冷媒密度測(cè)試儀/冷媒比重計(jì)

冷凍空調(diào)系統(tǒng)中，用以傳遞熱能，產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)生"冷"或移去熱量的流體物質(zhì)。汽車?yán)錃鈾C(jī)中使用最多的冷媒為Refrigerantl2，簡(jiǎn)稱R-l2或F-12，當(dāng)冷媒的相態(tài)(形態(tài))改變時(shí)，含熱量隨之改變，故必發(fā)生熱能的傳遞。

蒸發(fā)器(Evaporator)：由液體蒸發(fā)成氣體，吸收車室內(nèi)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(nèi)移到高溫的室外，而達(dá)成製冷的作用。

故冷媒可謂"冷"的媒介物，在冷氣循環(huán)系統(tǒng)裡，僅作氣體、液體間相態(tài)之物理變化，並無(wú)化學(xué)變化，若系統(tǒng)最初在安裝時(shí)處理完全，運(yùn)轉(zhuǎn)中亦無(wú)洩漏，卸可永久不晰地進(jìn)行冷氣循環(huán)之功用，並不會(huì)改變?nèi)魏挝镔|(zhì)，故無(wú)須加添或更換。

冷凍系統(tǒng)對(duì)於蒸發(fā)溫度需求範(fàn)圍在-40至-55℃之應(yīng)用，如食品製程中之急速凍結(jié)(quickfreezing)，一般單級(jí)蒸氣壓縮冷凍循環(huán)難以達(dá)成，故而必須採(cǎi)用雙級(jí)(two-stage)或二元式(cascade)冷凍系統(tǒng)。前者高壓與低壓級(jí)係使用同一種冷媒，而後者高溫與低溫側(cè)則可分別採(cǎi)用恰當(dāng)?shù)睦涿健?/p>

目前已廣泛使用在工業(yè)食品冷凍製程於-40至-55℃溫度範(fàn)圍之雙級(jí)冷凍系統(tǒng)，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(duì)人體有相當(dāng)?shù)奈：ΑK且當(dāng)蒸發(fā)溫度低於-35℃時(shí)係處?kù)敦?fù)壓狀態(tài)，除了會(huì)因空氣進(jìn)入系統(tǒng)降低效率外，更會(huì)影響系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠度(reliability)。此外在低溫狀態(tài)下，由於冷媒蒸發(fā)後氣體密度甚低，將使得壓縮機(jī)的體積相對(duì)的變大許多。也因此尋找一種冷媒，使之在相同蒸發(fā)溫度下具有較高的氣體密度，無(wú)毒性與可燃性且同屬自然冷媒，不但符合環(huán)保要求亦可取代氨在低溫側(cè)之地位，減少氨的使用量，將成為此類冷凍系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展之趨勢(shì)。

二元式冷凍系統(tǒng)目前所使用的冷媒大多數(shù)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(jù)1987年的蒙特婁協(xié)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(guān)技術(shù)之發(fā)展也應(yīng)運(yùn)而生，以滿足低溫冷凍系統(tǒng)的需要，目前使用冷媒有HFC(R134a、R404A)與自然冷媒(R717、R744、碳?xì)浠衔?等二類。其中HFC者由於具有地球溫昇效應(yīng)(GWP)，除了造成環(huán)境之衝擊外，亦存有破壞地球生態(tài)的隱憂。因此，從永久替代的角度而言，採(cǎi)用自然冷媒的選擇是必然的趨勢(shì)與根本解決之道。

CO2早在19世紀(jì)中期就已被使用作為冷媒，但早期由於壓縮機(jī)技術(shù)的問(wèn)題無(wú)法克服，所以並未被廣泛的運(yùn)用，直到近幾年因壓縮機(jī)技術(shù)的成熟才又開(kāi)始被注意，可謂為新的舊冷媒。CO2無(wú)毒、無(wú)味，也不可燃。其三相點(diǎn)為-56.6℃與4.18 bar，因此可作為-40至-55℃溫度範(fàn)圍的應(yīng)用。利用CO2/NH3自然冷媒的二元式冷凍系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的NH3-NH3二級(jí)式系統(tǒng)，因CO2本身不具毒性，故用來(lái)取代NH3-NH3二級(jí)式系統(tǒng)低溫側(cè)的NH3，可減少NH3的使用量，增加系統(tǒng)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(jī)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(tǒng)，在-40至-55℃之低溫應(yīng)用時(shí)，多項(xiàng)特性優(yōu)於NH3-NH3二級(jí)式系統(tǒng)，因此近幾年已成為先進(jìn)國(guó)家積極研究與發(fā)展的重點(diǎn)課題。

理想的冷媒條件：

無(wú)毒

不爆炸

對(duì)金屬及非金屬無(wú)腐蝕作用

不燃燒

泄漏時(shí)易于察覺(jué)

化學(xué)性安定

對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)破壞性

具有較的蒸發(fā)潛熱

對(duì)環(huán)境無(wú)害

理想的冷媒物理特性：

1.蒸發(fā)壓力要高

蒸發(fā)溫度會(huì)隨應(yīng)用溫度而變化，例如冰水機(jī)之蒸發(fā)溫度約為0~5℃，冷凍庫(kù)主機(jī)之蒸發(fā)溫度約為-20 ~-30℃，家用空調(diào)機(jī)之蒸發(fā)溫度約為5~10℃。蒸發(fā)溫度愈低，蒸發(fā)壓力亦愈低，若冷媒之蒸發(fā)壓力低于大氣壓力時(shí)，則空氣易侵入系統(tǒng)，系統(tǒng)處理上較為困難，因此希望冷媒在低溫蒸發(fā)時(shí)，其蒸發(fā)壓力可高于大氣壓力。

2.蒸發(fā)潛熱要大

冷媒之蒸發(fā)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(jié)溫度高，則可以用常溫的空氣或水來(lái)冷卻冷媒而達(dá)到凝結(jié)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(jī)之壓縮比小，可節(jié)省壓縮機(jī)之馬力。

5.凝固溫度要低

冷媒之凝固點(diǎn)要低，否則冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)凍結(jié)而無(wú)法循環(huán)。

6.氣態(tài)冷媒之比容積要小

氣態(tài)冷媒之比容積愈小愈好，則壓縮機(jī)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(tài)冷媒之密度要高

液態(tài)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(tǒng)不必裝油分離器

理想的冷媒化學(xué)特性：

1.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

蒸發(fā)溫度會(huì)隨應(yīng)用溫度而變化，例如冰水機(jī)之蒸發(fā)溫度約為0~5℃，冷在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，冷媒只有物理變化，而無(wú)化學(xué)變化，不起分解作用。

2.無(wú)腐蝕性

對(duì)鋼及金屬無(wú)腐蝕性，氨對(duì)銅具有腐蝕性，因此氨冷凍系統(tǒng)不得使用銅管配管；絕緣性要好，否則會(huì)破壞壓縮機(jī)馬達(dá)之絕緣，因此氨不得使用于密閉式壓縮機(jī)，以免與銅線圈直接接觸。

3.無(wú)環(huán)境污染性

對(duì)自然環(huán)境無(wú)害，不破壞臭氧層，溫室效應(yīng)低。

4.無(wú)毒性

5.不具爆炸性與燃燒性

氨冷媒的優(yōu)點(diǎn)：

1.除空氣與水外，為最廉價(jià)的一種冷媒。

2.蒸發(fā)潛熱值甚大(1260 kCal/kg)，冷凍效率極高，性能系數(shù)(COP)高于R-22。

3.在一大氣壓力下，臨界溫度高132.45 ℃(271 F)，冰點(diǎn)低-77.8 ℃(-108 F)，沸點(diǎn)低-33.34 ℃(-28 F)。

4.運(yùn)轉(zhuǎn)壓力低，致冷凍系統(tǒng)材料成本低。

5.泄漏時(shí)，極容易由其氣味及測(cè)漏試紙、試藥偵測(cè)出。大氣中含有5×lO-5(50 ppm)時(shí)，人之嗅覺(jué)即可感覺(jué)；一般均利用SO2試紙或溶液，如有氨泄漏很快會(huì)產(chǎn)生白色煙霧或試紙之化學(xué)反應(yīng)而測(cè)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(tǒng)進(jìn)行回油。

7.極易溶于水，故為吸收式冷凍系統(tǒng)之主要冷媒，且在壓縮冷凍系統(tǒng)中，稍含水份亦不會(huì)阻礙其運(yùn)轉(zhuǎn)性能。但因此無(wú)法完全清除系統(tǒng)中之水份，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后氨中之水會(huì)破壞冷凍油，也易腐蝕金屬材料。

8.對(duì)鋼鐵金屬無(wú)腐蝕性，對(duì)襯墊類材料無(wú)任何損毀性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)。

9.在常溫及低溫下化性穩(wěn)定。

10.單位冷凍噸所需之冷媒循環(huán)量少。

11.液比重小?？捎幂^小液泵及配管。

氨冷媒的缺點(diǎn)：

1.有毒(二級(jí)毒性)，含有強(qiáng)烈的刺激性氣味，對(duì)眼、鼻、喉、肺及皮膚均有強(qiáng)烈刺激及中毒危險(xiǎn)，若空氣中含有0.35 %，人即難以呼吸，有窒息危險(xiǎn)。

2.具燃燒性，與空氣混合占空氣容積之15 ~ 30 %時(shí)，可被高溫(630℃)點(diǎn)燃。

3.對(duì)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(tǒng)中不得使用銅、鋅、錫等材料。

4.在高溫過(guò)熱狀態(tài)下，比容增大甚快，故氨之冷凝及氨壓縮機(jī)必須有足量的水冷卻維持低溫，此亦是造成氨冷凍機(jī)發(fā)生事故的另一個(gè)原因。

5.氨會(huì)侵蝕絕緣材料，故不適合密閉型壓縮系統(tǒng)。

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?yàn)楸阋?。因其具有腐蝕性，故已漸被乙二醇所取代。

現(xiàn)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(méi)有腐蝕性且無(wú)毒，但貴。

乙二醇是無(wú)色、無(wú)臭的粘性液體。吸水性很強(qiáng)，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(diǎn)197.2℃、凝固點(diǎn)

－11.5℃。