آشنایی با گاز مبرد یا فریون

همه ما فریون را با نام گاز یخچال شناخته‌ایم و اولین چیزی که از آن به یادمان مانده، این است که عامل اصلی سوراخ شدن لایه اوزون به شمار می‌رود. جالب اینکه این گاز صنعتی همین حالا هم در زندگی روزمره ما نقش مهمی دارد و خیلی‌ها بدون اینکه بدانند، در حال استفاده از آن هستند.

فریون یک گاز مبرد یا سرمایشی است که در سیستم‌های تبریدی و خنک‌کننده، وظیفه خارج کردن انرژی گرمایی از محیط را بر عهده دارد. این گاز انواع مختلفی داشته که هرکدام از آن‌ها از کاربردهای مختلفی برخوردارند.

در این مقاله قصد داریم به صورت کامل به تشریح گاز مبرد یا فریون بپردازیم تا با این ماده پرکاربرد و ضروری در صنایع مختلف، بیشتر آشنا شوید؛ با ما همراه باشید.

مشخصات فنی گاز مبرد یا فریون

بیشترین استفاده از گاز فریون یا مبرد در سیستم‌های تبریدی مختلف است که هر کدام بسته به مدل کمپرسور خود از نوع خاصی بهره می‌برند.

گاز مبرد یا به اصطلاح یخچالی، ماده‌ای است که درجه جوش بسیار پایینی داشته و به شدت گرماگیر است. این ویژگی باعث می‌شود تا در هنگام تبخیر (تبدیل از مایع به گاز) دچار افت شدید دما شده و محیطی که در آن قرار دارد را سرد کند.

به همین خاطر از گاز مبرد یا فریون در سیستم‌های تبریدی تراکمی مانند چیلرها، یخچال‌های خانگی، سردخانه‌ها، سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع و… زیاد استفاده می‌شود.

فریون در سیستم‌های سرمایشی چگونه کار می‌کند؟

گازهای مبرد در یک چرخه فشرده‌سازی، تراکم، انبساط و تبخیر مدام در حال تغییرند تا از این طریق دمای محیط را کنترل نمایند. به عنوان مثال، سیستم تهویه مطبوع خانه شما دارای شبکه‌های پیچیده‌ای از اجزا و کویل است که وظیفه گردش گاز یخچالی را عهده دارند. طی این فرآیند، فریون مدام تحت فشار، تبخیر و میعان است که به واسطه خاصیت گرماگیر بودنش، موجب خنک شدن جریان هوا می‌گردد.

زمانی که هوای گرم محیط وارد سیستم تهویه می‌شود، فریون گرما را جذب کرده و از یک گاز کم‌فشار به پر‌فشار و پر حرارت تبدیل می‌شود. سپس فشرده گشته و گرمای جذب شده را به سرعت آزاد می‌کند. هنگامی که دمای آن پایین می‌آید به مایعی تبدیل شده که در کانال‌های سیستم، چرخش می‌کند. این پروسه حرارت را افزایش داده و باعث تبخیر مجدد آن می‌شود؛ چرخه‌ای که موجب تولید مداوم سرما خواهد شد.

کاربردهای گاز مبرد یا فریون

به دلیل برخورداری از نقطه جوش بسیار پایین و ویسکوزیته کم، گاز مبرد یا فریون موارد استفاده بی‌شماری دارد. در زیر به برخی از رایج‌ترین کاربردهای این گاز اشاره می‌کنیم:

• انواع یخچال‌های خانگی و صنعتی
• سیستم‌های تهویه هوا
• پیشرانه‌های آئروسل
• عوامل دمنده کف
• حلال‌های مختلف
• چیلرهای شیشه‌ای
• واسطه‌های پلیمری
• کپسول‌های آتش‌نشانی
• داروهای بیهوشی
• و غیره

البته باید توجه داشته باشید که در بسیاری از کشورها استفاده از گاز مبرد یا فریون به خاطر خطرات محیط‌زیستی که دارد و آسیب‌های زیادی که به لایه اوزون وارد می‌کند (اثر گلخانه‌ای)، ممنوع شده است.

گاز مبرد یا سرمازا، باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد؟

• این گاز باید بتواند در مدت زمان بسیار طولانی عملکردی پایدار داشته باشد.
• از آنجایی که همیشه احتمال بروز نشتی در سیستم وجود دارد، این گاز باید تا جای ممکن ضد اشتعال و ضد سمی باشد.
• گاز مبرد یا فریون نباید موجب اکسایش شود.
• باید امکان روغن کاری قطعات متحرکی که با مبرد تماس دارند، وجود داشته باشد و واکنش نامطلوبی بین گاز و روغن شکل نگیرد.
• بین حالت مایع و گاز مبرد نباید اختلاف فشار بالایی وجود داشته باشد.
• فریون نباید برای قطعات سیستم خورنده باشد.
• ترکیبات شیمیایی فریون باید به گونه‌ای باشند که در صورت نشتی، محصولات موجود در سردخانه را آلوده نکنند.
• گاز مبرد نباید هادی الکتریسیته باشد.
• نباید موجب فرسایش سیم‌پیچ موتور شود.
• این گاز نباید با روغن کمپرسور ترکیب شود، بلکه باید بتواند با آن مخلوط گردد.

آیا گاز فریون سمی است؟

واقعیت این است که به‌جز هوای قابل تنفس اطراف ما، دیگر گازها همگی سمی هستند. چنانچه غلظت آن‌ها در محیط زیاد شود مانع رسیدن گاز اکسیژن به شش‌ها و در نتیجه خفگی خواهند شد. از این رو سمی بودن یا نبودن گاز مبرد یا فریون به غلظت آن در محیط وابسته است.

همچنین باید به ترکیبات سمی این گاز با مواد دیگر هم توجه داشت. به عنوان مثال مبردهای فلوئور کربنی در حرارت نسبتاً بالا با اکسیژن واکنش نشان داده و حتی در غلظت پایین هم به یک گاز بسیار سمی تبدیل می‌شوند.

ساختار گاز فریون

گازهای سرمایشی در آب حل نمی‌شوند و بی‌اثر بودن شیمیایی آن‌ها شگفت‌انگیز است. آن‌ها در اسیدهای معدنی غلیظ و داغ، پایدار می‌مانند و تحت تأثیر سدیم مذاب قرار نمی‌گیرند.

در لایه استراتوسفر جو، مولکول‌های گاز فریون با قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش خورشید از بین می‌روند.

بیش از 300 نوع گاز “فریون” وجود دارد. برخی از آن‌ها CFC هستند، برخی HCFC و بسیاری دیگر اتم کلر ندارند.

نکته: “فریون” یک نام تجاری است و اصطلاح صحیح آن “گاز مبرد” است.

انواع گاز مبرد یا فریون

گاز مبرد یا فریون دارای فرمول‌ها و انواع مختلفی است که در زیر به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

گازهای CFC (Chloro Fluoro Carbons)

کلروفلوئوروکربن‌ها یا (CFC ها) مبردهایی هستند که کلر دارند. البته استفاده آن‌ها از ابتدای دهه ۹۰ میلادی، به دلیل تأثیرات منفی زیست‌محیطی که داشتند، ممنوع شده‌ است. از جمله گازهای مبرد CFC می‌توان به R11، R12 و R115 اشاره کرد.

البته جایگزین کردن تجهیزات و سیستم‌هایی که از CFCها بهره می‌برند، هنوز به طور کامل در جهان انجام نشده و اتفاقاً برعکس، در بازار غیرقانونی رواج زیادی دارند. سازمان‌‌های آماری تخمین می‌زنند که بیش از 50% سیستم‌های سرمایشی مبتنی بر گازهای فریون CFC در جهان، هنوز فعال هستند.

از جمله گازهای مبرد CFC می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• R11
• R12
• R13
• R13b1
• R113
• R114
• R500
• R502
• R503

گازهای HCFC (Hydro Chloro Fluoro Carbons)

هیدروکلروفلوئوروکربن‌ها به تدریج در حال جایگزین شدن با  CFCها هستند اما این فرآیند به شدت هزینه‌بر است. همچنین مشکلات و تردیدهایی پیرامون میزان در دسترس بودن HCFCها وجود دارد که باعث شده تنها به عنوان یک جایگزین موقتی (تا سال 2030) باشند. اقدامات شتاب‌زده اتحادیه اروپا که منجر به ممنوعیت HCFCها برای استفاده در صنعت یخچال‌سازی و سیستم‌های تهویه مطبوع شد، برنامه‌ها و طرح‌های توسعه بهره‌برداری از این گاز را مختل کرد.

HCFC ها گاز کلر کمتری نسبت به CFCها دارند، که این به معنای برخورداری از شاخص ODP پایین‌تر است.

در زیر به رایج‌ترین انواع گازهای مبرد HCFC اشاره می‌کنیم:

• R22
• R123
• R401A
• R401B
• R402A
• R402B
• R403B
• R406A
• R408A
• R409A

گازهای HFC (Hydro Fluoro Carbons)

هیدروفلوئوروکربن‌ها مبردهایی هستند که کلر ندارند و شاخص ODP آن‌ها صفر است، از همین جهت به لایه اوزون آسیب نمی‌رسانند. با این حال، تأثیر آنان بر فرآیند گرم شدن جهانی در مقایسه با سرمازاهای سنتی بسیار زیاد است. در زیر به رایج‌ترین گازهای سرماساز HFC که از زمان ممنوعیت HCFCها در دسترس هستند، اشاره می‌کنیم:

• R23
• R134A
• R 404A
• R407A
• R422B
• R422C
• R422D
• R507
• R508B

گاز آمونیاک (NH₃)

آمونیاک یا R717، یک جایگزین جذاب برای مبردها است. این گاز از سال 1840 در سیستم‌های تبریدی و از سال 1860 در سیستم‌های فشرده‌سازی بخار استفاده شده است. با توجه به ویژگی‌های آن، باید NH₃ را به عنوان یک گاز سرماساز درجه یک در نظر گرفت. علاوه بر این، شاخص ODP آن نیز صفر است.

گرچه آمونیاک خود یک  گاز هشدار دهنده است (یعنی نشت‌های آن به راحتی از طریق بو قابل تشخیص هستند) اما حتی در غلظت‌های پایین نیز بسیار خطرناک است. این ویژگی، اصلی‌ترین دلیلی است که باعث شده تا استفاده از NH₃ به عنوان یک گاز یخچالی، همیشه با محدودیت‌های زیادی روبرو بوده باشد.

با این وجود استفاده از R717 همچنان در یخچال‌های تجاری بسیار رایج است.

گاز دی‌اکسید کربن (CO2)

دی‌اکسید کربن یا R744، دارای ویژگی‌های جذابی است، از جمله اینکه غیر قابل اشتعال بوده و موجب تخریب لایه اوزون نمی‌شود. علاوه بر این‌ها، به مقدار زیاد در دسترس بوده و تولید آن هزینه کمی دارد.

این قابلیت‌‌ها، باعث شده تا تلاش‌های زیادی برای تبدیل کردن گاز CO2 به اصلی‌ترین و رایج‌ترین سرماساز صورت بگیرد و از آن به عنوان یک جایگزین ایده‌آل برای فریون یاد شود.

جمع‌بندی انواع گاز مبرد و کاربردهای آن

در جدول زیر به طور خلاصه رایج‌ترین گازهای مبرد به همراه ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها را می‌بینیم:

عوارض گاز فریون

اگرچه گازهای مبرد، نقش حیاتی در سیستم‌های خنک‌کننده ایفا می‌کنند، اما می‌توانند خطراتی را هم برای انسان و هم محیط زیست به وجود بیاورند. مهم‌ترین آسیبی که این گازها به محیط زیست وارد می‌کنند، تخریب لایه اوزون است. این گازها در حالت عادی ایمن هستند اما نشت یا تماس مستقیم با آن‌ها می‌تواند خطرات جدی برای سلامتی انسان ایجاد کند. در ادامه به تفصیل درباره این خطرات می‌خوانیم:

تأثیرات استنشاق گاز مبرد

• استنشاق گاز مبرد به‌ویژه در فضاهای بسته و بدون تهویه، می‌تواند باعث تحریک سیستم تنفسی شود. این تحریک به شکل علائمی مانند سرفه، تنگی نفس و سوزش گلو بروز می‌کند.
• اگر گاز مبرد به مقدار زیاد نشت کند، به دلیل تراکم بالای آن در فضا، اکسیژن را جابه‌جا کرده و می‌تواند منجر به خفگی شود. این خطر در محیط‌های بسته یا بدون تهویه بیشتر است.
• استنشاق مقادیر زیاد این گاز باعث بروز علائمی مانند سرگیجه، سردرد، حالت تهوع و کاهش هوشیاری می‌شود. در موارد شدید، این علائم می‌توانند به بیهوشی یا حتی مرگ منجر شوند.

خطرات پوستی و چشمی

• گاز فریون در حالت مایع بسیار سرد است و تماس مستقیم با آن سرمازدگی شدید، قرمزی پوست و حتی سوختگی را به دنبال دارد. این امر به‌ویژه در هنگام نشت ناگهانی گاز یا تعمیرات نامناسب تجهیزات رخ می‌دهد.
• اگر گاز یا مایع مبرد با چشم‌ها تماس پیدا کند، باعث سوزش شدید، قرمزی، التهاب و حتی آسیب به قرنیه می‌شود. در صورت عدم درمان، حتی مشکلات بینایی دائمی را برای فرد همراه خواهد داشت.

تأثیرات سمی

گازهای مبرد ممکن است در شرایط خاص به مواد سمی تجزیه شوند. برای مثال:

احتراق برخی گازهای مبرد مانند HCFC ها یا CFC ها می‌توانند گازهای خطرناکی مثل فسژن  یا هیدروژن کلرید تولید کنند که سمی و مضر هستند. فسژن، یک گاز کشنده است که می‌تواند به طور مستقیم به ریه‌ها آسیب رسانده و باعث مرگ شود.

مشکلات قلبی و عصبی

برخی گازهای سرمایشی می‌توانند بر عملکرد قلب و سیستم عصبی تأثیر بگذارند.

استنشاق مقادیر زیاد گاز مبرد ممکن است باعث آریتمی قلبی (نامنظمی ضربان قلب) شود. همچنین استنشاق طولانی‌مدت یا مواجهه با گازهای مبرد مشکلاتی مانند تغییرات رفتاری، ضعف حافظه و کاهش تمرکز را به دنبال دارد.

اقدامات ایمنی استفاده از مبرد

برای جلوگیری از عوارض گاز فریون رعایت اقدامات زیر الزامی است:

• در فضاهای بسته که احتمال نشت گاز وجود دارد، تهویه مناسب برقرار کنید.
• هنگام کار با مبردها از دستکش، ماسک و عینک محافظ استفاده کنید.
• از ابزارهای تشخیص نشت گاز استفاده کرده و در صورت نشت، محیط را فوراً ترک کنید.

رنگ‌بندی گازهای مبرد یا فریون

گازهای مبرد یا فریون در قالب سیلندر‌هایی که هر کدام یک کد رنگی خاص دارند عرضه می‌شوند. چنانچه با این کدها آشنایی داشته باشید، از روی رنگ سیلندر می‌توانید نوع گاز فریون موجود در آن را تشخیص دهید.

رنگ‌بندی سیلندر رایج‌ترین انواع گازهای مبرد به صورت زیر است:

ظرفیت سیلندرهای گاز مبرد یا فریون در ایران

گازهای مبرد در بازار ایران تحت برندهای مختلفی، در قالب سیلندر عرضه می‌شوند. در زیر به میانگین ظرفیت سیلندرهای رایج‌ترین انواع فریون اشاره می‌کنیم:

• گاز R134a – میانگین 13/6 کیلوگرم
• گاز R22 – میانگین 13/6 کیلوگرم
• گاز R407c – میانگین 11/3 کیلوگرم
• گاز R410a – میانگین 11/3 کیلوگرم
• گاز R404a – میانگین 10/9 کیلوگرم
• گاز R507 – میانگین 11/3 کیلوگرم
• گاز R12 – میانگین 13/6 کیلوگرم

نکات و نمونه‌های مختلف از کاربرد انواع مختلف گاز مبرد

• گازهایR32 و R125 به‌ندرت به‌صورت خالص استفاده می‌شوند و بیشتر در ترکیباتی با خواص ترمودینامیکی مناسب به‌کار می‌روند.
• گازهایR245c و R245fa تقریباً به‌طور انحصاری در ایالات متحده و به‌صورت آزمایشی استفاده می‌شوند.
• گاز R404A به‌عنوان جایگزینی مناسب برای R502 در یخچال‌ها و فریزرها توسعه پیدا کرده است.
• گاز R134a اولین HFC بود که با موفقیت در یخچال‌سازی و تهویه مطبوع به کار گرفته شد، زیرا استفاده از آن تقریباً هیچ نیازی به تغییر تجهیزات طراحی شده برای گاز R22 نداشت. با این حال، کارایی آن حدود 40% از R22 پایین‌تر است.
• گاز R407C، مانند R134a، از نظر ترمودینامیکی عملکردی مشابه R22 دارد و به‌عنوان یک مبرد “drop in”  عمل می‌کند. با این حال، برخلاف R134a که یک ترکیب خالص به شمار می‌رود، برای استفاده در تجهیزات خانگی کوچک مناسب نیست.
• گاز R410A دارای خواص ترمودینامیکی بسیار جذاب، انرژی بالاتر از R22 و البته بدون لغزش است، بنابراین پس از نشت و پر کردن مجدد مشکلی ایجاد نمی‌کند. با این حال، فشار عملیاتی آن تقریباً دو برابر R22 است و نیاز به طراحی مجدد کل سیستم با کمپرسورها و شیرهای انبساط بزرگ‌تر دارد.
• گاز R507A در یخچال‌های صنعتی و تجاری استفاده می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله تلاش کردیم تا به صورت کامل و جامع به بررسی ویژگی‌ها و انواع گاز مبرد یا فریون اشاره کنیم. برای کسب اطلاعات بیشتر و خرید گاز مبرد می‌توانید با ما تماس بگیرید.