小型空調機用壓縮機的發展近況(一)

[复制链接]

compressor

992 主题	0 好友	87万积分

管理员

总坛主

Rank: 11

威望: 168 点
经验: 12708 点
积分: 877030
帖子: 3978

发消息

电梯直达

1楼

发表于 2002-7-7 10:32 |只看该作者 |倒序浏览

小型空調機用壓縮機的發展近況(一)

--------------------------------------------------------------------------------

　　RACs (Room Air Conditioners；小型空調機)一般是指冷凍能力在2RT以下的小型空調系統，如表1所示。在RACs領域中主要應用的冷媒壓縮機種類是迴轉式(約佔80%)與渦卷式(約佔20%)，估計目前全球每年的迴轉式壓縮機(2.5kW以下)需求量已超過3000萬台，而全球在渦卷式壓縮機的供應量約為800萬台/年，其中只有20%左右為日本廠商開發使用在2kW以下的RACs，而且是以開發新冷媒之DC變頻高EER的產品為主。

　　壓縮機可比擬為冷凍與空調系統的心臟，而冷媒則為系統中的血液。眾所皆知，近幾年來，在冷凍空調業界中，最重要的壓縮機元件正面臨了嚴厲的挑戰。那就是要符合國際環保公約在臭氧層破壞與全球暖化上的要求，生產製造商已不得不找出合適的科技解決方案以使得壓縮機與冷媒可以通過國際環保公約的要求。全球環境的保護應視為與使用者的舒適度，食品的保存以及冷凍機器的保護同等重要。如果我們願意發揮最大的智慧，將這些不同的需求同時實現並非是不可能的。以下將分別針對RACs'壓縮機所使用的冷媒、潤滑油、馬達、容量控制等方面的技術發展近況做一介紹。

一、冷媒的選用

　　冷凍空調設備所使用的冷媒，大致可分為4類，它們具有下列的特徵：

CFC冷媒，氟氯碳化物中含有氯，臭氧層破壞潛值(Ozone Depletion Potential；ODP)高，根據國際環保公約"蒙特婁議定書"此種冷媒已從1996年元月起禁用。
HCFC冷媒，氫氟氯碳化物雖然也含有氯，然而由於具有氫離子，ODP值大約是CFC冷媒的1/20，臭氧層破壞潛值較低，預計將於2030年禁用，CFC與HCFC冷媒的管制時程如表2所示。

HFC冷媒，氫氟碳化物不含氯，不會破壞臭氧層因此開發成為CFC與HCFC冷媒的替代冷媒，但是全球暖化潛值(Global Warming Potential；GWP)仍高，目前已有部分HFC冷媒開始實際使用。
天然冷媒，為存在於自然界的物質，這些物質包括有水(R-718)、空氣(R-729)、氨NH3(R-717)、二氧化碳CO2(R-744)、碳氫化合物(Hydrocarbon Compounds；HCs)即烷類或烯類如丙烷Propane(R-290)、異丁烷Isobutane(R-600a)等。天然冷媒和HFCs冷媒最大的差異在於其全球暖化潛值GWP不及HFCs冷媒的千分之一。一些常用冷媒及天然冷媒的ODP及GWP如表3所示。

　　由於HCFC冷媒將於2030年起禁用，所以國外廠商對於其替代冷媒的選用提出許多方案。目前歐、美、日等先進國家於R-22冷媒替代物的選定，大約有20種的候補冷媒，表4所示僅為目前較具代表性且為多數冷凍空調廠商所接受的替代冷媒，其中的非共沸混合冷媒(不同沸點之冷媒的混合物)，在蒸發和凝結(相變化)過程中，會產生溫度變動的現象，稱為"溫度滑落"。目前替代冷媒選用的趨勢上，冷凍機器設備以HFC125/143a/134a(即R-404A)為主，空調機器則主要為HFC32/125/134a(即R-407C)，及HFC32/125(即R-410A)等之近似共沸或非共沸混合型冷媒。

　　R-410A及R-407C是目前被認為最可取代家用空調機與箱型空調機所用之R-22的新冷媒，其中R-410A為近似共沸點混合冷媒，由HFC-32及HFC-125各以50%成份組成，在系統操作壓力介於0.5MPa到2.5MPa之間時，約有0.09~0.12℃的溫度滑落，而且系統平均操作壓力比R-22高約50~60%，因此須重新設計整個系統元件，但由於R-410A冷媒較R-22具有較大的氣體密度與汽化潛熱，因此在相同的冷凍能力等級需求下，R-410A空調機系統可選擇較R-22系統小一等級的壓縮機。而R-407C是非共沸點混合冷媒，由HFC-32、HFC-125及HFC-134a冷媒以23/25/52之重量百分比混合而成，系統操作壓力與R-22系統相當，大約有6~7℃的溫度滑落，由於R-407C的熱力性質與R-22非常接近，壓縮機能力及系統之溫度與壓力亦與R-22相仿，被認為是可以drop-in使用的冷媒。

　　值得注意的是，日本與歐美幾個重要國家已經從1998年初開始陸續推出使用新冷媒的空調機，將替代冷媒應用於空調機之實驗室研究階段，進階至實際商品化的推出。尤其是日本，從2000年起新推出的小型空調機系列，不僅使用替代冷媒，在產品的性能和效率上，也都有很大的提升。如表5所示為目前能力等級2.2kW之COP值最高的前8家小型空調機製造商，不僅絕大部份均使用新冷媒，而且平均cooling/heating的COP值至少在5.30以上(EER＞4.5kCal/hr-W)。日本冷凍空調協會(JRAIA)已決定在公元2010年以後新出廠的冷凍空調產品都不准使用HCFC冷媒，而大部分空調產品都會在2005年之前替換完成，主要的小型空調機製造商更提前在2003年完成將主要的空調機種改用替代冷媒。大致上的趨勢是，在日本，小型家用空調機使用R-410A冷媒，而箱型空調機使用R-407C冷媒為主流，兩者大約是以6kW(約2RT)的冷凍能力等級為分界。在歐洲，使用R-407C冷媒似乎是該區的趨勢；而在美國，使用R-410A是主流。

　　雖然HFC冷媒的臭氧層破壞潛值(ODP)為零，但是全球暖化潛值(GWP)仍高，因此於1997年12月在日本東京舉行的UNFCCC(United Nations Framework Convention on Climate Change；聯合國氣候變化綱要公約締約國)的COP3(3rd Session of Conference of Parties；參與國第三次會議)決定出六種溫室效應氣體的排放控制，以減少全球二氧化碳的排放量。而HFCs冷媒包含在京都議定書所指定的這些氣體之中。所以，天然冷媒如氨(NH3)、碳氫化合物(HCs)和二氧化碳(CO2)等冷媒的應用也開始受到重視。事實上，氨自上個世紀起就已廣受工業界使用了，但因為具有毒性及可燃性，須特別制定嚴格的安全法規，因此也不適合家用系統，如果要使用於家庭系統，可考慮採用分離式主機的方式。同樣的，碳氫化合物如丙烷(Propane；R-290)與異丁烷(Isobutane；R-600a)也因具有可燃性，相對的使用上也受到限制，目前在德國與北歐國家已將其應用在家用冰箱上。由於二氧化碳CO2沒有毒性與可燃性，預期將會是下一階段所採用的新冷媒，目前歐美日各國均已積極投入CO2冷媒的應用研究，日本三洋電機已在1999年底宣佈推出世界第一台密閉式CO2冷媒壓縮機，其他的製造商(Dorin，Mayekawa等)也進行相當多有關二氧化碳的應用研究。