استفاده قرار مي گيرد. بالا بودن مقدار تغيير دما در هنگام تغيير فاز استفاده از آن را به سيستمهاي DX و بعضي چيلرها محدود كرده است.

R410A

نظير R407C مخلوطي زئوتروپيك از 125 و HFC-32 مي باشد. مقدار تغيير دما در هنگام تغيير فاز آن حدود 1 درجه فارنهايت بوده و دبي حجمي بسيار كم (CFM/TON5/1) دارد. از اين مبرد نمي توان در سيستمهاي موجود در حال كار استفاده كرد چرا كه فشار كار آن حدود 60 درصد و ظرفيت آن حدود 40 درصد از سيستم مشابه با R22 بيشتر است. به دليل بالا بودن فشار كار استفاده از آن در مناطق بسيار گرم محدود است. همچنين براي استفاده از آن بايد ادوات تبريدينظير شيرآلات فيلتر دراير، سايت گلاس و غيره براي كار در اين فشار ساخته شده باشند. جدول 2 مقايسه اي اجتمالي از برخي جايگزين هاي R22 است.

از چه موادي مي توان براي جايگزيني CFC ها استفاده نمود؟

جايگزين هاي مهم مبردهاي CFC در جدول 1 عنوان شده اند. آزمايشهاي بسياري بر روي اين سه گروه مبرد جايگزين انجام گرفته و همه آنها در سطح جهاني در دسترس قرار دارند.

جدول 1

Exisiting Alternative

CFC-11 GCFC-123

CFC-12 HFC-134a

HCFC-22 HCFC-22/410A/407C

 

آيا مبردهاي جايگزين ايمن هستند؟

صنايع تهويه مطبوع و تبريد امروزه به پيشرفتهاي شايان توجهي از لحاظ ايمني و مبردهاي جايگزين دست يافته اند.ايمني كاربردي اين مبردها در اوايل دهه نود ميلادي توسط بسياري از كارشناسان و اهل فن مورد پرسش قرار مي گرفت اما امروزه پس از سالها تجربه و آزمايش مشخص شده كه مبردهاي جايگزين حداقل براي صنايع تهويه مطبوع و تبريد به اندازه مبردهاي قديمي ايمن و مطمئن هستند. البته شايد در اينجا لازم باشد كه منظور و مفهوم «ايمن بودن مبردهاي جايگزين» تعريف و تشريح گردد. كليه سازمانها و مجامع فني و مهندسي بين المللي (مانند ASHRAE، ARI، U.S. EPA، آژانس هاي منطقه اي و سازمان هايي كه در تدوين مقررات بين المللي استفاده از مبردها دخيل بوده اند) دو معيار كلي را براي تضمين ايمني استفاده از كليه مبردهاي سنتي و مبردهاي جايگزين مطرح مي سازند:

1- روالهايي ايمن جهت نقل و انتقال مبردها وجود داشته باشد؛

2- موتورخانه هايي كه تجهيزات داراي مبرد در آنها قرار داده مي شوند بايد كاملا با شرايط استاندارد ASHRAE 15-1994 تطابق و همخواني داشته باشند. البته اين معيار بيشتر براي موتورخانه هايي مطرح مي شود كه داراي چيلرهاي بزرگ هستند.

اين معيارها به قدري سهل و ممتنع به نظر مي رسند كه شايد سوال كنيد اصولا چه مشكلي وجود داشته است به خصوص براي مبردهايي مانند HCFC-123 يا HFC-134a حيوانات آزمايشگاهي پس ازاين كه در تمام طول عمر خود در معرض غلظتهاي بسيار زياد مبردهاي HCFC-123 يا HFC-134a قرار گرفتند، در مراحل پاياني عمر خود، درصد ابتلاي بالاتري به تومورهاي خوش خيم نشان دادند. البته ما وقتي عبارت «تومور خوش خيم» را مي شنويم سريعا بر بخش «تومور» آن تكيه كرده و به ياد «سرطان» مي افتيم در صورتي كه اصلا چنين چيزي حقيقت ندارد. خوش خيم به مفهوم غيرسرطاني و غيرخطرناك به كار مي رود و اين خبر خوشي براي صنايع تهويه مطبوع و تبريد است. از سوي ديگر، تومورهاي كشف شده تنها مختص جانوران آزمايشگاهي بوده و ارتباطي با انسان ندارند. دكتر ويليام براك متخصص ارشد زهرشناسي در كارخانجات دوپونت در شماره آگوست 1997 نشريه Building Operation Management اعلام داشت: «تومورهاي ناشي از GCFC-123 ارتباطي با انسان نداشته و در او ايجاد نمي شوند. «شركت ياد شده كه يكي از پيشگامان توليدمبردهاي جايگزين در جهان است بر همين اساس «حد مجاز در معرض قرارگيري» (AEL) انسان در برابر HCFC-123 را به ppm50 افزايش داد. البته شركت دوپونت غير از اين به توصيه هاي منتشر شده انجمن متخصصان بهداشت صنعتي آمريكا كه گروهي كاملا مستقل است مبني بر تعيين «حد در معرض قرارگيري در محيط كار» (WEEL) مبرد HCFC-123 به ميزان ppm50 نيز اتكا دارد. اهميت اين تصميم زماني مشخص مي شود كه بدانيم AEL براي مبرد مذكور تنها ppm10 بوده است. اين رقم با انجام آزمايشاتي ابتدا به ppm30 و اينك به ppm50 افزايش داده شده است .

البته با تحقيقاتي كه در بيش از بيست هزار موتورخانه انجام شد، مشخص گرديد كه تجهيزات تنها ppm5/0 از مبرد را در فضاي موتورخانه منتشر مي سازند. به عبارتي ميزان واقعي در معرض قرارگيري HCFC-123 كمتر از يكصدم ميزان مجاز است. اينها همه اخبار مثبتي هستند اما نبايد باعث شوند تا مهم ترين نكته را فراموش كنيم؛ كليه آمار و ارقامي كه عنوان شد بر مبناي در معرض قرارگيري در طول عمر تهيه شده اند و چنين شرايطي شايد تنها براي كارگراني كه در كارخانجات مواد شيميايي كار مي كنند مصداق عيني داشته باشند و مسلما براي صنايع تهويه مطبوع و تبريد چندان مهم تلقي نمي شوند. يك تكنسين و يا مسئول راهبري تجهيزات تهويه مطبوع و تبريد هرگز به طور كامل و در تمام عمر خود در معرض مبردها قرار نمي گيرد چون اصولا آنقدر مبرد در تجهيزاتي كه با آنها كار مي كند وجود ندارد كه براي در معرض قرار دادن كل دوره عمر با مقدار مجاز مشخص شده AEL كافي باشد. بنابراين عامل مهمي براي صنايع تهويه مطبوع و تبريد در معرض قرارگيري طولاني مدت نيست بلكه دقيقا برعكس، در معرض قرارگيري كوتاه مدت اهميت بيشتري دارد. اگر يك تكنسين و يا مسئول راهبري طبق مقررات موجود كار كند، در حين بازيابي مبردها هرگز بيش از پنج دقيقه در معرض مبرد قرار نمي گيرد. مبردهاي جايگزين از اين منظر كمتر از مبردهايي كه جايگزين آنها مي شوند خطرناك هستند. اين موضوع در مدارك و مستندات صنعتي و بين المللي فراوان به كرات مورد تاييد قرار گرفته است.

همانطور كه در جدول 2 ملاحظه مي كنيد، نشانه هاي اصلي در معرض قرارگيري كوتاه مدت به سه گروه عمده زير تقسيم مي شوند:

• اثرات بيهوش كنندگي؛

• LC50؛

• ايجاد حساسيت هاي قلبي؛

مبرد HCFC-123 در كليه موارد نتايج بسيار بهتري از CFC-11 كه قرار است با آن جايگزين شود، به دست مي دهد.

اثرات بيهوش كنندگي به قدرت ماده در ايجاد حالت رخوت و خواب آلودگي در جانوران آزمايشگاهي اطلاق مي گردد.

غلظت بيهوش كنندگي ده دقيقه قرار گرفتن در معرض HCFC-123 ده درصد بيشتر (سمي بودن كمتر) از مبرد CFC-11 است.

LC50 معرف غلظت كشنده اي است كه در آن 50 درصد از حيوانات آزمايشگاهي پس از مدت زمان مشخصي از بين مي روند كه در اين حالت خاص معادل 40 ساعت در نظر گرفته شده است. مقدار LC50 مبرد HCFC-123 حدودا 25 درصد بالاتر (سمي بودن كمتر) از CFC-11 است.

جدول 2

High Pressure Low Pressure

HFC-134a HCF-22 HCFC-123 CFC-11 Acute

205,000ppm(4hr) 140,000ppm 40,000ppm (10min) 35.000ppm(10min) Anesthetic Effect

>500,000ppm >300,000ppm 32,000ppm 26,000ppm LC50(40hr)

75,000ppm 50,000ppm 20,000ppm 5,000ppm Cardiac Sensitization

74psing pressure (gas) 126psig pressure (gas) 5.6Hgvacuum (liquid) 1.5 Hg vacuum (liquid) Pressure at 72 F

Definition of ppm parts per million

 

ايجاد حساسيتهاي قلبي:

از هر سه متخصص بهداشت صنعتي، يك نفر معتقد است كه حساسيتهاي قلبي كه موجب بروز آريتمي قلب در شرايط پر استرس مي شود، مهم ترين عامل از ميان سه عامل ذكر شده مي باشد. خطر ايجاد حساسيتهاي قلبي توسط HCFC-123 به نسبت CFC-11 چهار برابر كمتر است. حال اگر اين ارقام را با مبرد HFC-134a مقايسه كنيم به نتايج بهتري مي رسيم بدين معني كه خطر HFC-134a از اين لحاظ در كوتاه مدت حتي از HCFC-123 هم كمتر است.

البته يك نكته مهم رانبايد از نظر دو داشت؛ مبرد HCFC-123 اساس يك مبرد كم فشار است در حالي كه مبرد HFC-134a پر فشار است. بين معني كه اگر در سيستم ها و تجهيزاتي كه از HCFC-123 استفاده مي كنند، سوراخ شدگي ايجاد شود به جاي اين كه مبرد به بيرون نشت نمايد، معمولا هوا به درون سيستم رخنه مي كند در حالي كه در سيستمهاي مبتني بر HFC-134a، مبرد با فشار بيرون خواهد آمد. به عنوان مثال چيلري با ظرفيت 500 تن برودتي را در نظر بگيريد كه از مبرد HFC-134a استفاده مي كند. چنين چيلري معمولا بين سه تا پنج پوند مبرد به ازاي هر تن برودتي خواهد داشت؛

پس 1500 پوند مبرد در اين چيلر وجود دارد. اين مقدار مبرد مي تواند ظرف مدتي كمتر از هفت دقيقه از سوراخي به اندازه اينچ بيرون آمده و بدون وجود هيچگونه تهويه مكانيكي، فضايي به ابعاد 25 در 30 در 7 فوت را با غلظت ppm1000000 اشغال كند. پس اگر زمان مورد نياز براي رسيدن به غلظت يك ميليون واحد در يك ميليون كمتر از هفت دقيقه باشد، رسيدن به حد مجاز اعلام شده هفتاد و پنج هزار واحد در يك ميليون به چه مقدار زمان احتياج خواهد داشت؟ بسيار كم؛ به همين دليل تهويه مكانيكي كليه مبردها اهميت فراواني دارد.

جدول 3

Traditional Second

Generation “Potential”

Third Generation

Low Pressure CFC-11 HCFC-123 HFC-245a

Medium Pressure CFC-12 HFC-134a HFC-152a

High Pressure HCFC-22 HCFC-22 407C/410A

 

آينده مبردهاي نسل سوم چگونه خواهد بود؟

تا اينجا تنها از مبردهاي نسل اول و دوم سخن گفتيم. اينك نوبت بررسي وضعيت مبردهاي نسل سوم است. در جدول 3 مبردهاي سنتي، مبردهاي جايگزين نسل دوم و مبردهاي جايگزين نسل سوم معرفي شده اند. اين جدول سوالاتي را برمي انگيزد:

آيا HFC-245ca و يا HFC-245fa جايگزين HCFC-123 شده و HFC-152a جايگزين HFC-134a خواهد شد؟ و اگر پاسخ مثبت است، اين اتفاق چه زماني روي خواهد داد؟ آيا HCFC-22 كماكان مبردي پرفشار و قابل استفاده باقي مي ماند؟ مبردهاي 407C و 410A كدامند و اين اعداد و ارقام به چه معني مي باشند؟

همانطور كه در جدول 4 ملاحظه مي كنيد، ان گروه از مبردهاي نسل سوم كه به دليل برخورداري از مشخصات فيزيكي مطلوب براي جايگزيني ترجيح داده مي شوند يعني HFC-245ca، HFC-245fa و HFC-152a با ذكر برخي از فاكتورهاي وابسته نشان داده شده اند. در اين جدول به خوبي مشخص شده است كه ميزان ODP (پتانسيل تخريب لايه ازن) مبرد HCFC-123 برابر 014/0 است در حالي كه اين مقدار براي مبردهاي نسل سوم صفر مي باشد. علاوه بر اين، مقدار GWP يا «پتانسيل دخالت در گرم شدن كره زمين» براي مبرد HFC-152a تقريبا نه با ركمتر از HFC-134a است (140 در برابر 1300). پس شايد در نگاه اول اين مبردهاي نسل سوم برتري هاي غيرقابل انكاري داشته باشند. اما اين مبردها چه موقع در بازارهاي فروش عرضه خواهند شد؟ هيچكس نمي تواند از آينده خبر دهد ولي پاسخ اين سوال به احتمال بسيار زياد «هيچوقت» خواهد بود.مبردهاي HFC-245ca HFC-152a با شيوه هاي تست امروزي جزو مبردهاي قابل اشتعال كلاس 2 طبقه بندي مي شوند كه بر اساس مقررات و استانداردهاي فني و مهندسي نيازمند ساختار ويژه مخازن و تجهيزات استفاده كننده و نيز طراحي هاي خاص موتورخانه هاي دربرگيرنده اين دسته تجهيزات هستند. علاوه بر اين، بسياري از شركتهاي شيميايي، سازندگان تجهيزات تهويه مطبوع و مصرف كنندگان نهايي حاضر نخواهند بود كه مخاطرات استفاده از مبردهاي قابل اشتعال را بپذيرند. بنابراين تصور نمي شود كه اين مبردها جايگزين مبردهاي نسل دوم شوند.از سوي ديگر، مبرد HFC-245fa در ظرفيتهاي بالاتر ـ معمولا بين 1250 تا 2500 تن برودتي ـ مبردي مناسب و كم فشار است كه برخلاف مبرد HFC-245ca قابل اشتعال نيست. البته اين مبرد به مقتضيات خاص فشار كاركرد نيازمند رعايت استانداردهاي ASME براي مخازن تحت فشار است. در مورد مبرد HCFC-123 بايد گفت كه مسئله به متعادل سازي پارامترها باز مي گردد و اين آيا مبرد HFC-245fa در مجموعه از لحاظ زيست محيطي برتري دارد يا خير. مقدار ODP مبرد HFC-0245fa برابر صفر است اما GWP آن نه برابر بيشتر از HCFC-123 مي باشد. از آنجا كه راندمان چيلرها تاثيري بسيار مهم بر توليد گازهاي گلخانه اي دارد، استفاده از HFC-245fa شايد در مقايسه با HCFC-123 موجب شود كه مقدار بيشتري از گازهاي دي اكسيد كربن، اكسيد گوگرد و اكسيدهاي نيتروژن به جو راه يابند.

 

 

 

 

جدول 4

Atmospheric

Lifetime ODP GWP Theoretical

Efficiency

HCFC-123 1.4 .014 90 7.43 COP

HFC-245ca 7 0 560 7.40

HFC-245fa 8 0 820 7.31

HFC-134a 15 0 1300 6.94

HFC-152a 1.5 0 140 7.20

در مجموع مي توان گفت كه كليه نشانه ها حاكي از آنند كه مبردهاي مقبول و جا افتاده صنعت تهويه مطبوع و تبريد جهت جايگزيني مبردهاي CFC در چيلرها و سردخانه هاي كم فشار و فشار متوسط به ترتيب عبارت خواهند بو از HCFC-123 و HFC-134a

آيا HCFC-22 كماكان مبردي پر فشار و قابل استفاده باقي مي ماند؟

بله! كاملا؛ توليد مبرد HCFC-22 تا قبل از سال 2020 يعني حدود 16 سال ديگر به طور كامل ممنوع نخواهد شد و پس از آن تاريخ نيز مبرد HCFC-22 تا پنج الي ده سال بعد از طريق بازيابي در دسترس خواهد بود. توجه داشته باشيد كه بخش اعظم مبرد HCFC-22 كماكان مبردي در دسترس و قابل استفاده خواهد بود. البته برخي از كشورهاي اروپايي تصميم دارند تا روند قطع توليد و منع استفاده از HCFC-22 شتاب بيشتري بگيرد اما آمريكا (سازمان هاي EPA، ASHRAE و ARI)، استراليا، ژاپن، كانادا و تعداد فراواني از كشورهاي در حال توسعه درخواست نموده اند تا تجديد نظري درباره تاريخ منع استفاده و توليد صورت گيرد تا روند كنار گذاشتن مبردهاي CFC با موفقيت عملي شود. اين موضوع در توافق نامه هاي مونرال و وين منعكس شده است.در تجهيزات تهويه مطبوعي كه مبرد در داخل لوله ها حركت مي كند، مانند تجهيزات خانگي و يكپارچه، صنايع در حال بررسي و يافتن مبردهاي جايگزين هستند.

 

 

مبردهاي C407 و A410:

انستيتو تهويه مطبوع و تبريد يا ARI در سال 1991 برنامه اي تحت عنوان «برنامه ارزيابي جايگزين» يا AREP را آغاز نمود تا جايگزين ها پيشنهاد شده براي مشهورترين مبرد جهان يعني HCFC-22 را بررسي نمايد. همانطور كه در جدول 5 ملاحظه مي شود، مجموعها 18 مبرد جايگزين با توجه به خصوصيات راندمان، ظرفيت، تطابق پذيري با مواد، قابليت اشتعال و ايمني در نظر گرفته شده اند. در حال حاضر دو مبرد بسيار عالي براي جايگزيني HCFC-22 درتجهيزات تهويه مطبوع مخصوص تامين آسايش كانديد شده اند. اين مبردها را نه با تركيب شيميايي بلكه با علائم اختصاري مصوب ASHRAE معرفي مي كنند: 407C و 410A.

مبرد R-407C يك تركيب سه گانه زئوتروپيك از مبردهاي HFC-32، HFC-125، HFC-134a با نسبتهاي جرمي 23 ، 25 و 52 درصد مي باشد. مقدار ODP اين مبرد صفر و مقدار GWP آن 1700 است و تحت نامهاي تجاري مختلفي چون SUVA-9000 (شركت دوپونت)، Alied Signal Genetron 407C و ICI Klea 66 در بازار موجود است. اما چرا از اين مواد شيميايي خاص با چنين نسبت تركيبي استفاده شده است؟ چون كه تركيب اين سه ماده شيميايي با نسبتهاي مذكور تشكيل ماده اي غيرقابل اشتعال را مي دهد كه يك كپي با دقت بالا از خصوصيات فشار، ظرفيت و راندمان مبرد HCFC-22 است.

براي اين كه به ميزان نزديكي خواص اين مبرد با HCFC-22 پي ببريد به پروژه اي اشاره مي كنيم كه در سال 1995 بر يك چيلر سقفي چهار تني شركت Trane اجرا شد. اين چيلر كه براي مبرد HCFC-22 طراحي شده بود با مبرد SUVA-9000 (مبرد 407C ساخت شركت دو پونت) شارژ گرديد و راندمان و ظرفيت آن به ترتيب 101 و 97 درصد حالت قبل يعني با مبرد HCFC-22 گزارش شد.

موضوع بسيار مهم ديگر اين است كه آب بندها و واشرهاي قديمي با اين ماده HFC تركيبي كاملا سازگاري دارند؛ بدين ترتيب در صورت جايگزيني مبرد R-407C به جاي HCFC-22 هيچگونه نيازي به تغيير و يا تعويض آب بندها، واشرها يا موتور هرمتيك و بسته تجهيزات وجود نخواهد داشت مگر اين كه بر اثر فرسودگي طبيعي و يا مقاصد نگهداري چنين كاري ضروري باشد. البته عوض كردن روغن به كار رفته در سيستم لازم است و بايد به جاي روغنهاي با پايه معدني از روغنها و روان سازهاي مبتني بر پلي استر يا به اصطلاح POE استفاده نمود. طراحي بسياري از تجهيزات تهويه مطبوع به گونه اي است كه براي تعويض روغن كمپرسور آنها بايد كمپرسور را از جا بيرون آورده و آن را برگرداند تا روغنهاي موجود در آن خارج شوند.

علاوه بر اين، لازم است كه روال جايگزيني در هر كاربرد و بر اساس شرايط آن مورد ارزيابي قرار گيرد. مثالهاي زير در اين زمينه كاملا گويا مي باشند:

• در برخي از طراحي هاي رايج كمپرسورها، سيستم از اين مسئله كه روغنهاي معدني در داخل كمپرسور كف مي كنند بهره برداري مي كند. اين كف كردن روغن كه در اصطلاح روانكاري پاششي و يا مه سان شدن روغن ناميده مي شود براي روانسازي اجزايي چون پينهاي پيستون مورد استفاده قرار مي گيرد. روغنهاي گروه POE متاسفانه چنين خاصيتي ندارند و به همين دليل بايد كمپرسورهاي انتخاب شده را به دقت مورد بررسي قرار داد تا توان كار كردن با مبردهاي HFC و روغنهاي POE را داشته باشند.

جدول 5

HFC-134a R-125/143a (45/55)

Propane (R-290) R-23/32/134a (1.5/20/78.5)

Ammonia (R-717) R-23/32/134a (1.5/27/71.5)

R-32/125 (50/50)- 410A R-23/32/134a (2/29.4/68.6)

R-32/125 (60/40) R-23/125/134a (10/70/20)

R-32/134a(20/80) R-23/125/134a (23/25/52)-407C

R-32/134a (25/75) R-23/125/134a (24/16/60)

R-32/134a (30/70) R-23/125/134a (25/20/55)

R-32/134a (40/60) R-23/125/134a (30/10/60)

NOTES: Refrigerants are not listed in any particular ranking order.

Compositions are nominal and do not include deviations of charged or circulating compositions from nominal. All refrigerant components are HFC’s except R-290and R-717.

• مبرد 407C يك ماده زئوتروپ است. زئوتروپها به مانند سيالات خالص در دماي ثابتي تبخير نمي شوند و براي تبخير 407C محدوده 8 تا 10 درجه اي وجود دارد. بنابراين طراحي اواپراتورها بايد براي تقابل با اين اختلافها صورت گيرد. به عنوان مثال پمپهاي گرمايي با منشا آبي بايد به گونه اي طراحي شوند كه اين «محدوده» دمايي موجب يخ زدن آب در اواپراتور نشود. البته شايد سنسورهاي سوپرهيت (فوق داغ) يا ساب كول (مادون سرد) دستگاه ها نيز به منظور تقابل با شرايط متفاوت خروجي و ورودي اواپراتور و كندانسور نياز به تعويض داشته باشند. شرايط گستره و محدوده دمايي در كندانسور موجب خواهد شد تا ساب كول در آن ناكافي باشد و در چنين مواردي احتمال ناپايداري عملكرد شير انبساط وجود خواهد داشت. تنظيمات كاركرد مرحله اي فنهاي كندانسورها در تجهيزات هوا خنك بايد تغيير كنند (در مقايسه با تنظيمات HFCF-22) تا تفاوت دما و فشارهاي ايجاد شده در كندانسورها بر اثر محدوده دمايي را جبران نمايند.

• پمپهاي گرمايي هوا ـ هوا نيز به همين دليل طرح هاي يخ زدگي و برفك زدايي متفاوتي خواهند داشت. سيكلهاي برفك زدايي بايد با دقت مورد سنجش قرار گيرند و در اكثر موارد، تغيير دادن سنسور برفك زدايي و منطقه كاركرد سيكل برفك زدايي ضروري خواهد بود.

موارد مذكور چند نمونه از ضرورت آزمايش و بررسي دقيق شرايط كاربردها در زمان تعويض مبردها مي باشند. اما در نهايت مي توان گفت كه مبرد R-407C خصوصيات بسيار مطلوب و منحصر به فردي دارد.

مبرد 410A تركيبي دو تايي و تقريبا زئوتروپيك از مبردهاي HFC-32 و 125 با نسبت جرمي پنجاه پنجاه است. از نمونه عناوين تجاري اين مبرد مي توان به AZ20 شركت AlliedSignal و يا SUVA شركت دوپونت اشاره نمود. اين مبرد تركيبي در مقايسه با HCFC-22 در فشار بالاتري كار مي كند (تقريبا 50% بالاتر). فشار چگالش مبرد HCFC-22 در دماي يكصد درجه فارنهايت برابر psi196 است در حالي كه در مورد 410A اين فشار به psi336 مي رسد. به همين دليل شايد مبرد 410A جايگزين مستقيم براي HCFC-22 به نظر نرسد. پس چرا اين مبرد جزو مبردهاي با شانس و پتانسيل بالا براي جايگزيني HCFC-22 به نظر نرسد. پس چرا اين مبرد جزو مبردهاي با شانس پتانسيل بالا براي جايگزيني HCFC-22 معرفي مي شود؟ مهم ترين علت آن برخورداري از خصوصيات بسيار نزديك به آزئوتروپها مي باشد كه خطر تجزيه را از بين مي برد. آزئوتروپها در شيمي به تركيبات همجوش اطلاق مي گردد. مزيت ديگري كه استفاده از اين مبرد در بر خواهد داشت اين است كه مي توان اندازه تجهيزات و دستگاه ها را به دليل افزايش فشار، كوچك تر ساخت. اگرچه صرفه جويي حاصل از كوچك تر ساختن تجهيزات تهويه مطبوع شايد در برابر نياز به مواد مستحكم تر و ضخيم تر در بخشهايي از سيستم رنگ ببازد ولي در هر حال، صنايع مجبور نخواهند بود كه طراحي هاي خود را كلا عوض كنند. آنها بايد سيستم توليد خود را تصحيح كنند تا طراحي هاي جديد وارد خطوط توليد شوند اما همين كار به سرماي گذاري قابل توجهي نياز دارد.

برنده نهايي كدام مبرد خواهد بود؛ 407C يا 410A؟ و در چه تناژهايي؟ به نظر مي رسد كه نتوان يك مبرد واحد مناسب براي كليه كاربردها يافت ولي با توجه به تجربيات عملي و نتايج تحقيقات مي توان گفت كه مبرد HCFC-123 براي كاربردهاي كم فشار، مبرد HFC-134a براي كاربردهاي فشار متوسط و مبرد HCFC-22 براي كاربردهاي پر فشار به كار برده شده و مبردهاي مدرن 407C و 410A نيز به عنوان جايگزين هاي مطمئن HCGC-22 مورد استفاده قرار مي گيرند. تك تك اين مبردها در بزرگترين و مهم ترين چالش پيش روي صنعت تهويه مطبوع و تبريد جهان نقش اساسي ايفا مي كنند؛ گذار و فاصله گرفتن از مبردهاي گروه CFC.

جمع بندي

از آنجا كه مبردها به طور مستقيم و غيرمستقيم بر روي محيط زيست تاثير مي گذارند همواره پارامتر مهمي در تصميم گيري پروژه هاي تهويه مطبوع و سرمايش هستند. اگرچه مبردها عامل تنها 3 تا 4 درصد تغييرات آب و هوايي زمين به طور مستقيم مي باشند اما چون سيستمهاي سرمايش مصرف كنندگان عمده انرژي هستند به طور مستقيم مي باشند اما چون سيستمهاي سرمايش مصرف كنندگان عمده انرژي هستند به طور غيرمسقتيم تاثير مهمي بر روي گرم شدن زمين دارند. استفاده از مبردي كه تمام مسايل زيست محيطي را برآورده كند اما عملكرد و خصوصايت ترموديناميكي مناسب نداشته باشد باعث افزايش مصرف انرژي خواهد شد.

صنايع تبريد و تهويه مطبوع، از به وجود آمدن بحران تخريب لايه ي ازن گرفته تا اثرات منفي مبردها بر روي گرم شدن هواي زمين، دچار چالشي اساسي شده و انتخاب مبردها يا فناوري سرمايشي مناسب براي آنان بسيار مشكل تر شده است. در نتيجه، اين صنايع در حال تجربه كردن يك دوره ي تغييرات سريع هستند كه در آن، تكيه ي اصلي بر روي جايگزيني HFC ها توسط به كارگري آمونياك، هيدروكربن ها و محدوده ي وسيعي از جايگزين هاي بلند مدت ديگر براي سيستم هاي تهويه مطبوع ساختماني مي باشد. فشار موجود بر روي صنايع تهويه مطبوع و تبريد، بدون شك ادامه خواهد يافت، ب خصوص كه گرم شدن تدريجي هواي زمين، افزايش نياز به وجود اين سيستم ها را در سيستم ها را در ساختمان ها افزايش خواهد داد.

منبع:آموزشکده فنی حرفه ای پسران رشت (شهید چمران)

[M!Zare 48037]

مقاله مبردها

 

 

اکثر علاقمندان به اتومبیل و صنایع خودروسازی با واژه VVT-i که روی بدنه انواع تویوتا های جدید، سیستم Vanos موتورهای ب ام و و سیستم V-Tec هوندا تا حدودی آشنا هستند و بعضا جویای مفهوم آن شده اند. این واژه ها هر یک معرف سیستم تایمینگ یا زمانبندی متغیر باز و بسته شدن سوپاپها در موتورهای ساخت کارخانه های مربوطه می باشند . هدف از ارائه چنین سیستمهائی افزایش بازده موتور در تمام شرائط کارکرد آن اعم از دور موتور مختلف و شرائط محیطی متفاوت می باشد. در موتورهای قدیمی تر متخصصین با در نظر گرفتن شرائطی که موتور برای آن در نظر گرفته شده میل سوپاپ با تایمینگ مناسب را برای آن انتخاب نموده اند که البته این امر دارای محدودیتهای زیادی است ، بعنوان مثال میل سوپاپ اصطلاحا درجه بالا برای مسابقات و افزایش بازده در دور بالا بسیار مناسب بوده که این افزایش قدرت در دور بالا به قیمت کاهش چشمگیر گشتاور و قدرت در دورهای میانی و پائین موتور می شود و عملا موتور را در دورهای پائین ( مثلا در شهر) غیر قابل استفاده می نماید .

طول مدت زمان و لحظه ای که در آن سوپاپهای ورودی و تخلیه باز و بسته میشوند ، تنها در دور موتور خاص و مشخصی حداکثر بازده را ایجاد میکند و هر چه دور موتور تغییر بیشتری نماید ، بازده موتور کاهش پیدا میکند ، به همین دلیل مهندسن سیستمی را در موتورهای جدیدتر ابداع کرد ه اند که تایمینگ یا زمانبندی با توجه به دور موتور تغییر پیدا می نماید . قبلا از بررسی این سیستم ابتدا اشاره ای خواهیم داشت به طرز کار موتور چهار زمانه .

هنگامی که پیستون در وضعیت TDC ( نقطه مرگ بالا یعنی بالاترین نقطه در داخل سیلندر ) قرار دارد ، سوپاپهای ورودی در حالی که پیستون به سمت پائین در حرکت است باز میشوند ، در این هنگام با آغاز پائین رفتن مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر مکیده میشوند که به این مرحله مکش گفته میشود .

هنگامی که پیستون به پائین ترین نقطه ممکنه در داخل سیلندر میرسد ، سوپاپهای ورودی بسته شده و مخلوط هوا و سوخت در داخل سیلندر محبوس می گردد . در مرحله بعد پیستون به سمت بالا حرکت کرده و به تدریج مخلوط سوخت و هوا را فشرده میسازد که به این مرحله تراکم (Compression) گفته میشود . شمع هنگامی که پیستون مجددا به بالاترین نقطه ممکن میرسد ( یا نزدیک به آن میشود ) جرقه می زند . انفجار کنترل شده حاصله ، پیستون را با نیروی زیادی به پائین رانده و نیروی مکانیکی تولید مینماید که به آن مرحله تولید نیرو با قدرت گفته میشود . بعد از رسیدن پیستون به پائین ترین نقطه ممکن ، سوپاپ اگزوز باز شده و بر اثر بالا آمدن مجدد پیستون ، گازهای حاصل از احتراق تخلیه میگردند که به این مرحله تخلیه گفته میشود . در طی این مراحل که در تمام موتورهای چهار زمانه بنزینی مشترک است ، زمان باز و بسته شدن سوپاپها اهمیت زیادی داشته و در استفاده بهینه از سوخت و ایجاد حداکثر بازده موثر است . در این مقاله سعی شده عوامل موثر بر تعیین و تنظیم تایمینگ سوپاپها هر چند بطور اجمالی مورد بررسی قرار گیرد .

● بسته شدن سوپاپ ورودی :

سوپاپ ورودی معمولا چند درجه ( منظور از چند درجه ، مقدار زاویه دوران میل لنگ است ) بعد از پائین ترین وضعیت ممکنه پیستون در داخل سیلندر و در حالی که پیستون برگشت به سمت بالا را در داخل سیلندر آغاز نموده ، بسته میشود ،چرا ؟

به نظر میرسد اگر سوپاپ ورودی در حالی که پیستون به سمت بالا در حال حرکت است باز بماند مقدار زیادی از مخلوط هوا و سوخت از مسیر ورود به بیرون رانده شود ، ولی در عمل چنین اتفاقی رخ نمی دهد ، زیرا با توجه به سرعت بسیار زیاد ورود مخلوط به سیلندر ( حدود ۸۰۰ کیلومتر در ساعت ) ، مخلوط انرژی جنبشی پیدا کرده و بعد از رسیدن پیستون به پائینترین وضعیت در داخل سیلندر جریان آن ادامه پیدا کرده و حتی اندکی پس از شروع مرحله بالا رفتن پیستون جریان ادامه دارد . این مرحله تا ابد ادامه پیدا نمیکند و پیستون بالا رونده در مقطعی خاص و در صورتی که سوپاپ ورودی باز باشد به انرژی جنبشی مخلوط غلبه کرده و آنرا به داخل مسیر ورودی سیلندر پس میزند .

پس ، بهترین وضعیت پر شدن یا اشباع سیلندر هنگامی صورت میگیرد که بسته شدن پیستون تا لحظات اولیه پس زدن مخلوط به تعویق افتد ، یعنی ضمن بهره گیری از حداکثر ( انرژی جنبشی ) مخلوط ، از هدر رفتن آن جلوگیری شود و سیلندر تا حد اکثر ممکن از مخلوط پر شود .

● باز شدن سوپاپ اگزوز :

اگر سوپاپ ورودی بعد از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکنه (TDC) در داخل سیلندر بسته نشده باشد و یا سوپاپ اگزوز که قبلا راجع به آن گفتیم در هنگام رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن باز شود چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ اگر معتقدید که چنین اتفاقی ممکن نیست ، درست حدس زده اید . در واقع سوپاپ اگزوز قبل از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن ، باز میشود . پیستون در مرحله تولید نیرو تحت تاثیر گازهای گرم به پائین رانده شده و نیروی تولید شده خودرو را به جلو می راند . با این تفاسیر چرا بعضا طراحان و مهندسین سعی دارند تا سوپاپ اگزوز کمی زودتر باز شده و مقداری از فشار داخل سیلندر کم شود؟

برای درک بهتر دلیل باز شدن سوپاپ اگزوز کمی قبل از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن ، باید اشاره ای به مرحله بعدی که مرحله تخلیه سیلندر است داشته باشیم، تخلیه گازهای خروجی از طریق سوپاپ اگزوز ، در هنگام بالا آمدن پیستون نیازمند نیرو میباشد ، که این نیرو توسط میل لنگ وارد میگردد ، اگر سوپاپ اگزوز هنگامی که هنوز مقداری فشار حاصل از احتراق در سیلندر باقی مانده باز شود ، باعث می گردد که مقداری از گازهای حاصل از احتراق تحت تاثیر این فشار قبل از حرکت پیستون به بالا از سیلندر خارج شوند . با کاهش مقدار گازها ، نیروی مورد نیاز برای تخلیه سیلندر کم شده و نتیجتا بازده موتور افزایش پیدا می کند

● Overlap یا باز بودن همزمان سوپاپها:

پیستون در مسیر خود به سمت بالاترین وضعیت ممکن الباقی گازهای حاصل از احتراق را به بیرون می راند . جریان گازهای خروجی نیز مثل جریان هوای ورودی دارای انرژی جنبشی است یعنی اینکه حتی بعد از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن و شروع مرحله پائین آمدن پیستون جریان گاز خروجی ادامه دارد ، بدین ترتیب میتوان بسته شدن سوپاپ را تا بعد از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن به تعویق انداخت .

لازم بیادآوری است که هدف مکش بیشترین حجم مخلوط هوا و سوخت میباشد زیرا نیروی موتورهای درون سوز از احتراق مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر ایجاد میگردد . بهترین مکش هنگامی صورت میگیرد که سوپاپ ورودی قبل از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن باز شود . در این لحظه سوپاپهای ورودی و سوپاپهای اگزوز به طور همزمان باز میباشند که این مرحله را Overlap یا مدت زمان باز بودن همزمان سوپاپهای ورودی و خروجی می نامند .

در اینجا این سؤال مطرح میشود که چرا گازهای خروجی که توسط پیستون به بیرون رانده میشوند ، وارد منیفولد ورودی نمیگردند ، جواب این است که طراحی مناسب منیفولد اگزوز و فشار نسبی کمتر داخل آن باعث میشوند که گازهای خروجی تحت تاثیر فشار کم منیفولد خروجی ( اگزوز ) افزایش سرعت پیدا کرده و از سیلندر خارج گردند ، انرژی جنبشی گازهای خروجی نیز بنوبه خود باعث کاهش فشار داخل سیلندر و مکش بیشتر مخلوط هوا و سوخت به داخل آن میگردند .

لحظه بسته شدن سوپاپ ورودی مهمترین نکته در تایمینگ میل سوپاپ است ، هر چند که تمام مراحل آن از اهمیت به سزائی برخوردارند . به عنوان مثال تایمینگ صحیح باز شدن سوپاپ خروجی در واقع نقطه تعادلی از کاهش مقدار کمی از نیروی تولید شده در مرحله تولید نیرو و کاهش مقداری از بار گازهای خروجی در مرحله تخلیه است ، طول مدت Overlap نیز شدیدا در دور موتور تاثیر گذار است . در موتورهائی که مجهز به سیستم تایمینگ سوپاپ معمولی هستند ، رابطه بین تایمینگ سوپاپها ثابت است . در موتورهائی که دارای یک میل سوپاپ هستند این مسئله به شکل بادامکهای روی میل سوپاپ بستگی داشته و در موتورهای مجهز به دو میل سوپاپ به زاویه میل سوپاپها نسبت به یکدیگر بستگی دارد ( در هنگام تنظیم تایمینگ در موتورهای مجهز به دو میل سوپاپ در بالای سر سیلندر (DOHC) ، پرش یک دندانه فولی سر سیلندر باعث تغییر در میزان Overlap میگردد ) . تایمینگ سوپاپها بستگی زیادی به انرژی جنبشی جریان گاز دارد ، لازم به ذکر است که هر چقدر سرعت جریان گاز بیشتر شود ، انرژی جنبشی آن به همان نسبت افزایش پیدا میکند . بدین ترتیب تغییر تایمینگ با توجه به سرعت ( دور ) موتور ، مزیتهای زیادی در بر دارد . با استفاده از این سیستم میتوان جریان گازهای ورودی و خروجی را در تمام دورهای موتور به بهترین نحو تنظیم نمود و نتیجتا گشتاور بیشتری را در تمام دورهای موتور ایجاد کرد و باعث گسترش دامنه و محدوده تولید نیروی موتور گردید .

● تایمینگ متغیر سوپاپ :

انواع سیستمهای تایمینگ متغیر سوپاپ مختلفی وجود دارند که تفاوتهای مکانیسم های عملکردی آنها نسبت به عملکرد کلی شان از اهمیت کمتری برخوردار است . تا چند وقت پیش در اکثر سیستمهای تایمینگ متغیر میل سوپاپ ، تنها یکی از دو میل سوپاپ موتور متغیر بود که البته این تغییر تنها به میزان یک پله انجام می گرفت . در این سیستم در زمان افزایش دور موتور و یا در محدوده مشخصی از آن ، ECU ( واحد کنترل الکترونیکی ) تایمینگ میل سوپاپ را تغییر میدهد و بدین ترتیب یکی از میل سوپاپها در وضعیت آوانس یا ریتارد قرار میگیرد .

در خیلی از موتورهائی که مجهز به دو میل سوپاپ در سر سیلندر میباشند (DOHC) این نوع سیستم باعث میگردد تایمینگ سوپاپهای اگزوز ( بر خلاف تصور عمومی که حاکی از اهمیت بیشتر سوپاپهای ورودی است ) تغییر پیدا کند ، البته در برخی انواع نادرتر ، تایمینگ سوپاپهای ورودی تغییر میکند .

نمونه ای از نوع دوم در برخی اتومبیلهای پورشه مشاهده میگردد . در یکی از مدلهای Porsche ۹۱۱ که مجهز به سیستم Vario Cam است ، این سیستم باعث میگردد تا تایمینگ سوپاپ ورودی بعد از رسیدن دور موتور به ۱۳۰۰ دور در دقیقه ، ۲۵ درجه تغییر کند و نتیجتا محفظه احتراق بهتر پر و خالی شود و گشتاور افزایش پیدا کند . بعداز رسیدن دور موتور به حد ۵۹۲۰ دور در دقیقه ، تایمینگ ۲۵ درجه کاهش پیدا میکند و به حد اولیه ( دور آرام ) باز می گردد و عملکرد موتور در دور موتور بالا را بهبود می بخشد . در مواقعی که درجه حرارت روغن موتور بالا رفته باشد این تغییر در دور موتور ۱۵۰۰ دور در دقیقه انجام می گیرد .

سیستمهای اولیه که در آن تنها تایمینگ یک میل سوپاپ تغییر پیدا میکند هر چند که بهتر از سیستمهای تایمینگ ثابت عمل میکنند ، با این وجود کاملا قانع کننده نیستند . موتورهای مجهز به این سیستم تنها در دو حالت و دور موتور خاص دارای عملکرد بهینه هستند . واضح است که تغییرات کوچک و متعدد تایمینگ حتی اگر در مورد یکی از میل سوپاپها اعمال شود بهتر است و اگر تایمینگ هر دو میل سوپاپ قابل تغییر باشد نور علی نور خواهد بود . دراین حالت تایمینگ هر دو میل سوپاپ دائما با توجه به شرائط عملکرد موتور ، در حال تغییر خواهند بود .

BMW اولین شرکت بود که از سیستم دو میل سوپاپ متغیر استفاده نمود و آنرا Double Vanos نامید ، ( سیستم Single Vanos آنها تنها بر یک میل سوپاپ تاثیر گذار بود ) . در موتورهای مجهز به Double Vanos ، تایمینگ هر یک از میل سوپاپها تا ۶۰ درجه تغییر میکند ، البته در موتورهای V۸ مدل M۵ میل سوپاپ ورودی تا ۵۴ درجه و میل سوپاپ اگزوز " تنها " ۳۹ درجه قابل تنظیم است و بدین ترتیب Overlap ( مدت زمان باز بودن همزمان سوپاپهای ورودی و خروجی ) از ۸۰ درجه تا ۱۲- درجه قابل تنظیم است . منظور از ۱۲- درجه این است که سوپاپهای اگزوز ۱۲ درجه قبل از باز شدن سوپاپهای ورودی بسته میشوند .

● لیفت (lift)متغیر سوپاپ :

سیستم VTEC ساخت HONDA از این جهت مشهور است که در آن لیفت و تایمینگ سوپاپ قابل تغییرند . در سیستم HONDA ، میل سوپاپهای هر سیلندر دارای دو بادامک بلند اضافی و دو انگشتی اضافی میباشند که در دور موتورهای پائین هرز میگردند . در دور موتور خاص ( معمولا دور موتور بالا ) پیمهای هیدرولیکی که بطور الکترونیکی کنترل میشوند هر سه انگشتی را به یکدیگر قفل کرده و نتیجتا بادامکهای بلندتر وارد عمل میشوند . بدین ترتیب تغییر تایمینگ و لیفت سوپاپ در یک مرحله صورت میگیرد و باعث تغییر عمده ای در عکس العمل موتور میگردد .

موتور ۲ZZ – GE تویوتا با حجم cc ۱۸۰۰ که در نسل آخر تویوتا سلیکا مورد استفاده قرار گرفته است نیز از تایمینگ و لیفت متغیر سوپاپ بهره میبرد . سیستم لیفت متغیر تویوتا هم بر سوپاپهای ورودی و هم بر سوپاپهای اگزوز تاثیر گذار است ، در این موتور تنظیم لیفت بلند میل سوپاپ در ۶۰۰۰ دور در دقیقه فعال میشود . بادامکهای بلند ، لیفت سوپاپ ورودی را ۵۴ درصد افزایش داده و به mm ۱۱.۲ میرسانند ، لیفت سوپاپ اگزوز نیز با ۳۸ درصد افزایش به mm ۱۰ میرسد .

میل سوپاپهائی که دارای لیفت زیاد هستند ، باعث افزایش مدت زمان باز ماندن سوپاپ ورودی میگردند ، بدین ترتیب هر Overlap سوپاپها از چهار درجه ( در حالت تنظیم ورودی کاملا ریتارد و لیفت دور پائین ) و ۹۴ درجه ( در حالت فول آوانس و لیفت دور بالا ) متغیر است . Overlap ۹۴ درجه معمولا در موتورهای کاملا مسابقه ای (Full race) به چشم می خورد . لازم به ذکر است نسل قبلی تویوتا سلیکا (Celica) که مجهز به موتور ۵S – FE و تنها دارای Overlap ۶ درجه بود و موتور اسپرتی cc ۲۰۰۰ با نام ۳S – GE در اولین مدل سلیکا دیفرانسیل جلو تنها ۱۴ درجه Overlap داشت .

تایمینگ میل سوپاپ ورودی با توجه به دور موتور ، وضعیت پدال گاز ، زاویه سوپاپ ورودی ، درجه حرارت مایع خنک کننده موتور و حجم هوای ورودی تغییر میکند . تایمینگ میل سوپاپ ورودی در هنگام آغاز به کار موتور ( استارت ) ، سرد بودن موتور ، دور آرام و خاموش کردن موتور ، تا حد ممکن ریتارد میشود . یک پیم کنترل کننده تایمینگ میل سوپاپ را در هنگام استارت و در مرحله پس از آن قفل مینماید تا جائی که فشار روغن مناسب برقرار شود ( این تدبیر برای جلوگیری از سر و صدای اضافی موتور اتخاذ شده است ) .

در سیستم VVTI تویوتا ، تایمینگ میل سوپاپ تا ۴۳ درجه نسبت به زاویه میل لنگ متغیر است . البته سیستم لیفت متغیر نیز در طول مدت زمان باز بودن سوپاپ تاثیر گذار است و بدین ترتیب تایمینگ را به ۶۸ درجه میرساند ( با توجه به اینکه در وضعیت حداکثر ریتارد سوپاپ ورودی در دور موتور متوسط ، تایمینگ ۱۰- ( ۱۰ درجه قبل از TDC ) تا حداکثر آوانس سوپاپ ورودی در دور بالا که ۵۸ درجه قبل از TDC ( بالاترین وضعیت قرار گرفتن پیستون در سیلندر ) است متغیر می باشد ) .

سیستم لیفت متغیر از مکانیسم تعویض بادامک برای افزایش لیفت سوپاپهای ورودی و خروجی بعد از رسیدن دور موتور به ۶۰۰۰ دور در دقیقه استفاده میکند . این سیستم هیدرولیکی توسط ECU موتور که بخشی از سخت افزار کنترل هیدرولیکی آن با سیستم VVTI مشترک است استفاده میکند . اطلاعات ورودی های آن عبارتند از : زاویه و دور میل لنگ، حجم جریان هوا ، وضعیت دریچه گاز ، زاویه میل سوپاپ ورودی و درجه حرارت مایع خنک کننده . سیستم لیفت متغیر قبل از افزایش درجه حرارت مایع خنک کننده تا ۶۰ درجه سانتیگراد فعال نمیشود . این مکانیسم شامل میل سوپاپها با دو دست بادامک میباشد که یک دست آن برای دور پائین تا دور متوسط است و سری دوم برای دورهای بالاتر موتور به کار میرود ( لیفت بالا ) . کل سیستم شامل هشت انگشتی برای هر جفت سوپاپ ، دو انگشتی ( که در طرف داخلی میل سوپاپها قراردارند ) و یک دریچه کنترل روغن که در انتهای میل سوپاپ ورودی قرار دارند ، میباشد .

با وجود اینکه این نوع سیستمهای تایمینگ و لیفت متغیر تک مرحله ای باعث افزایش قدرت میگردند ، با این حال در کاربرد واقعی بسیار خام عمل مینمایند ، به عنوان مثال تغییر تک مرحله ای در گشتاور موتور در یک موتور توربوچارج شده قابل تحمل نمیباشد .

● تایمینگ و لیفت متغیر سوپاپ :

چند خودرو ساز دیگر نیز از تغییر تایمینگ و لیفت تک مرحله ای استفاده مینمایند . جدیدا BMW سیستم Valvetronic را ارائه نموده که تحولی چشمگیر در این رابطه است . این سیستم به طور نامحسوس و غیر منقطع تایمینگ را در یکی از میل سوپاپها و لیفت سوپاپهای ورودی را تغییر میدهد . جالب ترین نکته در این سیستم عدم استفاده از پروانه دریچه گاز است زیرا موتور بازده حجمی خود را با تغییر لیفت سوپاپ ورودی تنظیم مینماید .

سیستم Valvetronic بر گرفته از سیستم Double Vanos ساخت همین شرکت است که تایمینگ میل سوپاپهای ورودی و خروجی ( اگزوز ) را به طور غیر منقطع تغییر میدهد و علاوه بر آن با استفاده از یک اهرمی که بین میل سوپاپ و سوپاپهای ورودی قرار دارد ، لیفت سوپاپهای ورودی را نیز تغییر میدهد . محور مخصوصی فاصله اهرم را از میل سوپاپ تغییر میدهد ، وضعیت محور فوق توسط یک سیستم الکتریکی تعیین میشود . وضعیت اهرم در واقع لیفت را به دستور سیستم مدیریت موتور کوچک یا بزرگ مینماید .

سیستم Valvetronic تنها از لحاظ عدم قابلیت لیفت سوپاپهای خروجی از سیستمهای الکترونیکی پنوماتیک ( بادی ) مورد استفاده در موتورهای مسابقه ای F۱ ، که عملکرد سوپاپها به طور مستقل از هم و به طور انفرادی کنترل می کنند ، کم قابلیت تر است .

پس نتیجه میگیریم هر گونه قابلیت تغییر در تایمینگ با لیفت سوپاپ برای بهبود قابلیت تنفس ( تبادل هوا ) در هر محدوده عملکرد موتور باعث بهبود قابلیتهای آن میگردد . هر چقدر تنظیمات دقیق تر و تعداد سوپاپهای قابل تنظیم بیشتر باشد ، نتیجه نهائی بهتر خواهد شد و علاوه بر افزایش بازده باعث افزایش نرمی کارکرد و تسریع و بهبود عکس العمل موتور در تمام محدوده دور موتور آن میگردد . در موتورهای معمولی تغییر زاویه میل سوپاپ و افزایش آوانس باعث بهتر شدن بازده موتور در دور بالا میشود . هر چند که عملا نرمی کارکرد و بازده موتور را در دور پائین و دور متوسط بازده مختل میکند ( مثل میل سوپاپهائی که اصطلاحا به آنها فول ریس گفته میشود ). در نقطه مقابل این نوع میل سوپاپها انواع معمولی قرار دارند که با وجود نرمی عملکرد در دور پائین و متوسط قادر به ارائه حداکثر بازده موتور در دور بالا هستند که به آنها انواع شهری یا معمولی گفته می شود.

سیستمهای متغیر امروزی که در این مقاله سعی نمودیم نگاهی هر چند کلی به سیر تکامل و آخرین تحولات آن داشته باشیم در واقع حداکثر بازده موتور را چه در دور پائین و متوسط و چه در دور بالا ایجاد مینماید. ضمن آنکه نرمی عملکرد موتور در دور آرام و راحتی استارت آن در سرما و گرما را تضمین می نماید.

نویسنده : دکتر رضا لواسانی - ماهنامه خودرویاب شماره

این مقاله رو در مورد مبردهای خودرو دیدم،برای شما قرار دادم.در اولین فرصت مبرد سیستم های جذبی نیز قرار میدم.