آشنایی با سردخانه‌های فریونی و مزایا و معایب آنها

سردخانه های فریونی امروزه به شکلی گسترده مورد ساخت و بهره برداری قرار می گیرد. استفاده از سیال فریون برای طراحی سیکل های تبرید سردخانه ای زمانی صورت می گیرد که نیاز به سردخانه ها با ظرفیت پایین تر داشته باشیم. مبرد فریون در چنین مواقعی انتخابی مناسب محسوب می شود. نکتۀ مثبت دیگر سیال های فریونی غیرسمی بودن و غیرقابل اشتعال بودن آن هاست. در این یادداشت تحت عنوان سردخانه فریونی چیست قصد داریم دربارۀ این مدل از سردخانه های صنعتی، چگونگی طراحی آن ها و مزایا و معایب آن ها صحبت کنیم.

ساخت سردخانه های فریونی

در ابتدا به سراغ سردخانه ها و یخچال های صنعتی برویم. امروزه برای ذخیره سازی مواد غذایی، صنعتی، دارویی، نساجی، پتروشیمی و هر ماده ای که در دماهای بالا خیلی زود فاسد می شود، از یخچال های بزرگ و سردخانه ها کمک گرفته می شود. این سردخانه ها می توانند به صورت مرکزی طراحی و ساخته شوند و یا اینکه به صورت پیش ساخته خریداری و نصب گردند. امروزه کسب و کارهای بسیاری هستند که رو به استفاده از سردخانه ها آورده اند. سردخانه هایی که در ظرفیت های نگهداری متفاوت و با شرایط مختلفی طراحی و ساخته می شود.

در طراحی سردخانه های صنعتی اغلب از دو دسته سیال مبرد خاص استفاده می شود که یکی از آن ها آمونیاک است و دیگری مبردهای فریونی هستند. استفاده از این دو سیال به شرایط محیطی و انتظاراتی که از سردخانه داریم بستگی دارد. به طور کلی می توان گفت که در مواقعی از سردخانه های فریونی استفاده می شود که نیاز به سردخانه ای با ظرفیت نگه داری متوسط رو به پایین داشته باشیم.

طراحی این سردخانه ها درست مانند سردخانه های آمونیاکی صورت می گیرد و تنها تفاوتی که در اینجا وجود دارد، استفاده از یک سیال مبرد دیگر است.

آشنایی با گاز فریون

امروزه در بسیاری از دستگاه های سرمایشی منزل، خودرو و دستگاه های صنعتی از گاز فریون یا ترکیب های متفاوتی از این گاز برای خنک سازی استفاده می شود. البته در حال حاضر محدودیت هایی نیز برای استفاده از گاز فریون در نظر گرفته شده که به شرکت های سازنده اجازه نمی دهد به طور مستقیم از گاز فریون استفاده کنند. فریون در حقیقت نام تجاری در نظر گرفته شده برای یک سری ترکیبات شیمیایی است که به اسم کلروفلوئروکربن ها (CFC) شناخته می شوند. این ترکیبات شیمیایی بی رنگ بوده، بوی خاصی ندارند و در گذشته (اواخر قرن بیستم به این سمت) به صورت عمده برای طراحی و ساخت دستگاه های سرمایشی از آنها استفاده می شد. فریون 12 و فریون 22 از جمله پرکاربردترین کلروفلوئورورکربن های آزمایشگاهی بودند.

اما به این خاطر که گاز فریون موجب تخریب لایۀ اوزون می شد، طی یک توافقنامه در سال 1987 استفاده از این گاز محدود و بعدها ممنوع شد. ممنوعیتی که سبب شد تا تولید کننده های صنعتی به سراغ دیگر ترکیبات شیمیایی برای طراحی یخچال ها و سردخانه ها بروند. امروزه از گروه دیگری از ترکیبات فریونی استفاده می شود که مشکل تخریب لایۀ اوزون را ندارند و اثرات نامناسبشان روی طبیعت بسیار کمتر است. برای مثال فریون 134 (R134) یا گاز فریون 404 (R404) از این دست هستند. البته همچنان این ترکیبات می توانند روی گرمایش زمین تأثیر منفی گذارند. اما با این حال در برخی از کشورها مورد استفاده قرار می گیرند.

آشنایی با ساختمان سردخانه های صنعتی

آشنایی نسبی با چگونگی طراحی و ساخت سردخانه های صنعتی کمک می کند تا بهتر متوجه چگونگی کارایی سردخانه های فریونی شویم. در ساخت و طراحی سردخانه ها به طور کلی از سیکل تبرید سیال استفاده می شود. سیکلی که بر مبنای سیکل ماشین کارنو و به شکل برعکس عمل می کند. سیکلی که در علم ترمودینامیک آن را سیکل یخچال یا همان سیکل تبرید می نامند. در این سیکل لازم است انرژی مشخصی را به چرخۀ مورد نظر وارد کنیم، تا طبق اصول ترمودینامیکی گرما از محیطی با دمای بیشتر به محیطی با دمای کمتر انتقال داده شود. این کار در سردخانه ها در چهار مرحلۀ کلی صورت می گیرد.در ادامه با فرض اینکه داریم دربارۀ این سردخانه ها استفاده می کنیم، چگونگی این سیکل را تشریح کرده ایم :

مرحلۀ اول: فشرده سازی سیال فریون

در نخستین مرحله سیال فریون به کمک دستگاه های کمپرسور فشرده شده، دما و فشار آن بالا می رود. نوع کمپرسور سردخانه ها با توجه به ظرفیت سرمایشی و نیاز سردخانه مشخص می شود. گاهی نیز از دو تا چند کمپرسور به صورت همزمان در سیکل تبرید سردخانه کمک گرفته می شود که این رویکرد به این خاطر است که در صورت خرابی یکی از کمپرسورها و خارج شدنش از مدار، سردخانه همچنان بتواند عمل خنک سازی محصولات را انجام دهد و خسارت بیشتری به کاربر وارد نگردد.

مرحلۀ دوم: ورود به کندانسور

دومین مرحله، ورود سیال فریون به بخش کندانسور سردخانه است. در این مرحله سیال فریون طی یک فرایند فشار ثابت، دمای خود را از دست داده، خنک می شود. عمل خنک سازی سیال مبرد می تواند به کمک فن های هوا و یا یک کویل حرارتی پوسته – لوله انجام گیرد. اتفاقی که در بخش کندانسور می افتد این است که سیال به حالت مایع اشباع می رود و در نقطۀ خروجی ما مبرد فریون را در فاز مایع اشباع در اختیار خواهیم داشت که آمادۀ ورود به مرحلۀ سوم سیکل می شود.

مرحلۀ سوم: عبور از شیر انبساطی

سیالی که از کندانسور خارج می شود، همچنان تقریباً فشار اولیۀ خود را داراست. در این مرحله از یک شیر انبساط استفاده می شود که با افزایش یکبارۀ حجم سیال مبرد، باعث افت فشار ناگهانی آن می گردد. عملی که نتیجه اش تبدیل شدن سیال مبرد به گاز فریون است. سیال دو فازی در حالت اشتباع سپس وارد اواپراتور می گردد.

مرحلۀ چهار: ورود به اواپراتور

جذب گرمای سردخانه درست در این مرحله اتفاق می افتد. سیال مبرد که دمای پایینی دارد، به خاطر اختلاف دمایی که با محیط دارد، آمادۀ دریافت گرمای محیط است. امری که موجب می شود دمای سردخانه پایین بیاید و در عوض دمای گاز فریون بالاتر رفته، به صورت تمام به گاز اشباع یا بخار داغ تبدیل می گردد. عمل انتقال حرارت بین محیط داخلی سردخانه و سیال مبرد می تواند به کمک یک کویل حرارتی پوسته – لوله انجام گیرد. البته اگر سردخانه از نوع کوچک باشد، می توان به صورت مستقیم از خود سیال مبرد هم برای خنک سازی محیط استفاده کرد. گاز فریون پس از اینکه از اواپراتور سردخانه برگشت خورد، مجدداً آمادۀ ورود به کمپرسور خواهد بود.

مزایای استفاده از سردخانه های فریونی

سؤالی که پیش می آید این است که چرا باید به سراغ سردخانه های فریونی رفت و از این سردخانه ها برای سرمایش و نگهداری مواد فسادپذیر خود استفاده کرد؟ برای پاسخ به این سؤال لازم است به بررسی مزایای این سردخانه ها برویم. فهرست زیر مهم ترین مزایای استفاده از سردخانه هاست:

• طراحی سردخانه های کوچک و با ظرفیت پایین : استفاده از سیال فریون برای طراحی سردخانه های با ظرفیت پایین تر انتخاب مناسبی است. به شکلی که هزینه های جاری سردخانه ها و ساخت آن را تا حد زیادی پایین می آورد.
• غیر سمی بودن مبرد فریونی : ترکیبات فریونی سمی نیستند و در صورت انتشار در محیط مشکلی برای اشخاص یا محصولات موجود در سردخانه ایجاد نمی کند.
• غیرقابل اشتعال بودن سیال مبرد : گاهی حفظ ایمنی سردخانه و ضد حریق بودنش اهمیت بالایی برای کاربر دارد. با توجه به اینکه ترکیبات فریونی قابل اشتعال نیستند، استفاده از آن ها برای طراحی سردخانه های ضد حریق گزینۀ مناسبی است.
• قوانین و مقررات ایمنی ساده : به این خاطر که گاز فریون نه سمی است و نه قابلیت اشتعال دارد، نیازی نیست که برای محیط سردخانه قوانین سختی را وضع کرد. استفاده از چنین سردخانه هایی برای تولیدی ها و شغل های ساده گزینۀ مناسبی است.
• هزینه های پایین نگهداری و تعمیر سردخانه : گاز فریون نسبت به دیگر سیال های مبرد ارزان قیمت‌تر است و به علاوه مشکلات کمتری را برای سیستم های سرمایشی ایجاد می کند. به همین خاطر هزینه های تعمیرات و نگهداری مربوط به سردخانه را تا حد بالایی کاهش می دهد.

معایب استفاده از سردخانه های فریونی

طبیعی است که همواره در کنار مزایای یک دستگاه صنعتی، معایبی نیز وجود داشته باشد. اگر قرار باشد به معایب ترکیبات فریونی اشاره کنیم، به فهرست زیر خواهیم رسید:

• ناسازگاری با محیط زیست : با اینکه اصلاحات صورت گرفته روی ترکیبات فریونی تا حد زیادی مشکلات محیط زیستی آن ها را برطرف کرده، اما همچنان نمی توانیم از اثرات گلخانه ای این ترکیبات شیمیایی چشم پوشی کنیم.
• بدون بو و رنگ بودن گازهای فریونی : به این خاطر که ترکیبات فریونی رنگ و بوی خاصی ندارند، در صورت نشت کردن خطوط لوله، خیلی دیر می توان متوجه عملکرد ناصحیح سردخانه شد. مشکلی که گاهی ضررهای زیادی به محصولات وارد می کند.
• محدودیت های بهداشتی و استانداردهای وضع شده : طراحی سردخانه های فریونی گاهی با سختگیری های بهداشتی و استانداردهای محیط زیتس روبرو می شود. البته این مشکل با به روز شدن ترکیبات فریونی تا حد زیادی رفع شده است.
• قیمت بالای ترکیبات فریونی : ترکیبات شیمیایی فریونی در محیط های آزمایشگاهی تولید می شوند و قیمت بالایی نسبت به دیگر سیال های مبرد دارند. به همین خاطر اگر سیکل سردخانه دچار نشتی شود، لازم است مجدداً شارژ شود که هزینه ای یکباره ایجاد می کند.

جمع بندی

سردخانه های فریونی دسته ای از سردخانه های صنعتی هستند که امروزه به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از کسانی که در صنایع غذایی، دارویی و … فعالیت دارند و یا اقدام به ذخیره سازی محصولات کشاورزی می کنند، از سردخانه های فریونی بهره می برند. دلیل نام گذاری این سردخانه ها، استفاده از ترکیبات فریونی به عنوان سیال مبرد در دستگاه است. ترکیبات فریونی از جمله گازهای آزمایشگاهی‌ای هستند که ظرفیت گرمایی بالایی دارند و می توان از آن ها برای طراحی سیکل های تبریدی کمک گرفت. از جمله مزایای این سردخانه ها می توان به هزینه های پایین طراحی و راه اندازی آن در ظرفیت های پایین اشاره کرد. به علاوه که گاز فریون سمی و اشتعال پذیر هم نیست و این مورد در مسائل ایمنی سردخانه اهمیت بالایی دارد.