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1、压缩式冷冻机之工作原理所谓压缩循环就是利用气体在不同的压力与温度下其存在的状态不同,也就是说如有一高压低温液态的物质,若将压力降低,且其温度维持不变,它会由液态渐渐变成气态.任何一种物质若要自液体变成气体,它必须吸收11相当的热量,由液体变成汽体所吸收的热量称之谓汽化热,一般而言,汽化热值是相当大的热值;相反的,汽化后的气体若又加以压力再用冷却系统将因加压所升高的温度降低,则汽体又能恢复原有的液体状态,压缩冷冻循环就是利用这个道理设计出一套装置在冷冻机与空调系统中.在此系统中,压缩机都是用电动马达驱动,其
2、目的就是将低压的冷媒压缩至一个适当的压力与较高的温度而变成高压与高温的气态冷媒,再送入冷凝器中使之冷却成液态的冷媒.【图3.2】为一般压缩式冷冻循环系统的主要装置图,而在实际运用当中会搭配冷却水塔或是冰水泵构成所谓的冰水主机系统.【图3.2】压缩式冷冻循环系统主要装置图以下即针对压缩式冷冻机的主要元件分别叙述:1.压缩机:将从汽化器之汽态冷媒从低压低温区压缩为高压高温之过热汽态,其过程为绝热下进行,并产生推动系统冷媒之循环.2.汽化器即是吸收热量(即冷冻能力)使冷媒恢复原有的低压饱和汽体状态,待压缩机压缩
3、再循环利用.3.冷凝器是将从压缩机出来之高温过热汽体下之冷媒冷却使冷媒变成高压液体状态.4.而膨胀阀是使高压液体冷媒经膨胀阀降压成一低压汽态.123.1.3压缩式冷冻机的省能运转管理为改善压缩式冷冻机的效率或是提高其能源的使用率,以避免二氧化碳排放量的增加造成地球温暖化,可从下列四点作改善:适当冷媒的选用,机械装置的改善,废热的回收及利用,能源管理.1.适当冷媒的选用虽然氟氯碳化物(CFCs)以及氢氟氯碳化物型(HCFCs)的冷媒并不会产生大量的二氧化碳,但由於会造成臭氧层的破坏,使得全球不断的温暖化.加
4、以国际间也定了相关的管制措施,使得此类冷冻机的冷媒必须减量或是全面禁止,而造成相关机械必须做相当程度上的设计变更以适应替代冷媒的使用,而冷媒的选用适当与否会与冷冻效率有直接的影响关系.氟氯碳化物(CFCs)自1996年开始全面禁止后,紧接著,氢氟氯碳化物型(HCFCs)的冷媒也将於2020年面临禁用的命运.因此国际间积极地寻找可替代的新型冷媒,在这几年是以HFCs为主要的替代冷媒,虽然HFCs替代冷媒并没有在蒙特娄议定书的管制之列,但在京都议定书中却将HFCs替代冷媒纳入管制之列,但京都议定书尚未正式生效
5、.唯一令人担心的是,不晓得是否在未来几年内会与氢氟氯碳化物型(HCFCs)的冷媒同样面临到管制的命运.而上述冷媒其破坏臭氧层潜势(ODP)或是全球暖化潜势(GWP)与自然冷媒比较起来都有很大的差距.从【表3.3】的数据可以得知,氨气其ODP及GWP都比其他冷媒为小,但其毒性却是所有冷媒当中最高的,这造成了应用於冷冻系统中的不便及危险.而国内一些制程有使用氨气当作冷媒,但在浓度监测并没有落实,而造成了许多工安事件的发生,这一方面的管制必须从严,以防氨气的泄漏直接造成对人员的伤害.而在选用替代冷媒时的原则有下
6、列几项:(1)臭氧破坏潜能(ODP)值为零及全球温暖化潜能(GWP)不高.(2)安全性高(无毒,不具燃性).(3)热交换性质效率高及化学性质稳定.(4)新冷媒温度-压力特性和目前使用冷媒相近,以降低机械设计的变更.13【表3.3】各种冷媒性质的比较种类属项GWPODP易燃性毒性R11CFC1500100无1000R12CFC45001.00无1000R123HCFC290.02无5-10R22HCFC5100.05无1000R134aHFC4200.00无1000R711(氨)……00.0014.825H
7、C30强燃性……以国内目前使用最多的往复式压缩机而言,其冷媒为HCFC(R-22),其所面临最大的困难在於替代冷媒(HFC)与现有机种的不合,即必须面临机械设计的大幅变动.而大吨位的离心式也同样面临此问题.就国内而言,使用R-22冷媒的机种占了大多数,因此需加紧替换的工作.目前替代冷媒的现况趋势在冷冻机器(低温冷冻设备)以R404a及R717为主,而在空调机以R407C及R410A为主.但由於HFC同样会对地球产生温暖化,长远之计是发展HC(碳氢化合物),NH3,CO2等自然冷媒,而且从机械效率及地球温暖
8、化而言,此类自然冷媒是今后的研究重点.另外在使用替代冷媒时,冷冻油的搭配与选用也影响了冷冻的效率.传统上,当CFCs或HCFCs为系统的冷媒时,常用无机油来润滑.但在使用HFC时却不能再用此种润滑油,因为这两者是不互溶的,使得无机油进入蒸发器或是冷凝器中,因而阻碍了系统的效能,降低了冷冻机的效能.就冷媒的本身性质而言,其蒸发温度及凝结温度的高低也会影响冷冻系统循环的效率.在相同的冷凝温度下,冷媒蒸发温度每提高1℃,约可提高1.
