冷媒密度測試儀/冷媒比重計
冷凍空調系統中，用以傳遞熱能，產生冷凍效果之工作流體。依工作方式分類可分為一次(Primary)冷媒與二次(Secondary)冷媒。依物質屬性分類可分為自然(Natural)冷媒與合成(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。 理想的冷媒條件： 無毒 不爆炸 對金屬及非金屬無腐蝕作用 不燃燒 泄漏時易于察覺 化學性安定 對潤滑油無破壞性 具有較的蒸發潛熱 對環境無害 理想的冷媒物理特性： 1.蒸發壓力要高 蒸發溫度會隨應用溫度而變化，例如冰水機之蒸發溫度約為0~5℃，冷凍庫主機之蒸發溫度約為-20 ~-30℃，家用空調機之蒸發溫度約為5~10℃。蒸發溫度愈低，蒸發壓力亦愈低，若冷媒之蒸發壓力低于大氣壓力時，則空氣易侵入系統，系統處理上較為困難，因此希望冷媒在低溫蒸發時，其蒸發壓力可高于大氣壓力。 2.蒸發潛熱要大 冷媒之蒸發潛熱大，表示使用較少的冷媒便可以吸收大量的熱量。 3.臨界溫度要高 臨界溫度高，表示冷媒凝結溫度高，則可以用常溫的空氣或水來冷卻冷媒而達到凝結液化的作用。 4.冷凝壓力要低 冷凝壓力低，表示用較低壓力即可將冷媒液化，壓縮機之壓縮比小，可節省壓縮機之馬力。 5.凝固溫度要低 冷媒之凝固點要低，否則冷媒在蒸發器內凍結而無法循環。 6.氣態冷媒之比容積要小 氣態冷媒之比容積愈小愈好，則壓縮機之容積可縮小使成本降低，且吸氣管及排氣管可以用較小的冷媒配管。 7.液態冷媒之密度要高 液態冷媒之密度愈高，則液管可用較小的配管。 8.可溶于冷凍油，則系統不必裝油分離器 理想的冷媒化學特性： 1.化學性質穩定 蒸發溫度會隨應用溫度而變化，例如冰水機之蒸發溫度約為0~5℃，冷在冷凍循環系統中，冷媒只有物理變化，而無化學變化，不起分解作用。 2.無腐蝕性 對鋼及金屬無腐蝕性，氨對銅具有腐蝕性，因此氨冷凍系統不得使用銅管配管；絕緣性要好，否則會破壞壓縮機馬達之絕緣，因此氨不得使用于密閉式壓縮機，以免與銅線圈直接接觸。 3.無環境污染性 對自然環境無害，不破壞臭氧層，溫室效應低。 4.無毒性 5.不具爆炸性與燃燒性 氨冷媒的優點： 1.除空氣與水外，為最廉價的一種冷媒。 2.蒸發潛熱值甚大(1260 kCal/kg)，冷凍效率極高，性能系數(COP)高于R-22。 3.在一大氣壓力下，臨界溫度高132.45 ℃(271 F)，冰點低-77.8 ℃(-108 F)，沸點低-33.34 ℃(-28 F)。 4.運轉壓力低，致冷凍系統材料成本低。 5.泄漏時，極容易由其氣味及測漏試紙、試藥偵測出。大氣中含有5×lO-5(50 ppm)時，人之嗅覺即可感覺；一般均利用SO2試紙或溶液，如有氨泄漏很快會產生白色煙霧或試紙之化學反應而測知。 6.不溶于油，與油在低溫下分解容易，氨之比重較油輕，故冷凍油往往沉于氨液之下。方便冷凍系統進行回油。 7.極易溶于水，故為吸收式冷凍系統之主要冷媒，且在壓縮冷凍系統中，稍含水份亦不會阻礙其運轉性能。但因此無法完全清除系統中之水份，運轉一段時間后氨中之水會破壞冷凍油，也易腐蝕金屬材料。 8.對鋼鐵金屬無腐蝕性，對襯墊類材料無任何損毀性質及化學反應。 9.在常溫及低溫下化性穩定。 10.單位冷凍噸所需之冷媒循環量少。 11.液比重小。可用較小液泵及配管。 氨冷媒的缺點： 1.有毒(二級毒性)，含有強烈的刺激性氣味，對眼、鼻、喉、肺及皮膚均有強烈刺激及中毒危險，若空氣中含有0.35 %，人即難以呼吸，有窒息危險。 2.具燃燒性，與空氣混合占空氣容積之15 ~ 30 %時，可被高溫(630℃)點燃。 3.對銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)及銅合金腐蝕性甚大，尤其在潮濕空氣中，故氨冷媒系統中不得使用銅、鋅、錫等材料。 4.在高溫過熱狀態下，比容增大甚快，故氨之冷凝及氨壓縮機必須有足量的水冷卻維持低溫，此亦是造成氨冷凍機發生事故的另一個原因。 5.氨會侵蝕絕緣材料，故不適合密閉型壓縮系統。 鹽水也是鹵水中的一種，最有名的就是氯化鈣溶液，而且目前還有人在用喔(因為便宜)。因其具有腐蝕性，故已漸被乙二醇所取代。 現在最常用的二次冷媒有氯化鈣、乙烯乙二醇、丙烯乙二醇，丙烯乙二醇則沒有腐蝕性且無毒，但貴。 鹵水 | 結冰點(℃) | 100升鹵水中溶解量(KG) | 溶液濃度 | 氯化鈣 | -51.6 | 62 | 重量濃度29.9% | 乙烯乙二醇 | -51.2 | 134 | 體積濃度55% | 丙烯乙二醇 | -49.4 | 150 | 體積濃度59% | 乙二醇是無色、無臭的粘性液體。吸水性很強，能與水及酒精任意混和， 微溶于乙醚，不溶于四氯化碳。比重(20℃)1.115、沸點197.2℃、凝固點 －11.5℃。 |
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