گاز فریون ترکیبی شیمیایی است که در بسیاری از صنایع برای تولید سرما از آن استفاده می شود. در اغلب یخچال های خانگی، یخچال های صنعتی، سیستم های تهویه هوا و کولرها از گاز فریون به عنوان مبرد بهره برده می شود. وظیفه ی این ماده در سیستم های خنک کننده انتقال گرما از محیطی به محیطی دیگر است. در این مقاله قصد داریم شما را با انواع گاز های فریونی آشنا کنیم .
آشنایی با گاز فریون
فریون در واقع نامی تجاری است که روی دستۀ خاصی از مواد شیمیایی گذاشته شده است. کلرو فلوئورو کربن یا همان CFC در صنایع بیشتر به نام فریون شناخته می شود. برای دسته بندی انواع گازها نیز از عدد گذاری استفاده می گردد. در گذشته برای ساخت یخچال های خانگی و دستگاه های تهویه هوا از فریون 12 استفاده می شد. دلیل انتخاب فریون 12 به عنوان سرد کننده ویژگی های آن بود. گاز فریون از ظرفیت گرمایی بالایی برخوردار است. ضمن اینکه در دمای معمولی حال گازی دارد و اگر فشرده یا سرد شود، به حالت مایع در می آید. ویژگی دیگر این گاز این است که قابلیت اشتعال نداشته و سمی نیز نیست. به همین خاطر برای طراحی سیستم های خنک کننده لااقل تا سال 2013 انتخابی ایده آل به نظر می رسید.
از دیگر خواص شیمیایی و فیزیکی این گاز ها به بی رنگ و بو بودن آن ها اشاره کرد. البته امروزه با اضافه کردن ترکیبات شیمیایی دیگر به گازهای مبرد، بویی شبیه به اتر از آن ها استشمام می شود.
استفاده از گاز فریون به عنوان مبرد خنک کننده
تاریخچۀ تولید گازهای CFC به قرن بیستم بر می گردد. در این سال ها بود که برای نخستین بار گاز CFC در واحد صنعتی تولید شده و به عنوان خنک کننده در سیستم های سرمایشی مورد استفاده قرار گرفت. البته گازی که نخستین بار تولید شده بود، خاصیت انفجاری داشت و مشکلاتی را به بار می آورد. تا اینکه در سال 1930 فریون 12 در ابتدا به صورت آزمایشگاهی تولید شد و مورد آزمایش قرار گرفت.
فریون 12 غیرقابل اشتعال بوده و در صورت تنفس هم مشکلی برای شخص ایجاد نمی کرد. به همین خاطر به سرعت جای خود را در صنایع سرمایشی باز کرد و جایگزین گازهای مبرد پیشین شد. بعد از فریون 12، دیگر ترکیبات شیمیایی CFC ها نیز به مرور به تولید صنعتی رسیده و مورد استفاده قرار گرفت. ولی پس از اینکه بحث زمین گرمایی به صورت جهانی مورد توجه قرار گرفت، در قرارداد وین، گازهای فریون به عنوان عواملی مهم از بین رفتن لایۀ اوزون مطرح شدند و طبق این قرارداد استفاده از آن ها محدود شده و قرار بر این شد که طی یک دورۀ مشخص کاملاً از چرخۀ تولید کنار گذاشته شوند. با این حال همچنان در کشورهای درحال توسعه از انواع گازهای فریون در تولید یخچال های خانگی و دیگر وسایل سرماساز و حتی سردخانه های صنعتی نیز استفاده می شود. دلیل این انتخاب در دسترس بودن این مبرد و قیمت پایین آن است.
انواع گاز فریون
در گذشته و پیش از تولید انبوه گازهای CFC از آمونیاک و دیگر ترکیبات آن به عنوان مبرد استفاده می شد. بعدها با از راه رسیدن گاز فریون، به واسطۀ خواص ترمودینامیکی عالی، همچنین بی بو بودن و غیرقابل اشتعال بودن، استفاده از آن رونق گرفت و به سرعت جایگزین دیگر گازهای مبرد شد. پس از مسائل زمین گرمایی دیگر ترکیبات شیمیایی مثل HCFC ها و HFC ها به عنوان جایگزین گازهای فریون مطرح شدند؛ که البته قیمت بالاتری دارند و تولید آن ها در شرایط سخت تری صورت می پذیرد.
گاز های فریونی در 9 مدل مختلف دسته بندی می شوند:
- فریون 11 (R-11)
- فریون 12 (R-12)
- فریون 13 (R-13)
- فریون 22 (R-22)
- فریون 113 (R-113)
- فریون 114 (R-114)
- فریون 134 (R-134)
- فریون 290 (R-290)
- فریون 404 (R-404)
گاز مبرد11
این مبرد در گذشته کاربردهای زیادی در صنایع فوم سازی، کمپرسورهای گریز از مرکز و شستشوی سیکل های ترکیبی داشت. اما به خاطر همان اثر مخرب بر روی لایۀ اوزون دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرد و با گازهای فریون R23 و R141b جایگزین شده است.
گاز فریون 12 (CCL2F)
شاید پراستفاده ترین مبرد مورد استفاده در حاضر باشد. این مبرد کاملا بی خطر، غیر سمی، غیر قابل اشتعال و انفجار می باشد که بسیار پایدار است و حتی در شرایط خیلی بد تجزیه نمی شود. این مبرد در صورت تماس مستقیم با شعله یا المنت الکتریکی به محصولات خیلی سمی تجزیه می شوند. فریون 12 در شرایط اتمسفریک در فشارهای متوسط تقطیر می شود و در دمایºC -28.9درجه سلسیوس به جوش می آید و این خاصیت آن را برای استفاده در تاسیسات تبرید بزرگ و متوسط و با دمای پایین با هر سه نوع کمپرسور مناسب می سازد.
هنگامی که از این مبرد با کمپرسورهای گریز از مرکز چند طبقه استفاده می شود می توان از آن برای سرد کردن آب نمک تا دماهای -80 ºc استفاده نمود. قابلیت امتزاج (اختلاط یک‌دست دو سیال با هر نسبت دلخواه) فریون 12 با روغن در تمام شرایط کاری، نه تنها مساله برگشت روغن را تسهیل می کند بلکه با عمل حلالیت خود با عاری نگه داشتن نسبی سطوح لوله های اواپراتور و کندانسور از فیلم روغن که موجب کاهش ظرفیت انتقال حرارت آن ها می شود، راندمان و ظرفیت سیستم را افزایش می دهد. هر چند اثر تبرید واحد جرم فریون 12 در مقایسه با سایر مبردهای متداول کم است ولی این مورد نمی تواند یک عیب به شمار آید زیرا زیاد بودن جرم مبرد در سیستم های کوچک از این نظر که کنترل دقیق میزان مایع را ممکن می سازد یک مزیت به حساب می آید.
گاز مبرد 13 (R-13)
فریون 13 (CCLF3) برای کاربردهای با دمای خیلی پایین تهیه شده و معمولا در طبقه پایین سیستم های تراکمی چند مرحله ای استفاده می شود. نقطه جوش فریون 13 در فشار اتمسفریک -81.4 ºC است و در صورت استفاده از آن امکان دسترسی به دماهای پایین اواپراتور تا -100 درجه سلسیوس وجود دارد. دمای بحرانی این مبرد 28.9 C می باشد. چون با این مبرد فشار تقطیر و حجم جابه جایی لازم برای کمپرسور متوسط هستند استفاده از هر سه نوع کمپرسور با مبرد 13 مناسب است. فریون 13 مبردی بی خطر و غیرقابل امتزاج با روغن می باشد و برای تشخیص نشتی از مشعل هالیدی استفاده می شود.
گاز فریون 22 (R-22)
فریون 22 (CHCLF2) دارای نقطه جوشی برابر با -40.8 ºc در فشار اتمسفریک می باشد و در اصل به عنوان مبرد دما پایین تهیه شده است و به طور وسیعی در فریزرهای خانگی و سیستم های تجاری و صنعتی با دمای پایین تا دمای اواپراتور -87 ºc مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده عمده این نوع مبرد امروزه در دستگاه های تهویه مطبوع می باشد که در آن ها به دلیل محدودیت فضا استفاده از کمپرسورهای با جا به جایی کم، مزیت به شمار می آید. فشار کار و دمای آدیاباتیک تخلیه فریون 22 بیشتر از فریون 12 می باشد ولی توان لازم آن تقریبا با فریون 12 برابر است.
مزیت اصلی فریون 22 بر فریون 12 جابه جایی کم کمپرسور می باشد که تقریبا 60% فریون 12 است. بنابراین به ازای حجم جابه جایی معین کمپرسور، ظرفیت سرمایی سیستم فریون 22 تقریبا 60% بیشتر از سیستم فریون 12 بوده و قطر لوله مبرد آن معمولا کمتر از سیستم فریون 12 خواهد بود.
توانایی مبرد 22 برای جذب رطوبت به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از فریون 12 می باشد بنابراین در آن ها مشکل یخ زدگی کنترل کننده ماده مبرد کمتر خواهد بود. تشخیص نشتی در این ماده نیز با مشعل هالیدی امکان پذیر است
گاز فریون 113 (R-113)
فریون 113 در فشار اتمسفریک در دمای 47.5 ºc می جوشد فشار کاری این مبرد در شرایط استاندارد به ترتیب 0.068 bar و 0.54 bar می باشد. گرچه جابه جایی کمپرسور به ازای واحد ظرفیت تبرید در این مبردها قدری بیشتر است اما توان لازم آن با سایر مبردها برابری می کند. در این مبردها به علت پایین بودن فشار کاری و حجم جابه جایی زیاد استفاده از کمپرسورهای گریز از مرکز الزامی می باشد. گرچه این مبرد عمدتا در سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد از آن در فرایند سرد کردن آب و آب نمک تا دمای -18 ºc نیز استفاده می کنند. فریون 113مبردی بی خطر است و برای تشخیص نشتی آن باید از مشعل های هالیدی استفاده نمود.
گاز مبرد 114 (R-114)
نقطه جوش فریون 114 (CCL2CCLF2) در فشار اتمسفریک 3.6 ºc می باشد. فشار تبخیر و تقطیر این مبرد در شرایط استاندارد به ترتیب 0.46 bar و 2.5 bar است. حجم جابه جایی کمپرسور نسبتا کم و توان لازم کمپرسور با سایر مبردها قابل قیاس می باشد.
فریون 114 در تاسیسات تهویه مطبوع بزرگ تجاری و صنعتی و سرد کردن آب برای فرایندهای صنعتی تا دما -57 ºc به کار می رود. از این مبرد در یخچال های خانگی و سردکن های کوچک آب به همراه کمپرسورهای تیغه ای دوار استفاده می شود. این مبرد نیز همچون فریون 22 در شرایط به وجود آمده در قسمت کندانسور سیستم، با روغن مخلوط می گردد ولی در اواپراتور از آن جدا می شود. به هر حال به دلیل تجهیزاتی که با ایمن مبرد به کار می روند معمولا برگشت روغن مساله ساز نیست. این ماده، مبردی بی خطر است و نشت آن با مشعل هالیدی تشخیص داده می شود.
گاز فریون R134a
گاز مبرد R134a که امروزه جایگزین فریون 12 شده است، دارای فرمول شیمیایی CH2FCF3 بوده و دارای خواص ترمودینامیکی مناسبی است. طوری که در ساخت یخچال های خانگی و کولر خودرو می توان به خوبی از آن استفاده کرد.
گاز مبرد R290
این مبرد بیشتر با نام پروپان شناخته می شود. R290 نیز یکی از جایگزین های فریون 12 است و در ساخت یخچال های فریزر و ساخت کولرهای گازی مورد استفاده قرار می گیرد.
گاز مبرد R404
یکی از مبردهای صنعتی که ترکیبی از سه گاز R134a، R143a و R125 است مبرد R404 نام دارد. این مبرد جایگزینی است برای مبردهای R22 و R502. نکته ای که دربارۀ مبردهای ترکیبی وجود دارد، این است که برای شارژ آن ها حتماً باید مبرد حالت مایع داشته باشد. از R404 می توان در طراحی یخچال های فریزر و دیگر وسایل سرماساز عمومی استفاده کرد.