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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