2011年6月28日 星期二

冷凝器的作用及凝結溫度的影響

對冰水主機來講,冷凝器的作用是將來自蒸發器的熱經過壓縮機的泵唧作用轉送到冷凝器,最後排放到大氣中.

所以冷凝器是將壓縮機吐出的冷煤氣體,經過冷卻的流體(水或空氣)熱交換後,又還原成液態或液氣態並存的狀態,所以稱為冷凝器.換句白話文,把氣態的物質轉變為液態,就可以稱為冷凝器.

冷凝器是一種熱交換器,在冰水主機來講,主要的型式是殼管式熱交換器.殼管式的熱交換器是一種非常古典的形式,一個圓筒狀的鐵殼,中間放上適當數量的銅管或金屬管,中間在加上一些支撐架製作而成.

對冷媒來講,冷媒是一種會吸熱的物質,熱量越多,體積膨脹的越大,如果體積無法變動的話,則壓力升高.冷媒在冷凝器內的作用是將熱放到水中,因為物質特性的關係,當水將冷媒內的熱吸走,冷媒的物質型態由氣態轉為液態,同時所含的熱量減少,視壓力跟所含熱能的多少,可能轉變為類似泡沫狀的型態,如果所含的熱完全被較低水溫的水吸收,那冷媒就會變成液態的形式存在.在冷媒液態的部份插一支SENSOR,偵測到的溫度稱為飽和冷凝溫度.也就是凝結下來的冷媒的溫度.

冷凍空調用的冷卻方式不外氣冷或水冷兩種,氣冷就是直接用大氣中的空氣透過型式不一的鰭片,透過空氣的流動將冷媒所含的熱帶走,水冷則是透過水的流動將冷媒的熱帶走.而水的冷卻則是透過冷卻水塔的方式進行散熱的動作.最後冷媒中的熱因此而排放到大氣之中.

採用氣冷或水冷的散熱方式所能得到的最低溫度受限於天氣的影響,因此冷媒凝結溫度也跟著天氣連動,當天氣熱的時候,凝結溫度跟著升高,天氣冷的時候,凝結溫度跟著降低,除非刻意去控制水流或氣流(有很多人這樣做),不然凝結溫度會隨著天氣的變動而動.

前面講過冷媒會因為熱量的關係改變它物質的型態,熱量含的越高,壓力就越大,對於驅動冷媒流動的壓縮機來講,所需的動力就越大,耗的電就越多.所以實務上利用可以得到的最低水溫或氣溫來冷卻氣態的冷媒可以有效降低馬達推動壓縮機所需的動力.

但是若是冷凝器的高壓過低,因為膨脹裝置型式的關係,當高壓壓力與低壓壓力相同時,冷媒將停止流動,此時冷凍容量將降為0,這種情形常發生在冬天非常低溫的環境以及系統建造完成冰水還有開始運轉的時候.

冬天非常低溫的環境上若是冷卻水或空氣的溫度低於冰水循環溫度,冷凍效應趨近於0,然後壓縮機有可能過載燒毀,基本上是最危險的時刻,這在一些冷卻系統控制不好的場合常常可以看到,試車的時候沒有適時的降低冷凍負載的量也會發生,因為壓縮機開始運轉時必須通過一個功率需求的高峰有可能造成馬達過載.

在大型的主機會透過限流的裝置控制冷媒的流量以通過功率高峰,小型的的設備可能會因此造成馬達燒毀,毛細管或是膨脹閥的設計比較無法適應這樣的變動,容易馬達過熱,所以有些設備會限定一個時間讓馬達不在短時間內連續啟動,例如3分鐘或更長時間的間隔保護等.目的就是防止上述情況,避免馬達在沒有足夠冷卻的情況下燒毀,所以說起停頻繁是比較容易發生馬達燒毀的情形.看一下主機的壓力表就知道,如果是用毛細管的設計,機器停機的時候只要一下子,高低壓力是一樣的.其它型式的只要停機時間夠久,最後主機的高低壓力都會一樣,就必須面對起動時的這個問題.

凝結溫度雖然說較低可以得到較低的高壓運轉壓力,但是到底低到哪裡要看整個系統的設計及機器的特性,不是一味的追求高壓的降低,可以利用天氣的時候還必須搭配適當的控制策略,才能既省電又安全的運轉.不然機器燒了搞不好也不知道原因在那裏,下次可能就又會發生一次,那時可就欲哭無淚了.

當然,反個角度講,如果冷凝器維護保養的不好,或是環境影響導致散熱不好,勢必影響馬達所需的動力,高壓越高馬達推動就越吃力,若是到達主機高壓壓力的保護點,這時主機就會跳脫,小型的冷氣通常沒有高壓保護,所以都是鞠躬盡瘁,大型的若是走到高壓跳脫才來保養,累積下來浪費的電絕對遠大於維護保養所需的費用10倍以上,只是因為這是無形的費用,很難去計算,所以也滿多人不知道.想辦法降低主機的凝結溫度是在不變動機器設備的狀況下,進而省電最快的方法.