گاز کولر خودرو، انواع و خواص آن

گاز کولر خودرو چیست؟ خواص ایدئال آن چیست؟ فرمول شیمیایی آن کدام است؟ آیا همه سیستم‌های تهویه دارای یک نوع گاز هستند؟ در مقاله‌های قبلی در مورد اجزا اصلی سیستم تهویه مطبوع خودرو معرفی شد، یکی از این اجزا گاز مبرد یا به‌اصطلاح بازار گاز کولر است. در این مقاله در مورد این عضو مطالبی بیان خواهد شد. سطح مقاله مقدماتی است؛ بنابراین برای تمامی علاقه‌مندان به صنعت و تکنولوژی خودرو قابل‌استفاده است. اگر چه پیشنهاد می‌شود قبل از این بخش، مقاله اجزا سیستم کولر خودرو مطالعه شود.

سیستم تهویه‌مطبوع خودرو

همانطور که از قبل بیان شد در واقع هدف سیستم تهویه‌مطبوع خودرو ایجاد دمای معتدل و مطبوع داخل کابین است به همین دلیل گاهی نیاز به ایجاد سرمایش و گاهی نیاز به ایجاد گرمایش دارد، بنابراین به‌صورت منطقی این مجموعه از دو زیر سیستم تشکیل شده است. زیر سیستم کولر برای ایجاد سرمایش و سیستم بخاری برای ایجاد گرمایش در از زیر سیستم‌های اصلی تهویه‌مطبوع به شمار می‌روند.

دوره آموزشی برق خودروهای داخلی در دانشگاه صنعتی شریف

وظیفه گاز کولرخودرو
گاز کولر خودرو یا مایع مبرد یا گاز مبرد یا سیال مبرد (refrigerant)، سیالی است که فرایند انتقال حرارت در سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود تا حرارت از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل شود، اگر این فرایند باعث کاهش حرارت در مقصد شود، فرایند را سرمایش و اگر باعث افزایش حرارت در مقصد شود، فرایند را گرمایش می‌نامند. در خودرو هدف اصلی فرایند سرمایش است.

روش انتقال حرارت توسط گاز مبرد
روش انتقال حرارت در سیستم‌های تبرید بسیار ساده است و از تبدیل حالت سرچشمه می‌گیرد. به‌صورت بسیار ساده می‌توان گفت مواد با کمک تغییرات دما و فشار تغییر حالت می‌دهند؛ بنابراین می‌توان هنگام تغییر حالت، تغییرات دمایی نیز ایجاد کرد. به‌عنوان‌مثال ساده فرایند تعریق در بدن یکی از روش‌های انتقال حرارت است. هنگامی که بدن عرق می‌کند، قطرات عرق روی پوست ظاهر می‌شوند. این قطرات عرق، برای اینکه از حالت مایع به حالت بخار درآیند نیاز به گرما دارند. آنها این گرما را از طریق گرمای بدن و پوست جذب می‌کنند. در نتیجه احساس می‌کنیم که خنک‌تر می‌شویم. سیستم تبرید هم به این صورت است. شکل 1 این پروسه را به صورت بسیار ساده نشان می‌دهد.

فرایند دفع حرارت به بیرون (condoncing)
فرایند جذب حرارت از بیرون (Evaprationg)

شکل 1-فرایند تبرید

سیال فشرده شده به سمت کندانسور (رادیاتور کولر جلو موتور) هدایت می‌شود، در آنجا گرمای خود را به محیط می‌دهد و خودش سرد می‌شود. سپس به سمت اواپراتور (رادیاتور کولر اتاق) می‌رود در آنجا گرمای رادیاتور را به خودش جذب می‌کند، و رادیاتور کولر اتاق سرد می‌شود. فن اتاق باد را به این رادیاتور خنک هدایت کرده و در نهایت این باد خنک به داخل کابین می‌رسد.

خواص ایدئال برای سیال سیستم تبرید

برای بهترین حالت عملکرد هم سیستمی لازم است اجزا آن سیستم خواص ایدئال داشته باشند، اگرچه معمولاً هیچ‌گاه نمی‌توان به حالت ایدئال دست پیدا کرد؛ اما دانستن آن موجب می‌شود مرحله، مرحله به سمت بهترین حالت رشد کرد. شکل 2 خواص ایده ال یک سیال در سیستم تبرید را معرفی می‌کند.

شکل 2- مهم‌ترین خواص برای گاز کولر خودرو

برخی از خواص معرفی شده در شکل 2 برای افزایش کیفیت فرایند تبرید، برخی دیگر برای افزایش ایمنی است. علاوه بر آن کاهش قیمت و هزینه‌های سرویس و نگهداری نیاز به برخی از خواص دارد که باید هنگام انتخاب گاز کولر آنها را در نظر گرفت و یکی از مهمتریم نکات برای انتخاب سیال مبرد، دوستدار محیط زیست بودن آن سیال است. برخی از سیالات با اینکه سایر خواصشان بسیار خوب است؛ اما دوستار محیط زیست نیستند؛ بنابراین مناسب برای سیستم تبرید نخواهند بود.

انواع گاز کولرخودرو

انواع زیادی از سیال‌های مبرد برای سیستم‌های مختلف تبرید وجود دارد، اما خودرو ها معمولاً سه نوع مبرد به‌عنوان گاز کولر استفاده می‌کنند. شکل 3 این سه نوع گاز را معرفی می‌کند.

شکل 3- انواع اصلی گاز کولر خودرو

بر اساس شکل 3 سه نوع گاز نسبت به سایر مبردها در خودرو ها بیشتر استفاده میشودند.

گاز فرئون R-12 (CFC) (chlorofluorocarbon) – CF2CL2

کلرو فلور و کربن یا به‌اختصار CFC یا R-12 و یا با نام تجاری فرئون شناخته می‌شود. شکل 4 فرمول شیمیایی این مبرد را نشان می‌دهد.

شکل 4-فرمول شیمیایی و پیوند مولکولی R-12

اولین سیالی که به‌عنوان مبرد باکیفیت در خودرو ها بکار برده شد R12 بود. سال‌ها سیستم‌های قدیمی (مثلاً یخچال‌های نفتی) از ترکیبات آمونیاک به‌عنوان سیال مبرد استفاده می‌کردند. معرفی R12 تحول بزرگی در سیستم‌های خنک‌کننده بود. به همین دلیل در تمامی سیستم‌های خنک کنده؛ مانند یخچال‌های کوچک و صنعتی، سیستم‌های تهویه‌مطبوع کوچک و بزرگ بسیار رایج شد. در اوایل دهه 90 (1990) به تاثیرات مخرب این گاز روی محیط پی برده شد. گاز R-12 علاوه بر تخریب تدریجی لایه ازن (به دلیل ایجاد واکنش با اکسیژن) که سبب ورود بیشتر اشعه ماورا بنفش به داخل جو و ایجاد بیماری‌های پوستی ناشی ا برخورد این اشعه با بدن می‌شود می‌تواند فرایند اثر گلخانه ای را در زمین تسریع کند در نتیجه آن بالارفت نامناسب دما کره زمین خواهد بود. به مرور پروتکل‌های زیست محیطی مانع استفاده از این گاز برای تبرید شدند. امروزه استفاده از این گاز به عنوان مبرد در خودروها ممنوع است.

گاز R-134a (HFC) (hydrofluorocarbon) – CF3CHF2

سیال تترا فلورو اتان از خانواده هیدرو فلروکربن ها، مبرد بعدی است که امروزه متوان گفت معروف‌ترین و مهم‌ترین مبرد مورد استفاده در خودرو ها است. شکل 5 فرمول شیمیایی آن را نشان می‌دهد.

شکل 5- فرمول و پیوند مولکولی گاز R-134a

از نظر خواص خنک‌کننده و سایر خواص تکنولوژیکی، گاز R134a با کمی اختلاف نزدیک به گاز R12 است. اگرچه میزان خنک‌کنندگی آن نیز کمتر است، میزان تخریب لایه ازن در R134a بسیار کم‌تر از R12 است. اما با سخت‌گیرانه‌تر شدن استانداردهای زیست‌محیطی و پژوهش‌های جدید، مشخص شد این گاز نیز در افزایش گازهای گلخانه‌ای زمین تأثیر زیادی دارد؛ بنابراین از سال‌های 2021 به بعد فرایند عدم استفاده از آن در خودرو ها در دستور کار قرار گرفت.

گاز R-1234yf (HFO) (hydrofluoro-olefin) – CH2 CFCF3

بعد از اینکه آثار گلخانه‌ای ناشی از R-134a اثبات شد، همه دنبال جایگزین مناسب برای این سیال مبرد بودند. یکی از بهترین پیشنهادها R-1234ya که با نام شیمیایی تترا فلرو پروپن از خانواده هیدرو فلرو اوفین ها بود. شکل 6 فرمول شیمیایی این گاز را نشان می‌دهد.

شکل 6- فرمول و پیوند مولکولی گاز R-1234yf

باتوجه‌به پژوهش‌های فعلی، میزان تخریب زیست‌محیطی این گاز نسبت به دو گاز قبلی بسیار ناچیز است. اگرچه هنوز قیمت تمام شده آن بسیار بیشتر از R-134a است؛ بنابراین هنوز بسیاری از خودروسازان از همان گاز R134a استفاده می‌کنند.

نحوه نام‌گذاری سیالات مبرد

شاید این سؤال پیش بیاید که مثلاً نام R12 چگونه انتخاب شده است. شکل 7 نحوه نام گذاری را نشان می‌دهد

تعداد کربن منهای 1
تعداد هیدروژن بعلاوه 1
تعداد فلور
ورژن ساختمان ملکولی

شکل 7- نحوه نام گذاری سیال مبرد

شکل 8 ارتباط فرمول نام گذاری و نام‌های گازهای کولر در خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 8- ارتباط روش نام گذاری با گازهای مبرد کولر خودرو

نکته: 1 ابتدایی R-1234yf نشانه وجود پیوند دوتایی بین هیدروکربن و سایر عناصر است (CH2=CFCF3) در مبردهای قبل از R1234yf پیوند ساده دارند؛ بنابراین عدد آن صفر در نظر گرفته شده است.

مقایسه انواع گاز کولر خودرو

به روش‌های مختلف می‌توان این سه گاز کولر خودرو را با هم مقایسه کرد، در اینجا برخی از خواص ظاهری و فیزیکی و شیمیایی آنها بیان خواهد شد.

نوع رنگ‌بندی مخزن

برای اینکه در مدار از مبرد اشتباهی استفاده نشود ساده‌ترین راه رنگ‌بندی مخزن تغذیه این گازها است. شکل 9 این رنگ بندی را نشان می‌دهد.

شکل 9- استاندارد رنگ بندی گازهای مبرد

نوع روغن کمپرسور

برای روانکاری اجزا مکانیکی سیستم، مخصوصاً کمپرسور باید از روغن‌های مخصوص استفاده کرد. هیچ کاه نباید روغن‌های این سه نوع مبرد بجای هم استفاده شود. چون هر کدام از آنها با اورینگ‌ها و جنس قطعات خاص خود هماهنگ هستند در صورت جا بجایی به سرعت ایجاد فرسودگی در آب‌بندها خواهد شد. شکل 10 نمونه این روغن‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 10 – مقایسه روغن‌های سیستم‌های مختلف

نوع پورت سرویس (شارژ و تخلیه)

یکی دیگر از نقاط ساده که می‌توان نوع گاز کولر خودرو را با آن تشخیص داد بررسی ظاهری نوع پورت سرویس یا همان پورت شارژ و تخلیه است. شکل 11 این مقایسه را انجام داده است.

A: R-12 B: R-134a C: R-1234yf
شکل 11- مقایسه پورت‌های سرویس سیستم‌های مختلف