實驗設備

系統主體的主要元件為壓縮機、蒸發器、冷凝器、二組階層熱交換器、積液 式熱交換器、膨脹閥、二組相分離器、油分離器、乾燥過濾器、視窗等，各系統 元件配置見圖 3-1。各元件的功能與規格分述如下：

【壓縮機 Compressor】

本系統採用的是 1.5 馬力（1.5 HP）密閉式往復式壓縮機，供應電源為 220V，

50HZ。全密式是將壓縮機與驅動馬達組合後一起至於鐵殼內，並將接合處以電銲 密封，體積小，噪音也少。

【蒸發器 Evaporator】

本實驗採用雙套管式熱交換器，內外管材質均為銅管，其熱交換能力可達 2 冷凍噸（2 RT）。內管流入冷媒，外管流入二次冷媒（滷水）。為了保持熱傳效率 與非共沸混合冷媒之溫度滑落特性，兩道流體以逆向流熱交換器式進行熱交換。

【冷凝器 Condenser】

本實驗採用雙套管式熱交換器，內外管材質均為銅管，其熱交換能力可達 2 冷凍噸（2 RT）。內管流入冷卻水，外管流入冷媒。為了保持熱傳效率與非共沸 混合冷媒之溫度滑落特性，兩道流體以逆向流熱交換器式進行熱交換。

【階層熱交換器 cascade heat exchanger】

主要的作用是將經相分離器分離的高溫高壓汽態冷媒與經過膨脹閥的低溫 低壓液態冷媒進行熱交換，使兩分流冷媒能完全相變化。本實驗系統中第一與第 二階層雙套管式熱交換器，內外管材質均為銅管，由於過去實驗中，曾發現液態 冷媒未達過熱度，推測該熱交換器之潛熱交換不足，故從 1.5 冷凍噸改成熱交換 能力可達 2 冷凍噸（2 RT）的較大型的階層熱交換器。其內管流入低溫低壓液態 冷媒；外管流入高溫高壓氣態冷媒。為了保持熱傳效率與非共沸混合冷媒之溫度 滑落特性，皆以逆向流熱交換器式進行冷熱交換。

【積液式熱交換器 LOF/AHX】

目的在於讓冷凝器出口的常溫高壓液態冷媒與蒸發器出口的低溫低壓汽態 冷媒做熱交換，使高壓冷媒在進入膨脹閥之前獲得過冷度，低壓冷媒在進入壓縮 機前獲得過熱度，如此可分離壓縮機吸入氣體中之液體冷媒，不使液體冷媒跟隨 著氣體回到壓縮機，以免液體冷媒進入汽缸後產生液錘、液壓縮而損壞閥片、曲 軸及連桿等機件。

【膨脹閥 Expansion valve】

本實驗所用的膨脹裝置是手動膨脹閥（Hand Expansion Valve）。與熱力膨 脹閥或毛細管不同之處，在於它可以依實驗需要來手動調整孔口大小，改變冷媒 流量與壓降。本系統有三個手動膨脹閥 EV(1)、EV(2)、EV(3)。EV(1)裝置在蒸 發器入口前，EV(2)裝設在第一相分離器液流管上，EV(3)在第二相分離器液流管

上。

【相分離器 Phase separator】

為此系統關鍵元件之一，構造圖如圖 3-2。目前所使用有兩組為尺寸直徑 13 公分，高 20 公分的相分離器即為相分離器 1 及 2，容器的側面加裝可觀察液面 高度的細長型玻璃視窗，以便在實驗進行中瞭解工作流體是否有溢出相分離器的 現象。而容器的頂部開孔以分離流出冷凝器的流體，相分離器 1 使氣體流往第一 階層式熱交換器，而液體流至 EV(2)，而相分離器 2 使氣體流往第二階層式熱交 換器，而液體流至 EV(3)。為了不使外界溫度影響混合冷媒相平衡，故在外圍包 覆絕熱材料。

【油分離器 Oil separator】

油分離器是將壓縮機壓縮後的冷媒與潤滑油加以分離以防止潤滑油流入冷 凝器與蒸發器。冷媒中若有潤滑油會降低冷凝器或蒸發器的熱傳率，並因潤滑油 量的減少可能引起壓縮基因失油而磨損、燒毀。此外，油分離器尚具有消音及減 少冷媒氣體的脈動，本實驗採用的是擋板型油分離器。

HFC 冷媒皆與人造合成冷凍油有相當的互溶性，在適當的流速下冷凍油皆會 流回壓縮機。但是在蒸發溫度低時則有裝置的必要。且目前的人造合成冷凍機油 較礦物油容易產生劣化（分解為水與酸），故本系統為謹慎起見加裝油分離器。

【乾燥過濾器 Dry filter】

冷媒在冷凍循環管路中，如有水分或異物（如鐵銹、油污、積炭塵粒，其他 固體物質等），不但腐蝕管路、降低冷凍效果，甚至毀損設備。故在冷凝器後加 裝乾燥過濾器，其中含有矽膠等成分，有乾燥與過濾的功用可吸收水分與雜質，

以維持系統正常作業。而乾燥過濾器的形式需配合系統性能及冷媒流量大小來作 選擇，而放置的位置為靠近膨脹閥越近越好，因為溫度越低，乾燥劑越容易吸水。

【視窗 Sight glass】

視窗係用以檢是冷凍系統各部冷媒液之流動、存量變化，以及型態之情形。

為了確保冷媒充填量是否足夠，使進入膨脹元件前沒有閃氣（flash gas）的發 生，在膨脹閥前加裝視窗，有氣泡則表示冷媒不足，並了解經相分離器分離後液 體是否足夠。

本實共裝驗有十個視窗，兩個是相分離器側面的玻璃視窗，一個是 LOF-AHX 側面的玻璃視窗，功能都是觀察工作流體的液面高，另外七個則配置在管路中。

3.2.2 系統負載側與散熱側部分

【1】 系統負載-蒸發器側：

由於水的冰點溫度較高，因此水為二次冷媒時不適用於低溫（零下）冷凍系 統中。在此系統中的負載部分的模擬，是使用乙二醇溶液為二次冷媒（ethylene

glycol solution），亦稱為滷水。本實驗選取重量濃度 50％的乙二醇溶液作為 二次冷媒，凍結溫度約為-35℃。

【2】系統散熱-冷凝器側：

此部份最主要是吸收系統冷凝器內高溫冷媒溫度，冷卻水儲存於恆溫槽，經 內建的泵浦加壓送入冷凝器內，與冷媒進行熱交換。恆溫槽出口有個旁通管路，

藉以控制流入冷凝器冷卻水流量。恆溫槽內建電熱管可以提供冷卻水負荷熱量與 維持恆溫。