انواع مبرد های طبیعی در چرخه تبرید

تبرید چیست؟

در علم ترمودینامیک به هر تحولی که در آن حرارت گرفته شود تبرید (Refrigeration) گفته میشود. تبرید یا سرد کردن یا برودت مراحلی است که طی آن دمای فضایی مشخص یا یک جسم مورد نظر به پایین تر از دمای محیط اطراف می رسد. به بیان ساده تر جذب حرارت از فضای مشخص یا یک جسم مورد نظر و دفع آن حرارت به محیط خارج را تبرید می گویند.

 

 

تعریف مبرد چیست؟

در تحولات برودتی ماده جذب کننده حرارت را “مبرد (Refrigrant)” میگویند. در صنعت تبرید تراکمی تبخیری برای جذب حرارت از جسم مورد نظر از ماده ای بنام “مبرد” یا “سرمازا” استفاده می کنند. در کلیه سیستم های سرد کننده تراکمی از وجود یک ماده مبرد در یک مدار بسته و نفوذ ناپذیر استفاده می شود در این سیستم ها عمل سرد کردن بطور پیوسته و متوالی انجام می گیرد.

در سیستم های سردخانه صنعتی و یخچال فروشگاهی صنایع برودتی انجماد سیستم از مبردهای R-22 و  R-404A استفاده می شود.

چرخه تبرید به زبانی ساده

هنگامی که ماده مبرد از حالت مایع به حالت بخار تغییر فاز می دهد، گرما جذب میکند. این عمل در بخشی به نام اواپراتور یا تبخیر کننده، بعد از خروج از شیر انبساط در فشار و دمای پایین رخ می دهد. در این مرحله، ماده ای مانند هوا در سطح اواپراتور سرد می شود.

بطور کلی یک ماده مبرد بایستی نیازهای زیر را تامین نماید.

• در درجات دمای عادی کارکرد دستگاه به سادگی قادر به جذب و دفع حرارت باشد.
• به منظور تولید سرمای مداوم و با رعایت مسئله اقتصادی، این ماده سال ها باید پایدار بوده و دوام داشته باشد.
• در صورت نشت ماده مبرد به بیرون از سیستم تبرید، نباید خطر صدمات جانی، آتش سوزی یا آسیب به لوازم دیگر وجود داشته باشد.

انواع مبردها کدامند؟

در صنعت تبرید تعداد زیادی مواد مبرد مورد استفاده قرار می گیرد بطورکلی انواع مواد مبرد به شکل زیر طبقه بندی شده اند:

1. کلرو فلوروکربن ها (CFC) : این مبردها حاوی کلر هستند به دلیل آثار مخربی که روی محیط زیست دارند از دهه 90 از چرخه تولید خارج شده اند. مبرد R-11 , R-12 و R-115 از این خانواده می باشند.

2. هیدرو کلرو فلورکربن ها (HCFC) : مبردهای HCFC به عنوان جایگزین موقت مبردهای CFC‌ تا سال 2035 در نظر گرفته شده اند.این مواد در مقایسه با مبردهای CFC دارای مقدار کلر کمتری هستند. یعنی اثرات تخریب آنها روی لایه ازن کمتر است. مبردهای R-124 , R-123 , R-22 از جمله HCFC‌ میباشند.

3. هیدرو فلورو کربن (HFC) : این مبردها به دلیل عدم وجود کلر هیچ صدمه ای از انتشار آنها به لایه ازن وارد نمی شود. در جدول(1) جایگزین مبردهای مخرب لایه ازن نشان داده شده است.

4. هیدرو کربن ها (HC): هیدوروکربن های خالص،دبازدهی (ضریب عملکرد)نسبتا خوبی دارند که ناشی از خواص ترمودینامیکی مطلوب این مبردهاست. متداول ترین مبردهای هیدروکربنی مورد استفاده شامل ایزو بوتان(R-600a) ، پروپان (R-290) هستند که با استاندارد روغن ها و مبردها سازگاری دارند. البته تمامی مبردهای هیدروکربنی به شدت اشتعال پذیر هستند و از این رو ، اقدامات احتیاطی ایمنی باید در هنگام استفاده از آن ها رعایت شود.

مبردهای طبیعی

مبردهای طبیعی موادی هستند که به طور طبیعی در محیط زیست وجودارند . مبردهای طبیعی از عناصری شامل : هیدروژن ، اکسیژن ، کربن و نیتروژن تشکیل می شود و شامل دی اکسید کربن ، آمونیاک ، آب و هوا می شوند که آنها هیچگونه آثار تخریبی روی لایه ازن ندارند .

 

 

در این دسته از مبردها، مبرد دی اکسیدکربن (R-744 ) غیرقابل اشتعال، غیر مخرب برای لایه ازن و دارای درجه سمی بودن بسیار پایین می باشد و تهیه آن بسیار آسان در هزینه پایین است.

نام مبرد قدیمی	جایگزین	کاربرد
R-12	R-134a	یخچالهای خانگی و فروشگاهی – تهویه مطبوع
R-502	R-404a*	یخچال های تجاری و فروشگاهی – سردخانه زیر صفر
R-22	R-407C**	سردخانه های زیر صفر – سیستم های تهویه مطبوع

• مبرد R-404A مخلوط زئوتروپیک بوده و از سه مبرد R-134a , R-143a , R-125 تشکیل شده است.
• مبرد R-407C نیزمخلوط زئوتروپیک بوده است وازسه مبرد R-134a , R-125 , R-32 تشکیل شده است.

ضریب تخریب لایه اوزون ODB

این ضریب توانایی ماده مبرد در تخریب لایه ازن را مشخص می کند. مواد سرمازای شامل کلروفلوروکربن ها مانند R-11  و R-12  با داشتن اثر تخریبی بیشتر لایه ازن به تدریج حذف شده ودارای مبردهای جایگزین است. مبرد R-11  دارای ODP=1 بوده و سایر مواد سرمازا نسبت به آن سنجیده می شوند.

ضریب پتانسیل گرمایش جهانی GWP

پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) یا Global Warming Potentional معیاری نسبی است که مشخص می کند مقدار مشخصی ار یک گاز گلخانه ای چه سمی در گرمایش جهانی کره زمین دارد . پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) نسبت به دی اکسیدکربن بیان می شود که مقدار (GWP) آن برابر یک است.

شرح سیکل تبرید تراکمی تبخیری

فرآیند سرد سازی در تمامی محصولات تولیدی صنایع برودتی انجماد سیستم در یک سیکل تراکمی تبخیری صورت میگیرد که به شرح این فرآیند میپردازیم.

 

 

قسمت های اصلی

یک سیکل تبرید تراکمی تبخیری از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

1. کمپرسور
2. کندانسور
3. شیر انبساط
4. اواپراتور

در سیکل تراکمی تبخیری پس از ورود ماده مبرد به کمپرسور گاز مبرد داغ و فشرده شده و از طریق لوله رانش به سمت کندانسور هدایت می شود. گاز داغ تحت فشار در کندانسور مقداری از حرارت خود را به هوا انتقال می دهد. ماده مبرد که به این ترتیب مقداری از گرمای خود را از دست داده است تحت فشار ثابت به صورت مایع در آمده و در انتها به رسیور وارد می شود. مایع مبرد تحت فشار از طریق مدار مایع پس از عبور از فیلتر درایر به اواپراتور روانه می گردد. ماده مبرد از شیر انبساط عبور داده شده تا در اثر انبساط ، فشار آن یک مرتبه کاهش یافته و در ورود به اواپراتور به شکل مخلوط مایع و گاز کم فشار در می آید.

مبرد به حالت گاز و مایع در حین عبور از اواپراتور دائما گرمای محیط را جذب نموده و به محض اینکه به انتهای خروجی اواپراتور می رسد کاملا به شکل گاز در آمده و آنگاه از طریق لوله مکش وارد کمپرسور شده و چرخه فوق تا زمانی که جریان برق در کمپرسور برقرار است تکرار می شود.