Beem Pach
- 12 ก.พ.
- ยาว 2 นาที

HFO-1224yd สารทดแทน HFC-245fa และ HCFC-123

อัปเดตเมื่อ 19 ก.พ.

ย้อนกลับไปในอดีตจนถึงปัจจุบันอุตสาหกรรมทำความเย็นได้มีการเติบโตเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นด้านวิศวกรรม ยา อาหาร เป็นต้น แต่ในขณะเดียวกันการเติบโตของอุตสาหกรรมเหล่านี้ก็นำมาสู่ปัญหาภาวะโลกร้อน (Global warming) เนื่องจากสารทำความเย็นใช้เวลาในการย่อยสลายค่อนข้างนาน หากมีการสะสมในชั้นโทรโฟสเพียมาก (Troposphere) ก็จะก่อใหเกิดการทำลายชั้นโอโซนได้ในที่สุด โดยสารทำความเย็นที่นำมาใช้ในช่วงแรกนั้น ได้แก่สารไฮโดรคาร์บอน เช่น โพรเพน (Propane) บิวเทน (Butane) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และแอมโมเนีย (NH3) ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เนื่องจากติดไฟง่ายจึงได้เกิดแนวคิดสารที่เราคุ้นเคยขึ้นมาเป็นอย่างดี ชื่อว่า Freon (R-12) ที่เป็นตระกูลคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Chlorofluorocarbons) แต่พบว่าสารเหล่านี้มีศักยภาพที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (Global warming potential, GWP) รวมถึงสามารถทำลายชั้นโอโซนได้ (Ozone depleting potential, ODP) จึงได้ยกเลิกการใช้สารเหล่านี้ในที่สุด หลังจากนั้นก็ได้มีการพัฒนาตัวไฮโดคอลโรรฟลูออโรคาร์บอนขึ้นมา (HCFCs) ได้แก่ R-22 แต่เนื่องจากยังมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจึได้มีการเลิกใช้ไปในที่สุด ต่อมาไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFCs) ได้แก่ R-134a R143a และ R-407a เป็นต้น เข้ามามีบทบาทมากขึ้นเพื่อการทำลายชั้นโซน โดยสารทำความเย็นเหล่านี้ให้ประสิทธิภาพที่ดีแต่ยังมีข้อจำกัดในเรื่องโลกร้อนอยู่ ทำให้บริษัทต่าง ๆ คิดค้นสารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อเป็นการลดภาวะโลกร้อน (Global warming) และการทำลายชั้นโอโซน (Ozone depleting) จึงได้สารทำความเย็นตระกูลไฮโดรฟลูออโรโอเลฟินส์ (Hydrofluoro olefins) ออกมา เช่น HFO-1224yd และ HFO-1233zd ซึ่งสารเหล่านี้มีค่า GWP ต่ำ รวมถึงมีค่า ODP ที่ใกล้เคียง 0 แสดงให้เห็นถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแต่ยังคงประสิทธิภาพในการใช้งานเป็นอย่างดี โดยสามารถสรุปดังรุปที่ 1 [1]

รูปที่ 1 การใช้สารทำความเย็นตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน

ดังนั้น นอกจากการเลือกสารทำความเย็นที่ให้ประสิทธิภาพในการดำเนินระบบที่ดีที่สุดแล้ว ปัจจัยที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ผู้ผลิตควรตระหนักถึงผลกระทบต่อโลกและสุขภาพในระยะยาว

ชิลเลอร์ (Chiller) เป็นหนึ่งในเครื่องทำความเย็นที่นิยมมากในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ไม่ว่าจะเป้นอุตสาหกรรมยา ไอซ์สเก็ต การดัดงอหรือแม้กระทั่งตามห้างสรรพสินค้าที่ต้องมีเครื่องชนิดนี้เอาไว้แลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศภายในห้าง เครื่องชิลเลอร์จะให้ประสิทธิภาพในการทำความเย็นค่อนข้างดี โดยระบบของชิลเลอร์จะมีสารทำความเย็นไหลอยู่ภายในระบบ ได้แก่ R448A, R410A, R404A, R407C, R717, Ammonia, R134A, HFC, R-744 C02, R-245fa, R-1234yf, R-1234ze(E), R-1233zd(E) และ R-1336mzz เป็นต้น [2, 3] อย่างไรก็ตามสารทำความเย็นบางตัวมีความเป็นพิษและห้ามใช้ในบางประเทศ รวมถึงมีผลต่อภาวะโลกร้อน จึงได้มีการคิดค้นสารทำความเย็นตระกูลไฮโดรฟลูออโรโอเลฟินส์ขึ้นมา ดังที่กล่าวไปข้างต้น เช่น HFO-1224yd ที่นอกจากจะให้ประสิทธิภาพในการทำความเย็น ค่า GWP มีค่าต่ำและ ODP มีค่าใกล้เคียงกับ 0 อีกด้วย [4]

HFO-1224yd เป็นสารทำความเย็นที่ไม่สามารถติดไฟได้ (Non-flammable property) นิยมนำมาใช้ในเครื่องชิลเลอร์แบบปั่นเหวี่ยง (Centrifugal chiller) วัฎจักรแร็งคินสารอินทรีย์ (Organic Rankine Cycle) แบบการใช้ 2 วงจร (Binary cycle generation) ฮัทปั๊มที่ใช้ผลิตความร้อนสูง (High-temperature heat pump) ระบบการใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้ง (Waste heat recovery system) ใช้เป็นสารเป่า (Blowing agent) สารดับเพลิง (Fire extinguishing agent) หรือแม้กระทั่งในการล้างทำความสะอาดในอุตสาหกรรมเครื่องบิน (Aerosol solvent) ในส่วนของเครื่องที่มีการใช้น้ำมันหรือต้องการกำจัดคราบน้ำมันออกจากเครื่อง [4]

รูปที่ 2 อุตสาหกรรมที่มีการใช้ HFO-1224yd

HFO-1224yd จะให้ประสิทธิภาพในการทำความเย็นใกล้เคียงกับ R-245fa ประหยัดพลังงานมาก และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า HCFC-123 และ HFO-1233zd(E) อีกทั้ง HFO-1224yd มีคุณสมบัติทางเคมีใกล้เคียงกับ R-245fa ทำให้สามารถเปลี่ยนมาใช้สารทำความเย็นชนิดนี้ได้โดยที่ไม่ต้องมีการออกแบบระบบทำความเย็นใหม่ให้ยุ่งยาก ซึ่งคุณสมบัติเป็นดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 คุณสมบัติของ HFO-1224yd เปรียบเทียบกับ R-245fa, HCFC-123 และ HFO-1233zd(E) [4]

เมื่อเปรียบเทียบกับ R-245fa เราจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิวิกฤต (Critical temperature) ความดันวิกฤต (Critical pressure) และความหนาแน่นวิกฤต (Critical density) มีค่าไม่แตกต่างกันมาก ซึ่งปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อการเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็น นอกจากนี้จุดเดือดและจุดเยือกแข็งยังมีค่าใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาจาก GWP และ ODP พบว่า HFO-1224yd มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าด้วยค่าเท่ากับ 0.88 และ 0.00023 ตามลำดับ อีกทั้งค่าของการปลดปล่อยสารทำความเย็น (Allowable Exposure Limit, AEL) และความเข้มข้นในสถานที่ปิด (Refrigerant Concentration Limit, RCL) มีค่าเท่ากับ 1,000 และ 60,000 ppm ตามลำดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเภทของสารทำความเย็นโดยที่จัดขึ้นจากองค์กร ASHRAE ได้ระบุให้ HFO-1224yd จัดอยู่ในกลุ่ม A1 คือเป็นสารมีพิษน้อยและไม่เกิดการลุกลามของไฟภายใต้อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เมื่อเปรียบเทียบกับ R-245fa และ HCFC-123

หากเปรียบเทียบความดันไอที่เกิดขึ้นพบว่า HFO-1224yd จะมีค่าความดันไอใกล้เคียงกับ HFC-245fa และ HFO-1233zd(E) ดังรูปที่ 4 จึงไม่ต้องยุ่งยากต่อการออกแบบระบบใหม่หากเปลี่ยนมาใช้ HFO-1224yd

รูปที่ 4 ความดันไอที่อุณหภูมิของ HFO-1224yd เปรียบเทียบกับ R-245fa, HCFC-123 และ HFO-1233zd(E) [4]

อีกทั้งสามารถเข้ากันได้ดีกับพลาสติก (Plastics) และอีลาสโตเมอร์ (Elastomers) ดังรูปที่ 5 และ 6 ที่วัดการเปลี่ยนแปลงด้วยน้ำหนักและปริมาตรหลังจากการนำพลาสติกและอีลาสโตเมอร์แช่ด้วยสารทำความเย็นแต่ละชนิด สังเกตเห็นว่าพลาสติกและอีลาสโตเมอร์มีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักและปริมาตรมากกว่า R-245fa เล็กน้อยและมีการเปลี่ยนแปลงเชิงน้ำหนักและปริมาตรน้อยกว่า HFO-1233zd(E)

รูปที่ 5 การเข้ากันได้ระหว่างสารทำความเย็นแต่ละชนิดกับพลาสติก [4]

จากรูปที่ 5 พบว่าพลาสติกชนิด Acrylic resin ไม่เหมาะกับสารทำความเย็นทั้งชนิด HFO-1224yd HCFC-123 และ HFO-1233zd(E) เนื่องจาก Acrylic resin จะเกิดการละลายได้ดี เมื่อดูจากรูปที่ 6 พบว่าอีลาสโตเมอร์ชนิดซิลิโคนจะถูกละลายด้วยสารทำความเย็นทั้ง 3 ชนิดได้มากที่สุด

ต่อมาจะเป็นการเข้ากันได้ระหว่างสารทำความเย็นแต่ละชนิดกับน้ำมันและโลหะ โดยมีการควบคุมวัน อุณหภูมิ ประเภทน้ำมันรวมถึงขนาดของชิ้นโลหะที่ใช้พบว่า HFO-1224yd จะมีความเป็นกรดในน้ำมันและสารหล่อเย็นน้อยกว่า R-245fa และ HCFC-123 รวมถึงมีค่าดีกรีการกัดกร่อนต่อโลหะน้อยกว่า 5 mg/dm2 ต่อ 1 วัน [4]