مبرد و کاربرد های آن

در سیکل تبرید تراکمی چهار عضو اصلی آن یعنی کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور با تغییر فاز دادن یک سیال باعث انتقال حرارت از داخل به محیط بیرون می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با این سیکل می‌توانید مقاله مربوط به آن را مطالعه نمایید. این سیال که با نام مبرد یا سردکننده شناخته می‌شود، ماده یا ترکیبی از مواد است، که معمولاً به شکل سیال بوده و در سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود. مبردها در اکثر چرخه‌های تبرید تغییر فاز داده و از مایع به گاز و سپس برعکس تبدیل می‌شوند، که با این کار می‌توانند حرارت را جذب سپس دفع نمایند. این مبردها با شماره نامگذاری می‌شدند مثل R22  یا R134  و … در این مقاله قصد داریم با انواع مبرد و روش نامگذاری آنها آشنا شویم.

تاریخچه مبرد (Refrigerant)

در اواسط قرن نوزدهم که کولر گازی اختراع و روانه بازار شد از اتر (ether) به عنوان گاز مبرد در آن استفاده می‌شد. بعد از گذشت سال‌ها از دیگر مواد مانند دی‌اکسید کربن و یا آمونیاک در کولر گازی استفاده می‌شد. پس از گذشت چند دهه و پیشرفت علم، تولید ابزار و تجهیزات پیشرفته‌تر و همچنین توجه به محیط زیست و ایمنی استفاده از این مبردها به دلیل داشتن مشکلات ایمنی و همچنین سمی و قابل اشتعال بودن، منسوخ شد. اولین مبرد CFC یا کلروفلروکربن در سال 1926 میلادی توسط مهندس مکانیک آمریکایی به نام Thomas Midgley با نام تجاری R22 کشف و ارائه شد.

انواع مبرد

مبردها را بر اساس ترکیبات و ساختار شیمیایی دسته‌بندی می‌کنند. در یک دسته‌بندی کلی مبردها به پنج گروه تقسیم می‌شوند :

هالوکربن‌ها

هیدروکربن‌ها (مواد آلی)

ترکیبات معدنی

ترکیبات ایزوتروپیک

ترکیبات زیوتروپیک

هالوکربن ها

متشکل از اتم‌های کلر، بروم، ید و فلور هستند. این دسته یکی از پرکاربردترین نوع مبردها هستند. گاز فریون اشاره به این نوع مبردها دارد که در حقیقت یک نام تجاریست، مثل آرکتون، ایزوترون و… همچنین در این دسته‌بندی اگر از گاز کربن نیز استفاده شود به آن کلروفلوروکربن به اختصار CFC می‌گویند. از معروفترین CFCها می‌توان به R11 ،R12 ،R113 ،R22 و… اشاره کرد.

هیدروکربن ها

هیروکربن ها یا مواد آلی، از دسته مبردهایی هستند که در ترکیبات آنها عناصر کربن و هیدروژن وجود دارد. مثل متان (R50)، اتان (R170)، پروپان (R290) و …. این نوع مبردها با وجود قیمت پایین‌تر و اثرات مخرب زیست محیطی کمتر، به علت اشتعال پذیری بالا از محبوبیت کمتری برخوردارند.

ترکیبات معدنی

ترکیبات معدنی عبارتند از کلیه ترکیبات شیمیایی که منحصراً شامل عوامل شیمیایی آلی (مانند ترکیبات با پیوند کربن-هیدروژن) در ساختار مولکولی خود نباشند. از انواع گازهای معدنی در انواع مبرد استفاده می‌شود، که معروفترین آن آمونیک R717 می باشد. از گاز کربن دی اکسید R744  نیز در گذشته استفاده می‌شد.

انواع مبرد

ترکیبات ایزوتروپیک

این ترکیبات در اصل مخلوطی از دو یا چند مبرد هستند به طوری که بعد از مخلوط شدن یک ماده واحد را تشکیل می‌دهند. خواص ماده جدید با هر کدام از مواد تشکیل دهنده آن متفاوت است. درصد مواد تشکیل‌دهنده ترکیبات ایزوتروپیک در حالت‌های گاز و مایع برابر است.

از معروفترین مبردهای ایزوتروپیک می‌توان به R502، اشاره کرد که ترکیبی است از 48.8% گاز R22 و 51.2% R115 . همچنین مبردهای R500، R503 و R504 از این خانواده می‌باشند.

ترکیبات زیوتروپیک

این ترکیبات مخلوطی از دو یا چند مبرد هستند که بعد از مخلوط شدن یک ماده واحد را تشکیل می‌دهند. بر خلاف ایزوتروپیک‌ها در حالت‌های گاز و مایع نسبت برابری ندارند. از این نوع مبردها می‌توان به R407  اشاره کرد.

شماره سری‌های مبردها به قرار زیر است.

مبردهای بر پایه متان با سری 000 نام گذاری می‌شوند. مثل R22

مبردهای بر پایه اتان با سری 100 نام گذاری می‌شوند. مثل R134

مبردهای بر پایه پروپان با سری 200 نام گذاری می‌شوند. مثل R290

مبردهای دارای ترکیبات حلقوی با سری 300 نام گذاری می‌شوند. مثل R318

مبردهای زیوتروپیک با سری 400 نام گذاری می‌شوند. مثل R410

مبردهای ایزوتروپیک با سری 500 نام گذاری می‌شوند. مثل R504

مبردهای آلی متفرقه با سری 600 نام گذاری می‌شوند. مثل R600

مبردهای معدنی با سری 700 نام گذاری می‌شوند. مثل R717 یا همان آمونیاک

روش نامگذاری مبردها

همانطور که دیدیم، مبردهای مورد استفاده در صنعت تبرید دارای نامهایی هستند که از ترکیب حرف انگلیسی R و یک عدد دو یا سه رقمی است. اما این اعداد به چه معناست؟ در این قسمت به پرسش پاسخ می‌دهیم.

در قسمت‌های قبل اشاره شد که مبردها از ترکیبات شیمایی هستند که از اعناصر مختلفی همچون فلور، هیدروژن و کربن تشکیل شده‌اند. برای نامگذاری آنها از ترکیب حرف R که مخفف Refrigerant که معادل مبرد یا سرد کننده است و یک عدد که در حقیقت نشان‌دهنده تعداد اتم‌های هر یک از عناصر فلور، هیدروژن و کربن است، استفاده می‌شود. به این شکل:

اولین عدد از سمت راست معرف تعداد اتم‌های فلور است.

دومین عدد از سمت راست معرف تعداد اتم‌های هیدروژن به اضافه یک است.

سومین عدد از سمت راست معرف تعداد اتمی‌های کربن منهای یک است. اگر عدد سوم از سمت راست صفر باشد، یعنی در ترکیب مبرد یک اتم کربن وجود داشته باشد، عدد صفر نوشته نمی شودِ مثل R12.

برای تشریح موارد گفته شده یک مثال را بررسی می‌کنیم. به عنوان مثال مبرد R134 را در نظر بگیرید.

عدد چهار تعداد اتم‌های فلور، عدد سه تعداد اتم‌های هیدروژن به اضافه یک یعنی دو اتم و عدد یک تعداد اتم‌های کربن منهای یک یعنی دو اتم است. با این توصیف فرمول شیمیایی  این گاز  می‌باشد.