冷媒模組開發

3.2.1 冷凍油替換

一般冷凍系統與空調系統所使用的潤滑油可稱為冷凍油，其儲存 在壓縮機曲軸箱內，跟冷媒有相當多的接觸，因此冷媒與冷凍油混合 時須考慮兩者的化學與物理性質，避免冷媒與冷凍油互溶，這樣才能 確保冷媒與冷凍油的性質不會受影響。

冷凍油在蒸氣壓縮冷凍循環系統中的主要作用有三點︰

1. 減少壓縮機內部部份活動機件的磨擦損耗。

2. 將壓縮機內部活動機件因磨擦而產生的熱量帶走。

3. 壓縮機內部機件如軸封、墊片等，冷凍油對它有密封作用，可避 免氣態冷媒外洩而使得冷凍效果降低。

冷凍油是壓縮機所不能欠缺的潤滑油，故當蒸氣壓縮冷凍循環系 統要採用新的冷媒種類時，冷凍油的選用必須要根據使用的冷媒與壓 縮機來決定，絕不能任意取代及混合使用。

原有的往復式壓縮機模擬軟體是以R134a 作為工作冷媒，冷凍油 則為R134a 所使用的 VG22，並沒有其他選擇。為此，在介面中增加 不同冷凍油之選項。當使用者改變不同的冷媒，也可選擇其適用冷凍 油，如圖 3.2 所示。冷凍油主要影響著機械磨耗計算部份，不同的冷 凍油會因為各種冷凍油黏度不同而影響機械效率的計算。

圖3.2 冷凍油選擇介面

3.2.2冷媒物性的給定

對於不同的冷媒，必須給予相對應的物理性質，表 3.1 是以 R134a 為工作冷媒，原始的模擬軟體設定和 REFPROP 連結所得到的冷媒物 性比較圖，可看出修改前後的冷媒性質差異不大。

表3.1 軟體修改前後 R134a 冷媒性質比較 原始設定 連結REFPROP

比容比 1.065 1.117

冷媒臨界溫度(K) 374.2 374.2

冷媒臨界密度(kg/m³) 508 511

冷媒臨界比容(m³/kg) 0.0019685 0.001954

其中值得注意的是，比容比與溫度和壓力有關，而原有的模擬軟 體卻以300kPa、70°C 的條件去求得一個定值，在熱流分析中計算的

當冷媒在汽缸內壓縮時，溫度及壓力改變會影響比容比。因此，

入介面。在此，保留原本的效率計算方式，新增介面使用蒸發器溫度、

壓縮機入口溫度以及冷凝器溫度為設定條件。使用者輸入條件溫度，

即可得到工作冷媒的所需特徵點的各種性質，如圖3.6 所示。

圖3.4 冷媒出入口性質設定介面-修改前

圖3.6 冷媒出入口性質設定介面-修改後

表 3.2 可以看出修改前後R134a 的各特徵點的冷媒性質差異不 大，設定溫度條件去求得冷媒性質的方法應該合理。

表3.2 R134a 各特徵點冷媒性質修改前後比較

修改前 修改後

壓縮機入口冷媒壓力(kPa) 120 119.3 壓縮機入口冷媒密度(kg/m³) 4.8 4.772

壓縮機入口冷媒溫度(K) 313 313

壓縮機入口冷媒焓(kJ/kg) 437.16 437 壓縮機出口冷媒壓力(kPa) 1470 1464

蒸發器入口冷媒焓(kJ/kg) 278.5 278.3

3.2.4 核心計算修改

原有的往復式壓縮機模擬軟體在熱流部分核心計算的部份，在對

冷媒的壓力、焓，以及各種微分項的求得，需要透過複雜的方程式及 曲線擬合(Curve Fitting)的計算以求取各項壓縮機所須計算的冷媒熱 力性質。由於每種冷媒其特徵曲線不同，要使用不同冷媒進行模擬

)

的實驗條件去驗證。就模擬數據上看，判斷主要是因為R600a 的機械 效率過低，而R600a 的工作壓力較小，機械效率較低是不合理的現 象，因此，接下來將針對機械效率進行修改。

表3.4 冷媒模組開發後 R134a 與 R600a 模擬結果 R134a R600a

容積效率(%) 64.817 71.552

壓縮效率(%) 89.635 94.882

機械效率(%) 73.154 61.073

馬達效率(%) 75.431 74.244

冷媒流量(kg/hr) 5.0881 1.7338 冷房能力(lcal/hr) 192.9 120.73

EER 0.94174 0.88481

圖3.7 壓縮機卡路里計

表3.5 R134a 與 R600a 實驗數據