tsaising的能源護罩空調照明技術高效節能產品部落格

目前各高科技產業包括電腦及週邊產業、積體電路產業、通訊產業、光電產業、精密機械產業、生物技術產業，以及傳統產業包括紡織、化纖、石化、觀光、食品加工等產業無不使用冰水主機調節其製程之恆溫恆濕環境，達到其產能及品質的控制。唯台灣地區屬亞熱帶氣候，故要維持一定的恆溫恆濕環境必須消耗大量的能源於冰水主機的運轉上，造成各企業主必須支付超額的費用維持公司或工廠的正常運轉。

二、        PROA對冰水主機節能之功用

關於空調用冰水主機的節能方案能有效又長期產生節能功用者寥寥無幾，一般來說要使空調用冰水主機維持最有效的節能方案，除人為管理或電子自動控制（投資回收期長）外，實在沒有其他更有效的方法。

由於冰水主機在長期運轉下，壓縮機潤滑系統的冷凍油逐年穿透己老化的油封，進到熱交換系統之蒸發器及冷凝器，並附在熱交換系統之銅管管壁上，冷媒之熱交換效益隨著滲透的冷凍油逐年下降（KW/RT遠高於原設計值），冰水主機耗能則隨著其機齡逐年上升（因為沒有更有效的方法可以清除己進入熱交換系統的油漬）。所以，冰水主機運轉時間達到其一定的年限時，就需更新冰水主機。

PROA的好處在於其被引進熱交換系統或潤滑系統後，其極化分子最前端的負電荷（每一個氯原子帶17個負電荷，PROA化學式裡有六個氯原子）與金屬（帶正電荷）產生相吸原理，穿過熱交換系統的銅管管壁上的油膜（漬），快速地進入金屬間最細微之晶格縫隙，使原有的油膜（價帶層）脫離銅管管壁，冷媒之熱交換效率即慢慢回升到原設計值；耗能則跟著下降，達到節能的目的。

三、        PROA的歷史沿革

1983   Jack D. Hammack 和 C.A.T Wilkins博士共同研發一種可成受極高壓力之油品組成方法，成立南方研究發展股份有限公司（Southern Research & Development Inc.）同時研發出两種可成受極高壓力之油品：汽機動車用的Q-10，及工業用之Q-10。

1987  開始研發冷凍油用產品，原始名稱為「冷凍油用油精」（refrigerant oil concentrates ROC），在阿拉巴馬大學（University of Alabama）做測試。

1988  在FALEX公司做潤滑測試，改善負載中的壓縮機機油提昇1500%。

1990  獲美國專利編號#4963280，專利使用權同時頒發給Jack D. Hammack，C.A.T. Wilkins 博士及Charles Thompson。

1991  成立SUNDAIL 公司推廣「冷凍油用油精」，產品名稱為「Compress Care」，在美國耶利桑那大學測試時獲得肯定。

1992  能源政策要求減少聯邦能源耗損。

1994  Wilkins 博士去逝，南方研究發展股份有限公司 （Southern Research & Development Inc.）及SUNDAIL 公司結束營業。

1994  美國冷凍空調學會（ASHRAE）承認PROA潤滑劑的功效。

1994  美國柯林頓總統下達執行命令限期改善美國聯邦能源之消耗。

1995   Jack D. Hammack 成立Micro Shield Products公司，市場推廣產品名稱為「Compress Care」。

1995  美國能源部委托Pacific Northwest實驗室進行ROC （PROA）的測試。

1995  美國能源管理執行計劃室在1995年九月份聯邦科技公報發佈准許美國政府公共事業部使用ROC（PROA），國家採購編號為013775405，Cage號為036937154。

1997  Micro Shield Products公司授權Compress Care 公司為全球總代理，註冊商標為「Compress Shield」（原名稱為Compress Care）。

1998  美國太空總署（NASA）太空公用事業之冰水主機經使用PROA，獲正面評估效果。

1998  美國麥斯衛（Maxwell）空軍基地之冰水主機經使用PROA，獲正面評估效果。

2001  壓縮機再造者建議使用「Compress Shield」。

四、             PROA的適用範圍

PROA技術已可安全地用在各種軍事及民間企業的空調、熱泵浦、冰水主機及冷藏設備，這裡包括各種型式的壓縮機、全密閉式及半密閉式壓縮機、螺旋式、渦輪式壓縮機、及離心式冰水主機等，PROA的處理方法可適用於各種尺寸的空調及冷凍系統，但吸收式冰水機除外。

五、        PROA的節能機制

PROA是一種飽和、且非顆粒性油基化合物，帶有活性極化分子，該分子一旦被引入冰水主機的熱交換系統時，小於10^-10的分子便穿透冷凍油的熱絕緣層（價帶層）而與壓縮機、蒸發器及冷凝器的晶格（金屬最微小之縫隙）產生異性相吸作用，在金屬表面形成邊界膜。

當PROA在冰水主機熱交換系統中完成附著後，其活性極化分子與銅管外側（冷媒側）的金屬健合方式是以極高難度的極化合成技術；也就是要將６個氯原子（一個氯原子帶17個負電荷）連續接在末端３個碳原子上，形成強大負電荷中心，該分子一遇到金屬就強而有力的吸附在帶正電荷的金屬晶格中，另外極化分子的Sp3軌域與金屬的d軌域產生電子共用，使兩者結合為一體且永久安定，非單純的物理吸附，永遠不會發生脫附的現象。

由於PROA的極化分子進入水主機熱交換系統後，將除掉系統中舊有的油漬（物理學稱為絕熱層或價帶層），在壓縮機、蒸發器及冷凝器的銅管表面就像塗了一層活性極化分子薄膜（成形蓮花自潔作用），原在銅管外側存積的油漬即慢慢脫離金屬表面，新的油膜也不再成形，加速冷媒與金屬表面的熱傳遞及冷凍油的潤滑效益提升，恢復冰水主機系統原有的熱容積，達到節能的效果。

六、        PROA的產品規格認證

PROA在實驗室，使用ASTM（American Society for Testing Material）測試時達到（超過）ASTM D3233-73（界面形成能力---使潤滑能力提高1500%）；ASTM D2272（抗氧化能力---提高金屬抗氧化能力78.5%）；ASTM D471（苯胺點---增強壓縮機油封密封件使用壽命81%）測試標準。（詳細說明請參考美國冷凍空調協會對PROA的評估報告Page 10~13）

已達到各種規範要求的規格認證方法說明如下：

l  廢油處理→PROA在回收或廢油處理上並沒有額外的限制（PSI 1992年6月2日）。

l  致癌性→PROA是無致癌性的（美國專利4,963,280）。

l  潤滑度→潤滑度測試已證明普通的油樣品（未處理過）在300psi時就斷裂。而用PROA處理過的油樣品抗壓甚至超過4500psi。增加潤滑度1500%（FALEX 1988）。

l  氧化→油樣品於90psi（620.5kPa）被暴露在氧化環境中並加熱至302℉（150℃）。當油樣品降壓至25psi（172.4kPa）所需的時間愈長，表示它愈能抗氧化，因而更能保護壓縮機元件，未處理過的油樣品降至25psi（172.4kPa）花了14分鐘，而用PROA處理過的油樣品則花了25分鐘，經PROA施工後可增加抗氧化能力78.5%。

l  密封件退化→PROA比未處理過的冷凍油在合成橡膠（Neoprene）中減少29%的膨漲而在亞硝酸鹽（Nitrile）中減少81%。PROA也有效地調理Neoprene, Viton A, PFE seals, Buna Ｎ, Nylon 66, Hastelloy, Mylar, Polypropylene, 與Carpenter 22。PROA不僅不會有害壓縮機密封件，實際上它還能提供延長設備壽命的好處。

七、     PROA的節能及相關效益

PROA處理法最重要的兩種效益是：

1.       改善在蒸發器及冷凝器管圈內的熱傳遞；

2.       增加冷凍油的潤滑，這兩種效益產生出其他數種次要的效益。

● 恢復體積容量→在所有可移動（轉動）部件的金屬表面加上一層穩定的邊界膜會改善移動部件之間的密封墊的效能，使潤滑油的漏出量減少，達到壓縮機在壓縮期間因不良的密封性所失去的熱容積。

● 縮短運轉時間→改善蒸發器及冷凝器的熱傳遞率，系統的容量也相對增加。因容量增加，週期轉動的壓縮機就不需要那麼長的運轉時間去製造出同量的熱傳遞，因此就節省了能源。

● 降低機械摩擦→在壓縮機內的移動（轉動）部件的金屬表面上加上一層邊界薄膜，機械摩擦因而減少，同時潤滑度的改善可降低部件損耗及所額外產生的熱量。

● 延長設備使用期→減少機械摩擦、及額外產生的熱量，這一切都有利於延長設備的壽命。

● 安靜的操作→實地的經驗已證明PROA處理法往往可以產生更平滑、安靜的運轉系統。

八、      PROA的施工方式

PROA的施工，必須配合注意下列幾點：

1. PROA的施工必須由具乙級冷凍空調技師執照者才可以執行施工；

2. 冰水主機實施PROA的安裝前，需經由合格的HVAC技術人員做好安裝前的檢查。其檢查項目如下﹕

A. 高壓及低壓在設計範圍內運作；系統內有適量的冷媒以及沒有漏油或冷媒現象；

B. 蒸發器及冷凝器的銅管內側(水側)及過濾器的清潔；

C. 自動調溫器及控制系統功能確認；

D. 空氣調節室或冷卻水塔熱交換用散熱片的灰塵、汚物及腐蝕確認。

3. PROA在安裝過程中須適度調整冷凍油與PROA的比例(依據美國ASHRAE實驗室報告，如Page 10說明)；

4. 冰水主機PROA的安裝工程需分二次實施；

5. 冰水主機完成PROA的施工後，其消耗能量會少量增加，這是正常的。因為PROA開始移動分佈到整個熱交換系統，其活性極化分子與金屬鍵合後，它們便會在銅管的外側（冷媒側）取代油漬及積碳物。伺PROA 正常運作二個星期，活性極化分子才會慢慢分佈到整個系統。在金屬表面的油漬及其他的積碳粒子則經由冷媒帶離銅管的外側（冷媒側），收集在冷凍油或冷媒過濾器上，故要適時清理或更換過濾器。

九、      冷凍空調技師常問問題（FAQ）

（１）   PROA的極化分子是否可與冷凍油相容？

A .PROA的極化分子與冷凍油或冷媒都是以奈油為基礎，屬於飽和性的碳氫化合物；可以在冷凍系統中相容。

（２）     PROA的極化分子是否會從冷凍油沉澱下來？

A. PROA是以奈油為基礎的分子在金屬晶格裏產生電化學反應結合在一起，不含任何固體，不會沉澱或過濾出來。（詳細說明請參考美國冷凍空調協會對PROA的評估報告）

（３）     PROA的極化分子與金屬鍵合後，會影響冰水主機的正常運轉嗎？

A. PROA的極化分子不含固體顆粒，PROA與金屬鍵合後，在電子顯微鏡下看到的只是一層小於10^-10分子薄膜，其厚度只有質譜儀或50,000倍的電子顯微鏡下才能夠測量出來，故絕不會影響到軸承之精度或主機的性能。

（４）     經過PROA施工的冰水主機，在更換冷凍油或填充冷媒時，需再重覆施工嗎？

A.冰水主機經PROA施工後，在冰水主機的壓縮機軸承、蒸發器及冷凝器等金屬表面已完成PROA的極化分子與金屬的鍵合，故在更換冷凍油或填充冷媒時，無須再進行第二次施工。

（５）     PROA的極化分子可適應何種溫度範圍？

A.  從 -54℃～204℃ 溫度範圍都可適用。

（６）     PROA的極化分子會改善密封件的壽命嗎？

A. 半密閉式的機組需要裝設機械軸心油封，使冷媒不會洩漏到機油箱；又把機油箱空氣及濕氣擋住，故半密閉式的機組需用兩個高精密製作及磨光的表面去作出零洩漏的油封。半密閉式壓縮機裡最精密且高度表面磨光的油封容易被乾燥的冷媒腐蝕及軸承磨損而造成的損壞，但是只要機組經PROA施工處理過後，機械軸心油封的損壞可降低到最小，並延長機組的壽命。

（７）     PROA的極化分子對於在密封系統裡的電動馬達有甚麽好處？

A.  在密封式機組裡的電動馬達，經PROA施工處理過後，能擁有與壓縮機同樣的好處。密封式的電動馬達70%的故障係由供應電力（高電流）所造成；其他的故障大部分由於軸承捲曲問題所造成的損壞。既然馬達軸承像壓縮機軸承一樣受到保護，故其壽命也會相對增加。

（８）     PROA的極化分子效能，可持續使用多久？

A.  冰水主機經PROA施工後，並完成銅管外側（冷媒側）金屬的鍵合時，在冰水主機有效壽命期內都有效。壓縮機如經拆卸電動馬達後，則要做PROA修補工作。

（９）     PROA可調理那些彈性體？

A.      PROA可調理下列彈性體：

      尼奧普林（一種合成橡膠）         布拿（一種合成橡膠）                 密拉（一種聚酯薄膜，商標名）

                Viton A                      尼龍66                     聚丙烯

                PFE密封墊                         Hastoly                    Carpenter 20

（１０）      PROA的極化分子與冷凍油混合後，其化學的穩定性如何？

A.       混合物的穩定性是很重要的，因為在封閉的冷凍系統內，潤滑油在各種金屬及絕緣材料的場合裡必須藉著冷凍劑抵擋化學性攻擊，在高溫的狀態下，這些元素扮演催化劑以加速冷凍油的分解。雖然系統是設計在適當的溫度下正常運轉，電動馬達在密封的環境下產生過熱現象是正常的。在線路電壓變動的情形下或冷凝器盤管圈中不適當的空氣流及類似的系統失敗問題，常使電動馬達線圈溫度超過300℉。由於電動馬達在密封的中，所以會產生一大堆密封金屬線瓷漆及絕緣材料介質的改變的問題。然而，PROA因增加了潤滑油混合物的熱學穩定性與氧化穩定性，故而大大增加了壓縮機的壽命。

（１１）      PROA的極化分子與金屬晶格鍵合後，能增加潤滑度1500%。這意謂什麼？

A.       因為增加了潤滑度，所以你會發現壓縮機裡的標準潤滑油有更長的壽命。這意謂可以拉長換油時間，減少每年的保養成本。

（１２）      PROA的極化分子會影響冷凍油的抗氧能力及抗侵蝕能力嗎？

A.        根據卡爾費雪法（Karl Fischer Method）測量，AC及冷凍系統是種相當乾燥的系統（意即：它們只含百萬分之200或更少的濕氣）。冷凍油製造商宣稱他們的產品只含非常低量的濕氣，在冷凍系統中氧化通常不是一個問題。然而，一旦系統開始運作，它一樣會成為問題；而已經存在於系統裡的濕氣既沒有除掉，所以系統經PROA施工後，將成為無灰塵的抗氧化劑，大大增強了油混合物的抗熱氧化及其穩定性，它比單純的只有冷凍油的抗氧化及抗腐蝕增加了好幾倍。

（１３）      PROA施工時是否需要停機？

A.      小型機組在PROA施工時不用停機，大型機組在施工前需實地勘查情況，目前己實施PROA施工的800RT冰水主機是在沒有停機情況下完成的。

（１４）      PROA適用於何種壓縮機？

A.       適用於往復式（Reciprocating）、渦捲式（scroll）、螺旋式（Screw）、迴轉式(Rotary)、離心式(Centrifugal)。不論開放式(Open type)、半密閉式（Semi-hermetic type）、全密閉式（Hermetic type）皆適用。但吸收式(Absorption chillers)除外。

（１５）      PROA可通用各種冷媒嗎？

A.      【1】甲烷系列（Methane Series）R-10~R-50【2】乙烷系列（Ethane Series）R-110~R-170【3】丙烷系列（Propane Series）R -216c a~R-290【4】二氧化碳（Sulfur Dioxide）R-764【5】氟氯烷（Chlorodifluoromethane）R-502【6】二氧化硫（Carbon Dioxide）R-744【7】氨（NH₃）R-717。

事實上，有些冷媒在實地測試中呈現低啟動效率，PROA被用來增加這些新冷媒的高峰效率。當一些新產品被推到市場上時，總公司會測試PROA決定產品相容性並修改成份以適應新的要求。

十、          美國冷凍空調協會（ASHRAE）對PROA的評估報告

根據美國冷凍空調協會（ASHRAE）的研究，以及由ASHRAE所提出的報告，已確切證明系統效能會因系統各處內在表面上的潤滑油沉積物而降低30%。這些沉積物使熱傳移降低（heat transfer degradation），增加壓力降（increase pressure drops）、升高沸點（elevates boiling points）且減少設備的潛熱容量（reduces latent heat capacity）。這些問題的結果是冷卻能力一個實質上的損失，大大地增加運轉費用而且縮短設備壽命。

一直到PROA的發明，才有方法避免或改善問題。設計工程師或者增加設備的尺寸以補償那預期的損失，或者只有承受在未來的日子裡一個效能的不足。

PROA是機械系統技術的一項突破性發展，它帶有活性極化的化合物分子，會與壓縮機、蒸發器和冷凝器的金屬表面形成分子鍵，清除潤滑油沉積物。系統中的冷媒劑因此再次獲得新的熱交換場所，設備也開始再次地於設計效率上運作。

因此，PROA恢復了設備的效能，減少運轉費用且延長設備的壽命。

ASHRAE 1994年冷凍手冊的第7章清楚地說到“ 添加劑能加強某些潤滑油的特性…”，而且指明極性化合物是三類原始效能處理劑之一。該章繼續提到，雖然效能處理劑類型對冷凍油的壓縮機並非必要，“….含效能處理劑的油可得到令人極滿意的效能....而且能提供給純礦物油一些效能利益。”極性化合物和極性物質不是效能處理劑特有的。有許多冷媒是極性化合物，就如冷凍潤滑油一樣。

ARTI（空調和冷凍技術學會）於1993年在美國能源部的授權和主要設備製造業者資助之下所做的研究中提到，“ 潤滑油和冷媒劑的極性大大影響其效果的程度和性質…”以及“考慮潤滑油之化學結構的角色對這些實驗具有決定性。”這些研究也顯示了，就如TRANE公司所做的一篇相容性報告之前這所陳述的：“開發一種環保性可接受的冷媒分子，它必需包含氫以減少其在大氣中的生命和除去氯以阻止臭氧稀薄化。結果就是較不易混合的、更具極性的冷媒劑…”，還有“就大多數碳氫（HFC）冷媒劑而言，必需使用---極性合成潤滑油…以達到能接受的可混和性。

極性化合物的使用在今天HVAC工業中是基本且常見的做法。

ASHRAE冷凍手冊的第7章建議為潤滑油添加劑在下列四個範圍中測試效能：【1】被系統乾燥器清除的可能性，【2】對系統元件的惰性，【3】低溫時在冷媒劑中的可溶性，和【4】高溫時的穩定性。

因為PROA使用潤滑油作為載體化合物，檢查PROA在潤滑油上的效果也是有用的。ASHRAE列出在作這些決定方面有用的標準（ASTM）測試下列各項：【1】 黏滯度，【2】比重，【3】 傾瀉點，【4】揮發性，【5】濕氣含量，【6】苯胺點，【7】抗氧化度和 【8】電介質崩潰電壓。

最後，ASHRAE也建議評估非標準的性質，包括：【1】系統材料存在時的化學安定性，【2】與冷媒的溶解度，【3】對油的影響 【4】邊界形成的能力和 【5】與空氣的溶解度。除了本節中項目【4】以外，這些非標準的性質被含蓋在上述的討論裡。這些測試多數已經被完成，結果概略說明於下。若測試是被認為不必要的，也充份說明其理由。

被系統乾燥器清除的可能性 - 因為下述的理由而不做這一系列的測試。首先，乾燥器是在微米的水準上清除掉物質。因為PROA工作並且在一分子厚的水準上來分佈比微米小很多。實際上是無法將PROA從系統移除。第二、PROA只與元件的金屬表面而非與乾燥器結合；因此，PROA不會連同任何的碳物質、雜質一起離開，或與微米大小的冷煤或潤滑劑粒子結合。最後，因為PROA是與金屬表面而非與任何乾燥劑有分子親合性（再次地，只能在微米的水準上來作用）並且與潤滑油一起運行而被分佈在系統各處達一個分子的厚度，一般預期大多數的PROA將會在通過系統乾燥器之前與金屬表面結合。

對系統元件的惰性 - 有五個主要的系統元件會被考慮到：密封件，金屬，潤滑油，冷煤，和絕緣材料。

密封件在下面苯胺點那一節會提到。然而，就如一般法則，應該注意到PROA經ASTM測試中，可減少密封件膨脹和收縮達29% 到81%。系統對金屬的惰性之最好的測試是ANSI/ASHRAE 97-1983，對銅、鋼和鋁做密封管件測試，可接受的變化少於1%。PROA的效能造成少於0.85%的變化，是在推薦的範圍以內。

下面將潤滑劑在各種角度的基礎上來探討使用美國材料試驗學會（ASTM）的實驗室測試。PROA中主要的成分是線型阿爾發-石蠟（Linear Alpha Olefin），線型阿爾發-石蠟會被苯（benzene）催化產生合成潤滑劑或在一個二步驟的催化過程中產生合成性的聚合阿爾發-石蠟（Poly Alpha Olefin）潤滑劑。在考慮選擇主要的成分以產生廣泛使用的合成潤滑劑時，PROA的惰性是顯然的。用冷媒對金屬所作的相同測試顯示，PROA已經能與大多數的冷凍劑相容。

為了一些理由並沒有在絕緣物上隨時做特別的測試：（1） PROA所用的阿爾發-石蠟（Alpha Olefin）在製造許多絕緣產品時也被當作一個可塑劑，（2）持有相對高的電介強度表示PROA正以類似合成橡膠的方式修補絕緣物並避免絕緣物吸收冷凍劑。最後，ARTI測試已經確定一些塑膠，例如尼龍，會吸收極化潤滑劑，支持了PROA會修補材料的信念。

低溫時在冷媒劑中的可溶性 – 一般而言，其分子結構是與PROA分子同一類型的飽和物，與極化冷媒有極低的互溶性，例如R-22。然而，PROA分子中鹵元素鍵的阿爾發位置導致其行為具有許多芳香劑的特性，特別是有關可溶性和面（Boundary）潤滑性質。PROA分子這種鹵元素鍵從短鏈線性分子的“分岐”也傳給具分枝鏈的石蠟（也是飽和碳化氫）獨特的特性，在低溫時是較不黏滯的，且有低傾瀉點。當符合ASTM-D97和ASHRAE 86的標準，也就是95% SUNISO 3G S冷凍油加上5% PROA做測試，傾瀉點維持在 -35℉ 而絮點（Floc Point）在-85℉。這與100% SUNISO分別呈現出0到5%的變化。

高溫時的穩定性 - 當符合美國標準測試方法(ASTM-D92)的測試時候，SUNUSO/ PROA的組合有340℉的閃點以及370℉的火點。這與100% SUNISO分別呈現出0到2.5％的變化。

實驗室分析

                                             100% SUNISO   95%SUNISO/

項目                         ASTM test No.