三種原理制冷劑 A2L和 A3冷媒泄漏監(jiān)測傳感器解析

chinaboy

在日益嚴峻的氣候挑戰(zhàn)與全球“雙碳”目標驅(qū)動下，制冷行業(yè)正經(jīng)歷一場關(guān)鍵的綠色轉(zhuǎn)折。在全球積極應(yīng)對氣候變化、各國頻繁出臺嚴苛環(huán)境法規(guī)推進減碳目標的大趨勢下，傳統(tǒng)氟利昂類制冷劑因其高GWP（全球變暖潛能值）正逐步被淘汰，市場行業(yè)正加速向天然制冷劑及低GWP替代品轉(zhuǎn)型。然而，低GWP制冷劑存在使用安全風(fēng)險，檢測應(yīng)用環(huán)境中A2L/A3制冷劑氣體是否泄漏非常重要。A2L是低毒弱可燃性冷媒，常見的有R32、R454A、R454B、R454C、R1234ze、R1234yf等。A3冷媒是高可燃性天然工質(zhì)，常見的有R290等。為應(yīng)對全球變暖問題，全球?qū)Ω逩WP冷媒的管控趨嚴，A2L和A3冷媒因低GWP特性成為全球制冷行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的首先選擇。

制冷劑冷媒的安全分類制冷劑應(yīng)具有可接受的安全性，安全性主要包括毒性和可燃性，國家標準《制冷劑編號方法和安全性分類》GB/T 7778-2017將制冷劑的毒性分為A類（低慢性毒性）、B類（高慢性毒性），將可燃性分為第1類（無火焰?zhèn)鞑ィ?、?L類（弱可然）、第2類（可然）、第3類（可燃易爆）。根據(jù)GB/T 7778-2017，制冷劑安全性細分為8類，分別為：A1、A2L、A2、A3、B1、B2L、B2、B3，其中，A1最安全，B3最危險。

常見制冷劑的安全等級如下：A1類：R11、R12、R13、R113、R114、R115、R116、R22、R124、R23、R125、R134a、R236fa、R218、RC318、R401a、R401b、R402a、R402b、R403a、R403b、R404a、R407a、R407b、R407c、R407d、R408a、R409a、R410a、R417a、R422d、R500、R501、R502、R507a、R508a、R508b、R509a、R513a、R744
A2類：R142b、R152a、R406a、R411a、R411b、R412a、R413a、R415b、R418a、R419a、R512a
A2L類：R143a、R32、R1234yf、R1234ze(E)、R454A、R454B、R454C
A3類：R290、R600、R600a、R601a、R1270、RE170、R510a、R511a
B1類：R123、R245fa
B2L類：R717
低GWP制冷劑的環(huán)境影響與效率R32：R32被視為一種環(huán)保制冷劑，其臭氧破壞潛力（ODP）為0，這意味著它不會對臭氧層造成破壞。R32的全球變暖潛力（GWP）相對較低，為675，相較于傳統(tǒng)的R22制冷劑，其GWP值大幅降低，能源效率高于傳統(tǒng)R410A，成為降低運營成本和排放的住宅和商業(yè)系統(tǒng)的**。
R454 A/B/C：R454A是R32（35%）與R1234yf（65%）的混合工質(zhì)，質(zhì)量配比為R32 35%、R1234yf 65%，GWP為145。R454A是一種輕度易燃、低全球變暖潛能值制冷劑，旨在在新設(shè)備設(shè)計中替代R404A，適用于低溫冷庫、速凍設(shè)備、工業(yè)制冷系統(tǒng)。R454A在正排量、直接膨脹低溫和中溫商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中提供了性能平衡，可替代R404A。它提供了改進的能源性能和更高的冷卻能力，無需進行重大修改即可輕松且具有成本效益地應(yīng)用于新設(shè)備。
R454B是R32（68.9%）與R1234yf（31.1%）的混合工質(zhì)，質(zhì)量配比為R32 68.9%、R1234yf 31.1%，GWP為466。R454B是一種輕度易燃、低全球變暖潛能值制冷劑，旨在在新設(shè)備設(shè)計中替代R410A，適用于家用/商用空調(diào)、熱泵及冷水機組。R454B在容積式、直接膨脹式空調(diào)、熱泵和冷水機組應(yīng)用中提供了佳的性能平衡，以取代R410A。它具有與R410A相似的特性，無需進行重大修改即可輕松且經(jīng)濟高效地應(yīng)用于新設(shè)備。
R454C是R32（21.5%）與R1234yf（78.5%）的混合工質(zhì)，GWP為146。R454C是一種溫和易燃的制冷劑。它在容積式、直接膨脹低溫和中溫商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的新設(shè)備設(shè)計中用作R404A和R22的替代品。R454C提供與R404A和R22相似的性能，無需進行重大修改即可輕松且經(jīng)濟高效地應(yīng)用于新設(shè)備R1234yf(SolsticeTMyf)是一種HFO，用作汽車空調(diào)中R134a的替代品。R1234yf(SolsticeTMyf)的全球變暖潛能值(GWP)低于歐盟移動空調(diào)(MAO)指令規(guī)定的限值，是下一代汽車空調(diào)制冷劑。
R290（丙烷）： R290是一種天然環(huán)保制冷劑，主要用于中央空調(diào)、熱泵空調(diào)、家用空調(diào)和其它小型制冷設(shè)備，也可以用于金屬氧割氣。ODP=0(完全無損臭氧層)；GWP≈3(相較于R410A的2088、R134a的1430，幾乎可忽略不計)，天然環(huán)保，是HVAC市場減碳的核心選擇，其零環(huán)境影響有助于減少溫室氣體排放。
制冷劑冷媒泄漏監(jiān)測的主要傳感器技術(shù)目前針對A2L和A3制冷劑泄漏監(jiān)測的傳感技術(shù)主要包括金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)（ MOS)、非分散紅外( NDIR)和熱導(dǎo)率(TC)：
1.金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)(MOS)半導(dǎo)體技術(shù)基于半導(dǎo)體材料電學(xué)性質(zhì)變化的氣體檢測技術(shù)，當(dāng)待測氣體在一定溫度下與半導(dǎo)體接觸時，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這一反應(yīng)過程導(dǎo)致半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化。通過測量電阻、電流或電壓等電學(xué)參數(shù)的變化可以確認氣體的濃度高低。半導(dǎo)體冷媒泄漏監(jiān)測傳感器具有設(shè)計簡單和成本低等優(yōu)勢，但MOS傳感器的長期穩(wěn)定性較差，隨著時間推移容易失去準確度。其次就是MOS傳感器的選擇性較差，容易受到其他易揮發(fā)有機物（例如酒精）的影響。如果空氣濕度發(fā)生變化， 半導(dǎo)體式傳感器的檢測結(jié)果也會受到影響

金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)(MOS)原理圖

費加羅推出一系列符合國家和國際最新標準，用于檢測 A2L（R32、R454）和 A3（R290）制冷劑泄漏的新型氣體傳感器模塊。這就是工采網(wǎng)代理的 FCM 系列產(chǎn)品，此系列包括FCM2610-G、FCM2630-H 和 FCM2630-K，都配備有兩個氣體傳感器，可實現(xiàn)較長的使用壽命。

FCM2610 和 FCM2630 都是嵌入式氣體傳感器模塊，專為檢測 A3 或 A2L 類制冷劑氣體而設(shè)計，并符合 HVAC 制冷劑檢測系統(tǒng)的主要技術(shù)標準。模塊內(nèi)置兩個高靈敏度半導(dǎo)體式氣體傳感器，非常適用于檢測弱可燃性（A2L）或易燃性（A3）制冷劑氣體的泄漏，每個傳感器模塊均具備高可靠性并可實現(xiàn)長達 15 年的使用壽命?？傮w而言，與 NDIR式氣體傳感器相比，半導(dǎo)體式氣體傳感器在面對機械沖擊、振動和粉塵環(huán)境時具有更強的抗干擾能力。內(nèi)置氣體傳感器所采用的專有濾層技術(shù)，有效降低了干擾氣體的影響。

2.非分散紅外NDIR技術(shù)非分散紅外(NDIR)技術(shù)是利用氣體對特定波長紅外光的吸收特性來測量氣體濃度，檢測不同型號冷媒氣體只需選擇對應(yīng)的特征吸收波段，具有選擇性好，抗干擾能力強，檢測精度高，壽命長，可靠性高等優(yōu)勢，NDIR 型傳感器的氣體選擇性高，不會對可燃氣體之外的氣體作出反應(yīng)，檢測精度高，穩(wěn)定性好，壽命長。基于以上特性，近年來使用 NDIR 方式的空調(diào)廠商逐漸增加。

非分散紅外NDIR技術(shù)原理圖

工采網(wǎng)新推出了一款非分散式紅外NDIR制冷劑檢測傳感器S507-R32，專為檢測 A2L 類制冷劑氣體R32而設(shè)計,具有壽命長，結(jié)構(gòu)體積小，方便系統(tǒng)集成的優(yōu)勢，測量范圍0 ~ 2000PPM。

3.熱導(dǎo)TC技術(shù)熱導(dǎo)技術(shù)是基于不同氣體熱導(dǎo)率的差異，通過測量氣體流經(jīng)加熱元件時的導(dǎo)熱能力變化來判斷濃度，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，維護方便等優(yōu)勢，但熱導(dǎo)冷媒泄漏監(jiān)測傳感器因其測量的廣譜性易受到干擾氣體的影響導(dǎo)致傳感器誤報。同時因為R290等氣體的燃燒/爆炸下限比較低，熱導(dǎo)冷媒泄漏監(jiān)測傳感器對R290氣體在燃燒/爆炸下限范圍的測量靈敏度低使其在冷媒泄漏監(jiān)測應(yīng)用中存在一定局限性。

熱導(dǎo)TC技術(shù)原理圖

工采網(wǎng)代理的瑞士Neroxis熱導(dǎo)式氣體傳感器MTCS2601，由基于 MEMS 技術(shù)的 4 個 Ni-Pt 電阻組成的微機械的熱電導(dǎo)率傳感器。此熱導(dǎo)傳感器安裝在小型的 SMD 封裝內(nèi)。同時結(jié)合了低功耗 CMOS 標準集成電路，非常適合制冷氣體（CFC、PFC、HFCs等）泄漏檢測。

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