用于空調A2L制冷劑（冷媒）泄露監測的NDIR氣體傳感器
在美國，為了支持《蒙特利爾議定書》基加利修正案和《巴黎氣候協定》，各州形成了聯盟來應對全球變暖這一問題。其最重要的目標就是控制溫室氣體的排放，例如目前常用的的氫氟碳(hydrofluorocarbon, HFC)制冷劑[1]。 按照目前的政策和措施（如圖1），在2024年到2025年期間，歐美發達國家將停止使用全球變暖潛勢（Global Warming Potential, GWP）大于750的制冷劑。此外，根據《中國履行蒙特利爾議定書國家方案》，中國針對HFCs的管控也在提上日程。
Figure 1. Regulatory Timeline[2]
因此，為了響應政府的這些規定，制造商正在開發并使用低GWP制冷劑替代品的系統。采用傳統HVAC/R制冷劑的替代品所面臨的挑戰是，這些低GWP制冷劑通常比指定為ASHRAE A1的制冷劑表現出更易燃的特性。雖然與傳統的A1制冷劑相比，A2L的可燃性略高，但與R290(丙烷)等A3碳氫化合物制冷劑相比，A2L更不易燃（見圖2）。就目前來說，對于許多使用R-410A的現有空調產品，最有希望的低GWP替代品包括為ASHRAE A2L分類中的R-32和R-454B。歐盟使用IEC 60335-2-40標準規定了使用低GWP制冷劑的暖通空調設備的設計、評估、測試和認證，在美國對應的是UL 60335-2-40，而在中國對應的是GB 4706.32。與這些標準相關的風險之一是制冷劑的泄露。因此，在標準中提出了使用制冷劑泄露檢測系統，并規定了其使用規范和測試規范。尤其是在UL 60335-2-89中，明確規定了當制冷劑充填量大于一定值后，室內或艙內必須安裝制冷劑泄露檢測裝置。
Figure 2. Refrigerant Safety Group[2]
制冷劑泄露檢測系統的核心器件是冷媒泄露監測傳感器，目前針對A2L制冷劑泄露監測的傳感技術主要包括非分散紅外(Non-dispersive Inrared, NDIR)、金屬氧化物半導體（Metal Oxide Semiconductor, MOS, 可歸類于化學敏感阻抗 Chemiresistive原理)和熱導率(Thermal Conductivity, TC)技術：
1) MOS傳感器的生產成本很低（得益于其原理簡單），但其缺點也很明顯。首先，MOS傳感器的長期穩定性較差，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有機物（例如酒精）的影響。而最大的問題是，當暴露于高濃度制冷劑和其他氣體環境時，MOS傳感器性能會退化甚至永久失效。這實際上意味著MOS傳感器是“一次性使用的”，一次制冷劑泄漏事件后可能需耗費人力物力去更換傳感器。
2) 采用熱導率技術的氣體傳感器同樣具備成本低的優點。熱交換原理起先用于流量檢測，是一項成熟的檢測技術。然而，針對氣體檢測，這項技術卻并不成熟，目前市面上基本找不到已批量使用的案例，因此，”第一個吃螃蟹“并不是最好的選擇。
3) NDIR技術是一種測量氣體濃度的常用方式，可用于檢測多種化合物類型的氣體。由于是基于紅外吸收的測量原理，NDIR氣體傳感器的精度高、響應快、且選擇性好，其缺點在于成本偏高。關于這些技術優缺點的詳細對比，請參考美國空調加熱及制冷技術研究所發表的文章“leak detection of A2L refrigerants in HVACR equipment [3]"。
萬悟創新的NDIR氣體傳感器U9601系列和U9603系列可用于R32, R454A, R454B, R454C, R1234yf等A2L冷媒泄露監測。該傳感器采用專利光學設計、電路設計、數字信號處理算法和補償算法，并通過了多項嚴苛的環境測試和壽命測試，符合IEC 60079-29-1:2016標準和IEC 60335-2-40:2022標準，具有優越的穩定性和可靠性。傳感器的具體技術指標見以下產品規格書和技術文獻，并可根據客戶需求，提供具有價格競爭力的低成本批量定制方案。
本文版權歸屬萬悟創新，未經許可，禁止轉載。
參考文獻：
[1] Underwriters' Laboratories, "Understanding UL 60335-2-40 Refrigerant Detector Requirements", https://www.ul.com/news/understanding-ul-60335-2-40-refrigerant-detector-requirements, 2019.
[2] Trane Technologies, "HVAC Industry Update", https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/newsroom/blogs/REFR-PRB001F-EN_05052020.pdf, 2020.
[3] Mark W and Rebecca F, "leak detection of A2L refrigerants in HVACR equipment", AHRTI: https://www.ahrinet.org/sites/default/files/2022-07/AHRTI_9009_Final_Report_0.pdf, 2017