گاز مبرد یخچال چیست؟ بهترین مبرد برای یخچال

مبرد (Refrigerant) ماده‌ای است که باتوجه به نوع عملکردش در سیستم‌های برودتی مانند کولر خودرو، یخچال و سیستم‌های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماده مبرد می‌تواند به راحتی بین دو حالت مایع و گاز تغییر فاز داده و حالتش را تغییر دهد. از این ماده که به‌منظور کاهش دمای قسمتی مشخص از یک ناحیه در فرآیند تبرید بهره برده می‌شود، در سیستم‌هایی با سیکل تبرید تراکمی بخار، استفاده می‌شود. پیش از این در مقاله‌ای جداگانه در رابطه با اینکه مبرد چیست؟ صحبت نمودیم. در این مطلب تلاش داریم در رابطه با مبردهایی که در یخچال‌ها و فریزرها استفاده می‌شود، صحبت نماییم. پس در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید.

مبرد چیست؟

مبرد ماده یا ترکیبی از مواد است که در سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود. مبردها در اکثر چرخه‌های تبرید تغییر فاز داده و از مایع به گاز و سپس برعکس تبدیل می‌شوند. مهمترین خواص مبردها عبارتند از نقطه جوش پایین، نقطه انجماد بالا، ضریب انتقال حرارت بالا، فشار بخار بالا، پایداری شیمیایی و غیرقابل اشتعال بودن.

مبردها بر اساس ساختار شیمیایی خود به دو دسته کلی مبردهای هالوژن‌دار و مبردهای غیر هالوژن‌دار تقسیم می‌شوند. مبردهای هالوژن‌دار از ترکیبات کلر، فلوئور و هیدروژن ساخته می‌شوند. مبردهای هالوژن‌دار رایج‌ترین نوع مبردند و در اکثر سیستم‌های تبرید استفاده می‌شوند. مبردهای غیر هالوژن‌دار از ترکیبات غیر کلردار ساخته می‌شوند. مبردهای غیر هالوژن‌دار به دلیل اثرات زیست‌محیطی کمتر نسبت به مبردهای هالوژن‌دار، در حال افزایش محبوبیت هستند. مبردهای هالوژن‌دار اثرات زیست‌محیطی منفی دارند. این مبردها باعث تخریب لایه ازن شده و همچنین می‌توانند باعث گرمایش زمین شوند.

سیستم تبرید یخچال

سیستم تبرید یخچال یک سیستم مکانیکی است که از سیکل تبرید تراکمی برای سرد کردن فضای داخلی یخچال استفاده می‌کند. سیستم تبرید یخچال از پنج قسمت اصلی با نام‌های کمپرسور، کندانسور، فیلتر درایر، اواپراتور و لوله موئینه تشکیل شده است.

• کمپرسور: کمپرسور یک پمپ است که ماده مبرد را فشرده کرده و آن را به کندانسور می‌فرستد.
• کندانسور: کندانسور یک مبدل حرارتی است که ماده مبرد را از حالت گازی به حالت مایع تبدیل می‌کند.
• فیلتر درایر: فیلتر درایر رطوبت و ناخالصی‌های موجود در ماده مبرد را حذف می‌کند.
• اواپراتور: اواپراتور یک مبدل حرارتی است که ماده مبرد را از حالت مایع به حالت گازی تبدیل می‌کند.
• لوله موئینه: لوله موئینه یک عنصر انبساط است که فشار ماده مبرد را کاهش می‌دهد.

کمپرسور ماده مبرد را از حالت مایع به حالت گازی تبدیل می‌کند. ماده مبرد گازی وارد کندانسور شده و گرما را به محیط اطراف منتقل می‌کند. ماده مبرد گازی پس از انتقال گرما، سرد شده و به حالت مایع تبدیل می‌شود. ماده مبرد مایع وارد فیلتر درایر شده و رطوبت و ناخالصی‌های موجود در آن حذف می‌شود. سپس ماده مبرد مایع وارد اواپراتور شده و گرما را از فضای داخلی یخچال جذب می‌کند. ماده مبرد مایع پس از جذب گرما، بخار می‌شود. درنهایت بخار ماده مبرد وارد کمپرسور می‌شود و چرخه دوباره تکرار می‌شود.

سیستم تبرید یخچال یک سیستم بسته است که ماده مبرد در آن گردش می کند. ماده مبرد معمولاً یک گاز خنک کننده مانند R-134a یا R-600a است. این گازها دارای نقطه جوش پایینی هستند و به راحتی به حالت گازی تبدیل می‌شوند. سیستم تبرید یخچال یک سیستم مهم است که به حفظ مواد غذایی و نوشیدنی در دمای سرد کمک می‌کند.

گاز مبرد یخچال

نبود مبرد عملاً کاربرد یخچال را به طور کلی زیر سوال می‌برد. همان‌طور که اگر خون در رگ‌های انسان جاری نباشد، انسان توانایی زنده ماندن را ندارد یا اگر مایع خنک کننده در خودروها نباشد، ماشین‌ها توانایی حرکت را ندارند، در یخچال‌ها نیز اگر گاز مبرد وجود نداشته باشد، این دستگاه‌ها دیگر قادر به خنک سازی محتویات داخل خود نیستند و نقش یک انبار یا کابینت را پیدا می‌کنند.

گاز مبرد یخچال سیالی است که عمل خنک سازی را در یخچال و فریزر بر عهده دارد. این گاز قادر است از ترکیب چند گاز شیمیایی یا یک گاز واحد ساخته شود. هر دستگاه یخچال به کمک یک سیکل تبریدی عمل خنک سازی را انجام می‌دهد. به این شکل که سیال مبرد در حالت گازی وارد کمپرسور یخچال می‌شود. سپس در داخل کمپرسور فشار سیال بالا رفته و گرمای زیادی را دریافت می‌کند.

سپس این گاز که در حالت فوق داغ (سوپر هیت) قرار دارد، درون لوله‌های کندانسور به جریان در آمده، با از دست دادن دما به حالت مایع در می‌آید. پس از آن سیال مبرد با عبور از یک شیر فشار شکن، آمادۀ ورود به داخل محفظۀ یخچال یا همان اواپراتور می‌گردد. با عبور سیال از شیر فشار شکن، فشار آن کاهش یافته و در حالت مایع اشباع یا فوق سرد (سوپر کول) وارد اواپراتور می‌شود.

با چرخش سیال مبرد در داخل اواپراتور، گرمای داخل محفظۀ یخچال دریافت شده و عمل خنک سازی انجام می‌شود. سیال مبرد نیز با دریافت گرمای داخل یخچال مجدد به گاز تبدیل می‌شود. این مبرد می‌تواند یکی از انواع گازهای CFC (گاز فریون) باشد یا اینکه ترکیبی از این گازها را در خود داشته باشد. انتخاب نوع این گاز بستگی به نحوۀ طراحی شرکت، نوع کمپرسور و کارایی یخچال دارد.

تاریخچه یخچال و نحوه خنک سازی آن

تاریخچه یخچال به قرن‌ها پیش باز می‌گردد. انسان‌های اولیه از روش‌های مختلفی برای خنک سازی مواد غذایی استفاده می‌کردند، از جمله ذخیره مواد غذایی در زیرزمین یا غارها، استفاده از برف و یخ و استفاده از آب سرد. در قرن هفدهم، دانشمندان و مهندسان شروع به مطالعه و آزمایش روش‌های جدید خنک سازی کردند. در سال ۱۶۲۰، ویلیام کولن، استاد اسکاتلندی، یک ماشین خنک کننده با استفاده از پمپ خلاء ساخت. این ماشین هرگز به طور تجاری تولید نشد، اما اولین ماشین خنک کننده عملی بود.

در سال ۱۷۵۵، ویلیام کالن، مهندس اسکاتلندی، یک ماشین خنک کننده با استفاده از دی اتیل اتر ساخت. این ماشین نیز هرگز به طور تجاری تولید نشد، اما اولین ماشین خنک کننده بود که از مبرد استفاده می‌کرد.

در سال ۱۸۳۴، جیمز هاریسون، مهندس آمریکایی، یک ماشین خنک کننده با استفاده از آمونیاک ساخت. این ماشین اولین ماشین خنک کننده بود که به طور تجاری تولید شد. در سال ۱۸۵۱، جان کوریر، مهندس آمریکایی، یک ماشین خنک کننده با استفاده از سیکل تبرید تراکمی اختراع کرد. این ماشین اساس تمام ماشین‌های خنک کننده مدرن است.

اولین یخچال‌های خانگی در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم ساخته شدند. این یخچال‌ها بزرگ و گران بودند و فقط برای افراد ثروتمند قابل دسترس بودند. در سال ۱۹۱۲، آلفرد مولونز، مهندس آمریکایی، اولین یخچال خانگی با کمپرسور در زیر یخچال را اختراع کرد. این اختراع باعث کاهش اندازه و قیمت یخچال‌های خانگی شد و باعث شد یخچال‌ها برای طیف وسیع‌تری از مردم قابل دسترس شوند.

در سال ۱۹۲۲، کارل مونترز و بالتازار پلاتن، دو مهندس سوئدی، اولین یخچال خانگی با کمپرسور در بالای یخچال را اختراع کردند. این اختراع باعث کاهش بیشتر اندازه و قیمت یخچال‌های خانگی شد و باعث شد یخچال‌ها به یک وسیله ضروری در خانه‌ها تبدیل شوند.

انواع گاز مبرد یخچال

امروزه انواع مختلفی از گاز‌های مبرد تولید شده‌اند که هرکدام در وسایل خاصی، دارای کاربرد‌های متنوع هستند. برخی از مهم‌ترین گاز‌های مبرد برای یخچال، عبارت است از:

گاز R600A

این گاز یک نوع هیدروکربن از جنس متان است و کاملاً طبیعی ساخته می‌شود. این گاز به راحتی قابل دسترس است. گاز R600A که با نام ایزوبوتان نیز شناخته می‌شود، یک مبرد هیدروکربنی است که در یخچال‌ها، فریزرها و سایر سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود. این گاز دارای خواص زیر است:

• نقطه جوش: -11.8 درجه سانتیگراد
• نقطه انجماد: -118 درجه سانتیگراد
• فشار بخار: 100 بار در 25 درجه سانتیگراد
• ضریب انتقال حرارت: 0.085 کیلوکالری بر ثانیه بر متر مربع بر درجه سانتیگراد

گاز R600A به دلیل مزایای زیست‌محیطی خود، به عنوان یک جایگزین برای مبردهای هالوژن‌دار مانند R134a و R404A در حال افزایش محبوبیت است.

گاز فریزر R134A

در ابتدا از گاز‌های R12 استفاده می‌کردند که تأثیرات مخربی بر روی لایه اوزون داشت؛ اما امروزه گاز R134A جایگزین گاز R12 شده است. این نوع گاز در تولید سرما، کیفیت بسیار بالایی دارد.

R134a به عنوان تترافلورواتان (CF3CH2F) از خانواده مبرد HFC شناخته می‌شود و در اصل برای جایگزینی R12 در سیستم‌های AC خودرو ساخته شد. با کشف اثر مخرب مبردهای CFC و HCFC بر لایه ازن، خانواده مبرد HFC امروزه به‌طور گسترده‌ای به عنوان جایگزین آن‌ها استفاده می‌شوند.

این مبرد همان‌طور که گفته شد در حال حاضر به عنوان جایگزینی برای مبرد R-12 CFC در قسمت کمپرسورهای گریز از مرکز، روتاری، اسکرول و کمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده می‌شود.

گاز فریزر R290

در ابتدا از گاز‌های R22 استفاده می‌شد که بسیار مضر بودند، اما امروزه از یک نوع گاز پروپان به نام R290 استفاده می‌شود. نقطه جوش این گاز پایین است و یک نوع گاز بسیار پرکاربرد و مناسب محسوب می‌شود. این گاز به دلیل خواص ترمودینامیکی که دارد باعث ایجاد بازدهی بالا در مصرف انرژی می‌شود. این گاز نقطه جوش پایین‌تر به نسبت گاز R600A دارد و در نتیجه عملکرد بهتری نسبت به این گاز خواهد داشت. گاز R290 برای محیط زیست نیز ضرر نداشته و به راحتی می‌توانید از آن استفاده کرده و نگرانی از این بابت نداشته باشید.

گاز یخچال فریزر R410A

در بین یخچال سازان، گاز R410A محبوبیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا نقطه جوش آن فوق‌العاده پایین است. مبرد R410A در سال 1991 توسط شرکت هانیول امریکا، اختراع و ثبت شده و برای اولین بار شرکت کوپلند در سال 1996 در کمپرسورهای اسکرال تولیدی خود از این گاز بهره گرفت. در ادامه کمپانی‌های معظم دانفوس و کریر نیز کمپرسورهای سازگار با این گاز را ارائه دادند.

گاز یخچال فریزر R410A یک ترکیب شیمیایی از دو گاز R32 و R125 است. این گاز یک مبرد غیر هالوژن‌دار است و در یخچال‌ها، کولرهای گازی و سایر سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود. گاز یخچال فریزر R410A دارای خواص زیر است:

• نقطه جوش: -52 درجه سانتیگراد
• نقطه انجماد: -101 درجه سانتیگراد
• فشار بخار: 100 بار در 25 درجه سانتیگراد
• ضریب انتقال حرارت: 0.075 کیلوکالری بر ثانیه بر متر مربع بر درجه سانتیگراد

گاز یخچال فریزر R410A به دلیل مزایای زیست‌محیطی خود، به عنوان یک جایگزین برای مبردهای هالوژن‌دار مانند R22 و R404A در حال افزایش محبوبیت است.

گاز فریزر R404

گاز مبرد R404 یکی از پرکاربردترین گاز‌های موجود در سیستم‌های سرمایشی است و کیفیت بسیار خوبی دارد. در کارخانجات، فروشگاه‌ها، سردخانه‌ها، یخچال فریزر و … از این نوع گاز استفاده می‌شود. گاز R404 یکی از بهترین انواع گاز مبرد یخچال فریزر است و کاربرد زیادی در سیستم‌های برودتی صنعتی دارد. این گاز که جایگزینی مناسب برای گاز R502 و R22 است، برای کاربری‌های دمای پایین و متوسط، کاربرد دارد. گاز R404 برای سیستم‌های برودتی در کارخانه‌ها، فروشگاه‌های بزرگ، سردخانه‌های متحرک مانند کامیونت‌ها، نیسان‌ها و تریلرهای یخچالی، قابل استفاده است.

گاز فریزر R401A

خالی شدن گاز یخچال

اگر میزان مبرد موجود در یخچال کاهش یابد یا به طور کامل خالی شود، عمل سرمایش مختل شده و به شکل صحیح صورت نمی‌گیرد. در نتیجه دمای درون محفظۀ یخچال بالا رفته و به مرور محصولات داخل یخچال فاسد یا خراب می‌شوند. اما چرا باید گاز مبرد خالی شود و چه اتفاقی برای آن می‌افتد؟ با توجه به این که سیکل تبریدی یخچال یک سیکل بسته است، به طور طبیعی خالی شدن مبرد باید دلیلی مشخص مثل سوراخ شدن خطوط لوله داشته باشد. به طور کلی مسئلۀ خالی شدن گاز یخچال را می‌توان در چند مورد زیر یافت:

1. ایجاد نشتی در بخش کندانسور یا اواپراتور
2. ایجاد نشتی در خطوط لوله
3. ایجاد مشکل در بخش کمپرسور یخچال
4. بالا رفتن سن یخچال و کاهش حجم مبرد با گذشت زمان