1。はじめに
As the refrigeration and air conditioning (HVAC&R) industry continues its transition toward environmentally responsible solutions, natural refrigerants like アンモニア（nh₃）、指定されています R-717、新たな卓越性を獲得しました。アンモニアは、その優れた熱力学的特性とゼロオゾン枯渇電位（ODP）および地球温暖化の可能性（GWP）のために、1世紀以上にわたって冷蔵されてきました。毒性と可燃性のリスクにもかかわらず、アンモニアはエネルギー効率と環境への影響が重大な懸念である産業冷凍アプリケーションに最大の選択肢です。
この記事では、アンモニアの物理的および化学的特性、その環境上の利点、アプリケーションエリア、安全性の考慮事項、システム設計、および冷凍の将来におけるその役割について説明します。
2。R-717とは何ですか？
R-717 業界の指定です 無水アンモニア、窒素と水素（NH₃）からなる天然の化合物。刺激的な臭いを持つ無色のガスで、天然冷媒として分類されます。
2.1化学的および物理的特性
| 財産 | 価値 |
|---|---|
| 化学式 | nh₃ |
| モル質量 | 17.03 g/mol |
| 1 atmの沸点 | -33.34°C（-28.01°F） |
| 臨界温度 | 132.4°C（270.3°F） |
| クリティカルプレッシャー | 113.5バー（1647 psi） |
| オゾン枯渇の可能性（ODP） | 0 |
| 地球温暖化の可能性（GWP） | 0 |
| Ashrae Safety Group | B2L（毒性、低い可燃性） |
| 臭気のしきい値 | <5 ppm (very detectable) |
| 空気中の可燃性制限 | ボリュームごとに15％ - 28％ |
| 自動発光温度 | 〜651°C（1204°F） |
| 気化の潜熱（0°C） | 1370 kj/kg |
| 液体の密度（-33°C） | 681.9 kg/m³ |
3。環境上の利点
3.1ゼロオゾンの枯渇とGWP
アンモニアには塩素やフッ素が含まれていません。つまり、次のことを意味します。
- オゾン層を枯渇させません
- ゼロのGWPがあります、気候に配慮したアプリケーションの理想的な候補者となっています
3.2自然発生と持続可能
アンモニアはaです 自然に発生する物質 人体、土壌、空気、水に見られる。 Haber-Boschプロセスを使用して簡単に合成でき、広く利用可能で比較的安価です。
4。熱力学的利点
アンモニアの好ましい熱力学的特性により、冷媒として非常に効率的になります。
4.1高潜熱
アンモニアには 蒸発の非常に高い潜熱、蒸発中に単位質量あたり大量の熱を吸収できるようにします。これは次のことに貢献します：
- 必要な質量流量が小さい
- より効率的な蒸発器とコンプレッサー
4.2優れた熱伝達特性
熱伝導率と熱力学的挙動により、アンモニアは優れています 熱伝達性能、特にシェルアンドチューブとプレートの熱交換器で。
4.3高いパフォーマンス係数（COP）
通常、アンモニアシステムは達成します より高い警官 多くの合成冷媒と比較して、特に大規模または産業用途で。
5。アプリケーション領域
5.1産業冷蔵
R-717は、以下の好ましい冷媒です。
- 食品および飲料の加工
- コールドストレージおよびロジスティクス倉庫
- アイスリンク
- 乳製品、醸造所、肉詰め植物
5.2地区冷却と大規模なHVACシステム
アンモニアは適しています 集中冷却システム のために：
- スタジアム
- データセンター
- 病院や大学
5.3ヒートポンプ
工業用グレードのヒートポンプでは、アンモニアは高温生産量（最大90°C以上）にますます使用されています。
- 殺菌
- 地区暖房
- 化学産業でのプロセス加熱
6。システム設計
6.1直接拡張（DX）システム
小規模から中規模の植物で使用されているアンモニアを備えたDXシステムは、電子またはサーモスタット膨張バルブを使用し、アンモニアで直接充電された蒸発器を使用します。
6.2浸水システム
産業冷凍で最も一般的な浸水システムは、高効率のために蒸発器に液体アンモニアの貯留層を維持しています。
6.3カスケードシステム
アンモニアは、多くの場合、高温段階で使用されます カスケードシステム、アンモニア電荷を減らして占有空間から隔離するために、低側に二次冷媒（Co₂やグリコールなど）を備えています。
6.4間接システム
これらの構成では、アンモニアが冷却されます 二次液 （例えば、塩水、グリコール、CO₂）空間を循環させるために冷却されます。これにより、アンモニアの足跡が削減され、安全性が向上します。
7。安全性の考慮事項
アンモニアは効果的で天然の冷媒ですが、 安全性は大きな懸念事項です その毒性と低い可燃性のため。
7.1毒性
アンモニアは、高濃度で吸入すると毒性があります。
- 300 ppmへの短期的な暴露は危険です
- 500 ppmはすぐに生命と健康に危険です（IDLH）
しかし、アンモニア 強い臭い 多くの場合、危険なレベルに到達するずっと前に、非常に低い濃度（5 ppmという低い濃度）で漏れを簡単に検出できます。
7.2可燃性
アンモニアは技術的に可燃性ですが（空気中は15％から28％）、次のとおりです。
- 点火するのは難しい
- を持っています 低炎速度
- 必要 イグニッションエネルギーが高い
それはに分類されます B2L Ashraeの下 - 誘発 低いが毒性が高いが、より高い毒性。
7.3材料互換性
アンモニアはです 銅および銅合金に腐食します。したがって、冷蔵システムを使用する必要があります 鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウム コンポーネント。
7.4圧力管理
システムの圧力は中程度です（CO₂ほど高くはありません）が、システムには以下を含める必要があります。
- リリーフバルブ
- 圧力調節因子
- リーク検出システム
8。規制および標準化コンプライアンス
アンモニアシステムは、以下を含むさまざまな国際基準を遵守する必要があります。
- Ashrae Standard 15 - 冷凍システムの安全基準
- IIAR基準 - 特にアンモニアシステム用に開発されました
- 378年 - 冷凍安全に関する欧州標準
- OSHA & EPA - 米国の労働安全および環境安全規制
多くの国では、特定の充電制限（米国では10,000ポンドなど）を超えるアンモニアシステムが登録およびプロセス安全管理（PSM）コンプライアンスが必要です。
9。利点と短所
9.1利点
- 環境に優しい：回答とGWP = 0
- 高効率：優れた熱力学的性能
- 検出可能性：臭気のために簡単に漏れを感知します
- 可用性：広く使用され、グローバルにサポートされています
- 費用対効果：HFCSまたはHCFCと比較して安価
9.2短所
- 毒性：堅牢な安全対策とトレーニングが必要です
- 物質的な制限：銅/真鍮に腐食性
- 世論：人口密集地域の危険に対する懸念
- 規制負担：安全コンプライアンス要件が高くなります
- トレーニングのニーズ：経験豊富な技術者が必要です
10。イノベーションと傾向
10.1低電荷アンモニアシステム
コンパクトな熱交換器とマイクロチャネル技術の進歩により、 低電荷アンモニアシステム、パフォーマンスを維持しながらリスクと冷媒の量を最小限に抑えます。
10.2ハイブリッドシステム（アンモニア +CO₂）
アンモニアとco₂inを組み合わせる カスケードまたは間接システム 占有空間でのアンモニア曝露を減らした効率的な冷却を可能にします。
10.3モジュラーおよびパッケージユニット
現在、メーカーが提供しています 工場で構築された、事前に充電されたアンモニアチラー、現場での設置リスクを削減し、メンテナンス効率を改善します。
10.4自動化とリーク検出
洗練された リーク検出システム、自動制御、およびリモート監視 アンモニアベースの施設の安全性と運用の信頼性を向上させます。
11。アンモニア対合成冷媒
| 特徴 | アンモニア（R-717） | R-134A | R-404A | R-22 |
|---|---|---|---|---|
| ODP | 0 | 0 | 0 | 0.05 |
| GWP | 0 | 1430 | 3922 | 1810年 |
| 効率（警官） | 高い | 適度 | 適度 | 良い |
| 毒性 | 高い | 低い | 低い | 適度 |
| 可燃性 | 低（B2L） | なし | なし | なし |
| 臭い | とても強い | なし | なし | 軽度 |
| 料金 | 低い | 中くらい | 高い | 段階的に |
12。将来の見通し
アンモニアは態勢が整っています 継続および拡張された使用、特に、業界が高GWP冷媒から離れて移行するように。特に強い：
- コールドチェーンロジスティクス
- 高温産業ヒートポンプ
- 持続可能な食料生産
- 地区とプロセス冷却
技術の改善があります 低電荷設計、制御システム、およびハイブリッドアーキテクチャ、アンモニアはますます実行可能になっています コマーシャル 産業用ユースケースと同様に。
13。結論
アンモニア（R-717） 利用可能な最も効果的で環境的に健全な冷媒の1つです。その毒性と軽度の可燃性の性質にもかかわらず、その熱力学効率、環境への影響ゼロ、および長年の産業用使用は、大規模な冷蔵に理想的なソリューションとなります。
適切な設計、規制、およびトレーニングにより、アンモニア冷凍システムは、幅広いアプリケーションに安全で信頼性の高い効率的なサービスを提供できます。地球温暖化と規制上の圧力が高まるにつれて、アンモニアは、将来の持続可能な冷凍において重要な役割を果たし続ける可能性があります。
