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冷媒密度测试仪/冷媒比重计

冷媒密度测试仪/冷媒比重计

冷冻空调系统中,用以传递热能,产生冷冻效果之工作流体。依工作方式分类可分为一次(Primary)冷媒与二次(Secondary)冷媒。依物质属性分类可分为自然(Natural)冷媒与合成(Synthetic)冷媒。

所謂冷媒,是冷氣中所用的一種能產生"冷"或移去熱量的流體物質。汽車冷氣機中使用最多的冷媒為Refrigerantl2,簡稱R-l2或F-12,當冷媒的相態(形態)改變時,含熱量隨之改變,故必發生熱能的傳遞。

蒸發器(Evaporator):由液體蒸發成氣體,吸收車室內的熱量。

冷凝器(condenser):由氣體冷凝成液體,放出熱量。因此把熱量從低溫的車室內移到高溫的室外,而達成製冷的作用。

故冷媒可謂"冷"的媒介物,在冷氣循環系統裡,僅作氣體、液體間相態之物理變化,並無化學變化,若系統最初在安裝時處理完全,運轉中亦無洩漏,卸可永久不晰地進行冷氣循環之功用,並不會改變任何物質,故無須加添或更換。

冷凍系統對於蒸發溫度需求範圍在-40至-55℃之應用,如食品製程中之急速凍結(quickfreezing),一般單級蒸氣壓縮冷凍循環難以達成,故而必須採用雙級(two-stage)或二元式(cascade)冷凍系統。前者高壓與低壓級係使用同一種冷媒,而後者高溫與低溫側則可分別採用恰當的冷媒。

目前已廣泛使用在工業食品冷凍製程於-40至-55℃溫度範圍之雙級冷凍系統,大都使用氨(R717)冷媒作為工作流體。雖然此冷媒屬於自然冷媒(natural refrigerant),然而由於氨本身具有毒性及可燃性,一但洩漏對人體有相當的危害。並且當蒸發溫度低於-35℃時係處於負壓狀態,除了會因空氣進入系統降低效率外,更會影響系統長期運轉的可靠度(reliability)。此外在低溫狀態下,由於冷媒蒸發後氣體密度甚低,將使得壓縮機的體積相對的變大許多。也因此尋找一種冷媒,使之在相同蒸發溫度下具有較高的氣體密度,無毒性與可燃性且同屬自然冷媒,不但符合環保要求亦可取代氨在低溫側之地位,減少氨的使用量,將成為此類冷凍系統未來發展之趨勢。

二元式冷凍系統目前所使用的冷媒大多數為CFC或HCFC類,如R12/R13、R22/R13、R500/R503、與R502/R503的組合。然而,這些冷媒分別屬於CFC與HCFC系冷媒。根據1987年的蒙特婁協定與1992年哥本哈根修正案的管制要求,CFC者目前已限制使用,而HCFC的使用期限則至2030年。因此,替代冷媒之使用與相關技術之發展也應運而生,以滿足低溫冷凍系統的需要,目前使用冷媒有HFC(R134a、R404A)與自然冷媒(R717、R744、碳氫化合物)等二類。其中HFC者由於具有地球溫昇效應(GWP),除了造成環境之衝擊外,亦存有破壞地球生態的隱憂。因此,從永久替代的角度而言,採用自然冷媒的選擇是必然的趨勢與根本解決之道。

CO2早在19世紀中期就已被使用作為冷媒,但早期由於壓縮機技術的問題無法克服,所以並未被廣泛的運用,直到近幾年因壓縮機技術的成熟才又開始被注意,可謂為新的舊冷媒。CO2無毒、無味,也不可燃。其三相點為-56.6℃與4.18 bar,因此可作為-40至-55℃溫度範圍的應用。利用CO2/NH3自然冷媒的二元式冷凍系統來代替傳統的NH3-NH3二級式系統,因CO2本身不具毒性,故用來取代NH3-NH3二級式系統低溫側的NH3,可減少NH3的使用量,增加系統使用的安全性與可靠性。此外,由於CO2在-40℃的氣體密度約為氨的四十倍,雖然潛熱值僅為氨的五分之一,仍使得其壓縮機體積為氨的八分之一 [1]。由於使用自然冷媒的CO2/NH3二元式冷凍系統,在-40至-55℃之低溫應用時,多項特性優於NH3-NH3二級式系統,因此近幾年已成為先進國家積極研究與發展的重點課題。

理想的冷媒条件:

无毒

不爆炸

对金属及非金属无腐蚀作用

不燃烧

泄漏时易于察觉

化学性安定

对润滑油无破坏性

具有较的蒸发潜热

对环境无害

理想的冷媒物理特性:

1.蒸发压力要高

蒸发温度会随应用温度而变化,例如冰水机之蒸发温度约为0~5℃,冷冻库主机之蒸发温度约为-20 ~-30℃,家用空调机之蒸发温度约为5~10℃。蒸发温度愈低,蒸发压力亦愈低,若冷媒之蒸发压力低于大气压力时,则空气易侵入系统,系统处理上较为困难,因此希望冷媒在低温蒸发时,其蒸发压力可高于大气压力。

2.蒸发潜热要大

冷媒之蒸发潜热大,表示使用较少的冷媒便可以吸收大量的热量。

3.临界温度要高

临界温度高,表示冷媒凝结温度高,则可以用常温的空气或水来冷却冷媒而达到凝结液化的作用。

4.冷凝压力要低

冷凝压力低,表示用较低压力即可将冷媒液化,压缩机之压缩比小,可节省压缩机之马力。

5.凝固温度要低

冷媒之凝固点要低,否则冷媒在蒸发器内冻结而无法循环。

6.气态冷媒之比容积要小

气态冷媒之比容积愈小愈好,则压缩机之容积可缩小使成本降低,且吸气管及排气管可以用较小的冷媒配管。

7.液态冷媒之密度要高

液态冷媒之密度愈高,则液管可用较小的配管。

8.可溶于冷冻油,则系统不必装油分离器

理想的冷媒化学特性:

1.化学性质稳定

蒸发温度会随应用温度而变化,例如冰水机之蒸发温度约为0~5℃,冷在冷冻循环系统中,冷媒只有物理变化,而无化学变化,不起分解作用。

2.无腐蚀性

对钢及金属无腐蚀性,氨对铜具有腐蚀性,因此氨冷冻系统不得使用铜管配管;绝缘性要好,否则会破坏压缩机马达之绝缘,因此氨不得使用于密闭式压缩机,以免与铜线圈直接接触。

3.无环境污染性

对自然环境无害,不破坏臭氧层,温室效应低。

4.无毒性

5.不具爆炸性与燃烧性

氨冷媒的优点:

1.除空气与水外,为最廉价的一种冷媒。

2.蒸发潜热值甚大(1260 kCal/kg),冷冻效率极高,性能系数(COP)高于R-22。

3.在一大气压力下,临界温度高132.45 ℃(271 F),冰点低-77.8 ℃(-108 F),沸点低-33.34 ℃(-28 F)。

4.运转压力低,致冷冻系统材料成本低。

5.泄漏时,极容易由其气味及测漏试纸、试药侦测出。大气中含有5×lO-5(50 ppm)时,人之嗅觉即可感觉;一般均利用SO2试纸或溶液,如有氨泄漏很快会产生白色烟雾或试纸之化学反应而测知。

6.不溶于油,与油在低温下分解容易,氨之比重较油轻,故冷冻油往往沉于氨液之下。方便冷冻系统进行回油。

7.极易溶于水,故为吸收式冷冻系统之主要冷媒,且在压缩冷冻系统中,稍含水份亦不会阻碍其运转性能。但因此无法完全清除系统中之水份,运转一段时间后氨中之水会破坏冷冻油,也易腐蚀金属材料。

8.对钢铁金属无腐蚀性,对衬垫类材料无任何损毁性质及化学反应。

9.在常温及低温下化性稳定。

10.单位冷冻吨所需之冷媒循环量少。

11.液比重小。可用较小液泵及配管。

氨冷媒的缺点:

1.有毒(二级毒性),含有强烈的刺激性气味,对眼、鼻、喉、肺及皮肤均有强烈刺激及中毒危险,若空气中含有0.35 %,人即难以呼吸,有窒息危险。

2.具燃烧性,与空气混合占空气容积之15 ~ 30 %时,可被高温(630℃)点燃。

3.对铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)及铜合金腐蚀性甚大,尤其在潮湿空气中,故氨冷媒系统中不得使用铜、锌、锡等材料。

4.在高温过热状态下,比容增大甚快,故氨之冷凝及氨压缩机必须有足量的水冷却维持低温,此亦是造成氨冷冻机发生事故的另一个原因。

5.氨会侵蚀绝缘材料,故不适合密闭型压缩系统。

盐水也是卤水中的一种,最有名的就是氯化钙溶液,而且目前还有人在用喔(因为便宜)。因其具有腐蚀性,故已渐被乙二醇所取代。

现在最常用的二次冷媒有氯化钙、乙烯乙二醇、丙烯乙二醇,丙烯乙二醇则没有腐蚀性且无毒,但贵。

卤水

结冰点(℃)

100升卤水中溶解量(KG)

溶液浓度

氯化钙

-51.6

62

重量浓度29.9%

乙烯乙二醇

-51.2

134

体积浓度55%

丙烯乙二醇

-49.4

150

体积浓度59%

乙二醇是无色、无臭的粘性液体。吸水性很强,能与水及酒精任意混和,

微溶于乙醚,不溶于四氯化碳。比重(20℃)1.115、沸点197.2℃、凝固点

-11.5℃。

 

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