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 ۳۰۰ 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 ۵۰% 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 ۲۰۳۰) 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 ۱۸۴۰ در سیستم‌های تبریدی و از سال ۱۸۶۰ 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.