小型空調機用壓縮機的發展近況(二)

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小型空調機用壓縮機的發展近況(二)
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二、壓縮機用之冷凍潤滑油

　　製造商在開發使用HFC冷媒的空調機過程中，面臨了許多的問題，例如新冷媒和冷凍油之間的相溶性和潤滑度，空調機元件的污垢和濕度問題，冷凍循環中冷凍油的流動及回油，油脂清洗或移除後管路的清潔性檢驗問題，以及系統管路的改善等問題。而對於新冷凍油的選用，最重要的考量就是信賴性與穩定性，由於傳統的礦物油與HFC冷媒不相容，因此HFC冷媒的空調機須採用新的合成冷凍油，目前從許多的國外研究報告中可以得知，HFC冷媒空調機使用的冷凍油，除了目前較為人所知的POE油之外，其它種類的合成油也已發展成功並開始被應用。
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　　表6表示潤滑油的全球需求量之估算。此數據是根據98年BSRIA/JARN所做的全球空調機市場研究報告的數據更新而成。
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- P: u( s0 W7 r* v4 v  U　　站在保護全球環境的觀點上，許多日本空調機製造廠紛紛將傳統的HCFCs冷媒替換成HFCs冷媒。

　　隨著空調機更換使用HFC冷媒，空調機製造商在發展使用新冷媒之機種的過程中必須面對的問題，諸如冷媒與潤滑油之間的溶解度與潤滑度和空調機元件的污染與濕氣、加工或組裝用油的選擇、製造商和協力廠在加工過程中潤滑油品的使用、油品去除/清洗過程的複檢及管路的改良。經由油品和添加劑配方的選擇才得以確保潤滑油的可靠度與穩定度。
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# n( G, Q6 s2 }2 @! |) \% a　　當發展HFC機種時，機組/系統製造商、壓縮機製造商、冷媒生產商和潤滑油生產商必須緊密地互相合作。
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1 a2 H7 `( B/ [% c6 E　　也許可以說日本的潤滑油製造商表現最傑出。這可歸因於下列的事實：在日本有很多迴轉式壓縮機製造商的技術及各種不同型式的潤滑油均已經商品化了。

8 g: A7 {- p! \　　在美國冷凍空調協會(ASHRAE)會議、美國普渡(Purdue)壓縮機論文會議、日本神戶HCFC替代冷媒論文會議與其他場合，潤滑油研究人員已經發表許多的研究論文，並強調他們油品的特色優點。在這些論文報告之中，有別於傳統POE的新式潤滑油已經問世了。
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　　同時為了節能與提高舒適性，空調機製造商針對採用新型壓縮機的HFC系統，與潤滑油生產商共同發展出最適合這些壓縮機的潤滑油。
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　　日本冷凍空調工業協會(JRAIA)有意設立一個業界控制目標，即在2005年達成大多數已生產之空調機種的冷媒更換，並在2010年完成所有已生產之空調機種的冷媒更換。然而，這個時程因製造商有各自的生產/銷售策略而有不同。

　　因此，空調機製造商之間於冷媒更換步調上的差異正逐漸發生中。
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　　許多日本空調機製造商已經完成HFC機種生產線的安裝，也幾近完成潤滑油的開發。今後，變成需要謹慎地告知銷售業者和安裝業者在組裝HFC機種時必須保持小心。這必然需要很多準備。因此，一些製造業者對於HFCs的更換似乎不那麼積極。

　　然而，因為HFC先驅們與領導廠商將逐漸地影響市場，所以在追隨先驅的腳步下，整個業界將持續進行HFC的更換。所有製造商多數機種的HFC更換可能約在2003年完成。
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, d, j, K$ C. N; {( v* I　　在潤滑油生產廠商的發展趨勢方面，日本HFC空調機用潤滑油主要分成POE和PVE兩類。

9 C* b9 a- g( g9 z$ L1 D　　在日本一般使用POEs油類中屬於高穩定度的全分枝類POE (fully branched POE)與FB-POE。另一方面，在日本國以外，主要是使用屬於較不穩定但潤滑性佳的線性POE(linear POE)或混合酸性POE(mix acid POE)。表7表示CFC、HCFC的替代冷媒與潤滑油的情形。

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% \) T. W) i6 L; g9 P　　從很多年以前，礦物油為基礎的潤滑油就已經被採用，大多因為它們優異的潤滑性、品質、穩定性等等因素。
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　　隨著冷媒被替換成HFC冷媒，POE油首先被考慮使用，因為它主要已經在冷凍機中使用了。但普通的線性POE油有阻塞毛細管與水解性的問題，尤其是使用於配備殼壓(casing pressure)是在高壓側的迴轉式壓縮機之高壓HFC-410A系統，問題更嚴重。所以新式的POE已被研發，例如由分枝式POE(branched POE)所構成的高穩定度型、100﹪alpha branch型及混合型。另外，使用在一些冷凍機上的AB、PVE、碳酸鹽(carbonate)等等的空調機專用型的潤滑油也都已經商品化了。表8表示潤滑油生產商的發展趨勢。

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6 K; x2 X% h2 k( j/ n& y' g" |　　相對於日本生產商對HSPOE的進一步發展，配有殼壓(casing pressure)是在低壓側的往復式或渦卷式壓縮機之HFC系統，只要使用線性或混合式POE就足以順利運轉，此類油品較容易生產，因此也相對的較便宜。後一類系統已在美國與歐洲廣大地成長，因此製造商已對HSPOE不感興趣，他們習慣使用混合式POE。
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) I8 e5 ]6 ?$ H0 D5 z& n# g: v8 y　　因為傳統的礦物性潤滑油無法與HFC冷媒一起使用，所以合成性潤滑油如POE, PVE和PAG的發展就變成是不可或缺的了。即使各種不同的合成油已經被開發出來了，但他們都有各自的優、缺點，所以無法完全滿足所有的需求。

　　下列顯示各種典型潤滑油的特色與冷媒的搭配組合。

: V. W; ?$ j6 A$ I1.合成冷媒與潤滑油
(1) POE(Polyol ester)

3 k" v% m+ ~# s3 n9 T% |5 Z3 ?1 @　　針對冷媒HFC-134a的POEs型潤滑油已經商品化了，而針對使用冷媒HFC-410A或HFC-407C空調機的POEs型潤滑油的商品化正在進行中。
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  A5 a6 i1 |5 ]: T　　根據結構，POEs大致分成線型(linear type)與枝鏈型(branched chain type)兩種。線型POEs比起枝鏈型POEs有較佳的潤滑性，但在互溶性(mutual solubility)、水解穩定性(hydrolytic stability)及抗腐蝕性(corrosion resistance)上較差。許多日本製造商均使用枝鏈型POEs，因為他們使用會產生剛性摩擦(rigid friction)的高殼壓型迴轉式壓縮機。
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: r- c( K- A  m8 R( [. B8 |　　為了區別枝鏈型POE與線型POE的不同，枝鏈型POE有時又稱為HSPOE (Highly Stable POE，高度穩定型POE)。美國與歐洲主要的生產商均販售原型POE(ordinary POE)或混合型POE(mixed POE)，而所有的日本商均銷售HSPOE。

0 w" A1 x3 }0 o(2)PAG(Polyalky glycol)(多烷基醇)
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　　因為PAG與HFC間優異的互溶性及不起水解的特性，使得它在早期就商品化成為HFC-134a汽車空調機用的潤滑油。它也已經與氨(ammonia)互溶成為商品化潤滑油。Idemitsu公司支配著汽車空調機的PAG市場。

(3)PVE(Polyvinyl ether) 聚乙烯基醚

' d. O# u$ H$ d7 X; H4 N* r2 @6 x　　針對HFC冷媒的商品化PVE潤滑油，其特色是不但改良了POE型的水解性與互溶污染性而且也改良了PAG型的電氣絕緣性能。Idemitsu公司強力推銷PVE型潤滑油，而許多日本機組製造商(set makers)與韓國、美國、歐洲的一些重要製造商也開始採用PVE。
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(4)AB(Alkylbenzene) 烷基苯

' U3 w0 i5 n/ A7 C% i+ W( D$ K　　此種潤滑油與冷媒是難以互溶的，所以將其應用到系統的程序方法是困難的。但是AB型潤滑油有非常高的抗磨耗性與污染、水解的裕度(tolerance)。AB本身的價格便宜，且轉移至HFC壓縮機與其產品設備的變更成本也較低。它一般適合於小型的應用。低黏性的HAB(Hard Alkykbenzene)也使用在冷凍機。AB型潤滑油正被Nippon-Mitsubishi Oil公司所促銷中。
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2.自然冷媒與潤滑油
(1)碳氫化合物冷媒(Hydrocarbon Refrigerants)
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　　異丁烷(isobutance)當冷媒時，使用礦物油當潤滑劑。礦物油由於其潤滑性以及與冷媒的高互溶性而被採用。

　　雖然丙烷等使用在空調系統的可行性在審查中，但它如同異丁烷一樣具有可燃性。它也有其它的一些問題，例如冷媒與潤滑油產生高度互溶後的潤滑度問題，以及冷媒稀釋後所造成的黏度下降的問題。
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(2)氨(NH3，Ammonia)

　　使用於氨的潤滑油經常產生與冷媒無法互溶的問題。但是一種與氨互溶的潤滑油已經由改良PAG的結構而開發出來了。另外，藉由採用直膨式系統(direct expansion system)以替代傳統的滿溢式系統(flooded system)，已開發出具有更小冷媒充填量與更高熱導性之特色的高效率冷凍系統。
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" k; ^& h! l5 ^(3)二氧化碳(CO2)
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　　為了保持系統的可靠性，冷凍油必須與二氧化碳可相溶或密度須大於二氧化碳，二氧化碳冷媒系統的潤滑油可用傳統冷媒CFCs與HCFCs所用的天然潤滑油(礦物油)，也可使用HFCs冷媒所使用的人工合成油(PAG)。在考慮水解穩定性的條件下，人工合成油PAG是較佳的選擇，但是合成油PAG的吸濕量(10000~20000ppm)是礦物油吸濕量(50ppm)的200倍，所以採用合成油時須評估系統內水可能造成的影響，而潤滑油的主要功用是潤滑、散熱與密封，所以過高油溫的限制、油與冷媒混合物的性質等均須考慮。

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