制冷劑的要求

熱力學(xué)的要求
在大氣壓力下，制冷劑的蒸發(fā)溫度(沸點(diǎn))ts要低。這是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。ts愈低，則不僅可以制取較低的溫度，而且還可以在一定的蒸發(fā)溫度to下，使其蒸發(fā)壓力Po高于大氣壓力。以避免空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)，發(fā)生泄漏時(shí)較容易發(fā)現(xiàn)。
要求制冷劑在常溫下的冷凝壓力Pc應(yīng)盡量低些，以免處于高壓下工作的壓縮機(jī)、冷凝器及排氣管道等設(shè)備的強(qiáng)度要求過(guò)高。并且，冷凝壓力過(guò)高也有導(dǎo)致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大。
對(duì)于大型活塞式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，制冷劑的單位容積制冷量qv要求盡可能大，這樣可以縮小壓縮機(jī)尺寸和減少制冷工質(zhì)的循環(huán)量；而對(duì)于小型或微型壓縮機(jī)，單位容積制冷量可小一些；對(duì)于小型離心式壓縮機(jī)亦要求制冷劑qv要小，以擴(kuò)大離心式壓縮機(jī)的使用范圍，并避免小尺寸葉輪制造之困難。
制冷劑的臨界溫度要高些、冷凝溫度要低些。臨界溫度的高低確定了制冷劑在常溫或普通低溫范圍內(nèi)能否液化。
凝固溫度是制冷劑使用范圍的下限，冷凝溫度越低制冷劑的適用范圍愈大。
制冷劑 分子式 分子量u 正常蒸發(fā)溫度ts(℃) 凝固點(diǎn)tf(℃) 臨界溫度 tkp(℃) 臨界壓力PKP絕對(duì)壓力 絕熱指數(shù)K
水（R718） H2O 18.02 +100 ±0 +374.1 225.6 1.33
氨（R717） NH3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31
R11 CFCL3 137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17
R12 CF2CL2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15
R13 CF3CL 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 -
R22 CHF2CL 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19
R115 C2F5CL 154.48 -38 -106 +80 33 1
物理化學(xué)的要求
制冷劑的粘度應(yīng)盡可能小，以減少管道流動(dòng)阻力、提換熱設(shè)備的傳熱強(qiáng)度。
制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)高，以提高換熱設(shè)備的效率，減少傳熱面積。
制冷劑與油的互溶性質(zhì)：制冷劑溶解于潤(rùn)滑油的性質(zhì)應(yīng)從兩個(gè)方面來(lái)分析。如果制冷劑與潤(rùn)滑油能任意互溶，其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，為機(jī)體潤(rùn)滑創(chuàng)造良好條件；且在蒸發(fā)器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量過(guò)多，并且能使蒸發(fā)器中的蒸發(fā)溫度升高。部分或微溶于油的制冷劑，其優(yōu)點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量少，故蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上形成很難清除的油膜，影響了傳熱。
類(lèi)  別 溶解性 制冷劑 產(chǎn)生的影響
1 難溶 NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2 無(wú)
2 微溶（在壓縮機(jī)曲軸箱和冷凝器內(nèi)相互溶解，在蒸發(fā)器內(nèi)分解） R22、R114、R152、R502 溶解時(shí)降低潤(rùn)滑油的沾度
3 完全溶解 R11、R12、R21、R113、烴類(lèi)、CH3CI、R500 降低潤(rùn)滑油的沾度和凝固點(diǎn)，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高
應(yīng)具有一定的吸水性，這樣就不致在制冷系統(tǒng)中形成“冰塞”，影響正常運(yùn)行。
應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性：不燃燒、不爆炸，使用中不分解，不變質(zhì)。同時(shí)制冷劑本身或與油、水等相混時(shí)，對(duì)金屬不應(yīng)有顯著的腐蝕作用，對(duì)密封材料的溶脹作用應(yīng)小。
安全性的要求
由于制冷劑在運(yùn)行中可能泄漏，故要求工質(zhì)對(duì)人身健康無(wú)損害、無(wú)毒性、無(wú)刺激作用。
制冷劑的分類(lèi)

在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類(lèi)。按照化學(xué)成分，制冷劑可分為五類(lèi)：無(wú)機(jī)化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳?xì)浠�合物制冷劑、不飽和碳�(xì)浠�合物制冷劑和共沸混合物制冷劑。根�?jù)冷凝壓力，制冷劑可分為三類(lèi)：高溫（低壓）制冷劑、中溫（中壓）制冷劑和低溫（高壓）制冷劑。
無(wú)機(jī)化合物制冷劑：這類(lèi)制冷劑使用得比較早，如氨（NH3）、水（H2O）、空氣、二氧化碳（CO2）和二氧化硫（SO2）等。對(duì)于無(wú)機(jī)化合物制冷劑，國(guó)際上規(guī)定的代號(hào)為R及后面的三位數(shù)字，其中第一位為“7”后兩位數(shù)字為分子量。如水R718...等。
氟里昂（鹵碳化合物制冷劑）：氟里昂是飽和碳?xì)浠�合物中全部或部分氫元素（CL）、氟（F）和溴（Br）代替后衍生物的總稱(chēng)。國(guó)際規(guī)定用“R”作為這類(lèi)制冷劑的代號(hào)，如R22...等。
飽和碳?xì)浠�合物：這類(lèi)制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環(huán)狀有機(jī)化合物等。代號(hào)與氟里昂一樣采用“R”，這類(lèi)制冷劑易燃易爆，安全性很差。如R50、R170、R290...等。
不飽和碳?xì)浠�合物制冷劑：這類(lèi)制冷劑中主要是乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）和它們的鹵族元素衍生物，它們的R后的數(shù)字多為“1”，如R113、R1150...等。
共沸混合物制冷劑：這類(lèi)制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類(lèi)制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發(fā)溫度，其氣相或液相始終保持組成比例不變，但它們的熱力性質(zhì)卻不同于混合前的物質(zhì)，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。如R500、R502...等。
高溫、中溫及低溫制冷劑：是按制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度和常溫下冷凝壓力來(lái)分的。
制冷劑 使用溫度范圍 壓縮機(jī)類(lèi)型 用途 備注
R717（氨） 中、低溫 活塞式、離心式 冷藏、制冰 在普通制冷領(lǐng)域
R11 高溫 離心式 空調(diào) 　
R12 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 冷藏、空調(diào) 高溫為：10-0℃
R13 超低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 超低溫 　
R22 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏、低溫 中溫為：0--20℃
R114 高溫 活塞式 特殊空調(diào) 低溫為：-20--60℃
R500 高、中溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏 超低溫為：-60--120℃
R502 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 空調(diào)、冷藏、低溫 　

氨（R717）的特性


氨（R717、NH3）是中溫制冷劑之一，其蒸發(fā)溫度ts為-33.4℃，使用范圍是+5℃到-70℃，當(dāng)冷卻水溫度高達(dá)30℃時(shí)，冷凝器中的工作壓力一般不超過(guò)1.5MPa。
氨的臨界溫度較高（tkr=132℃）。氨是汽化潛熱大，在大氣壓力下為1164KJ/Kg，單位容積制冷量也大，氨壓縮機(jī)之尺寸可以較小。
純氨對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)不良影響，但有水分時(shí)，會(huì)降低冷凍油的潤(rùn)滑作用。
純氨對(duì)鋼鐵無(wú)腐蝕作用，但當(dāng)氨中含有水分時(shí)將腐蝕銅和銅合金（磷青銅除外），故在氨制冷系統(tǒng)中對(duì)管道及閥件均不采用銅和銅合金。
氨的蒸氣無(wú)色，有強(qiáng)烈的刺激臭味。氨對(duì)人體有較大的毒性，當(dāng)氨液飛濺到皮膚上時(shí)會(huì)引起凍傷。當(dāng)空氣中氨蒸氣的容積達(dá)到0.5-0.6%時(shí)可引起爆炸。故機(jī)房?jī)?nèi)空氣中氨的濃度不得超過(guò)0.02mg/L。
氨在常溫下不易燃燒，但加熱至350℃時(shí)，則分解為氮和氫氣，氫氣于空氣中的氧氣混合后會(huì)發(fā)生爆炸。
氟哩昂的特性
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氟哩昂是一種透明、無(wú)味、無(wú)毒、不易燃燒、爆炸和化學(xué)性穩(wěn)定的制冷劑。不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的氟里昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機(jī)，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。
氟里昂對(duì)水的溶解度小，制冷裝置中進(jìn)入水分后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，并容易造成低溫系統(tǒng)的“冰堵”，堵塞節(jié)流閥或管道。另外避免氟里昂與天然橡膠起作用，其裝置應(yīng)采用丁晴橡膠作墊片或密封圈。
常用的氟里昂制冷劑有R12、R22、R502及R1341a，由于其他型號(hào)的制冷劑現(xiàn)在已經(jīng)停用或禁用。在此不做說(shuō)明。
氟里昂12（CF2CL2，R12）：是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以中、小型食品庫(kù)、家用電冰箱以及水、路冷藏運(yùn)輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。R12具有較好的熱力學(xué)性能，冷藏壓力較低，采用風(fēng)冷或自然冷凝壓力約0.8-1.2KPa。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29℃，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機(jī)可獲得-70℃的低溫。而對(duì)大型離心式壓縮機(jī)可獲得-80℃的低溫。近年來(lái)電冰箱的代替冷媒為R134a。
氟里昂22（CHF2CL，R22）：是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以家用空調(diào)和低溫冰箱中采用。R22的熱力學(xué)性能與氨相近。標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為-40.8℃，通常冷凝壓力不超過(guò)1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。R22的單位容積比R12約高60%，其低溫時(shí)單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。近年來(lái)對(duì)大型空調(diào)冷水機(jī)組的冷媒大都采用R134a來(lái)代替。
氟里昂502（R502）：R502是由R12、R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502與R115、R22相比具有更好的熱力學(xué)性能，更適用于低溫。R502的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-45.6℃，正常工作壓力與R22相近。在相同的工況下的單位容積制冷量比R22大，但排氣溫度卻比R22低。R502用于全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發(fā)溫度可低達(dá)-55℃。R502在冷藏柜中使用較多。
氟里昂134a（C2H2F4，R134a）：是一種較新型的制冷劑，其蒸發(fā)溫度為-26.5℃。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與R12相似，不會(huì)破壞空氣中的臭氧層，是近年來(lái)鼓吹的環(huán)保冷媒，但會(huì)造成溫室效應(yīng)。是比較理想的R12替代制冷劑。
氟里昂與水的關(guān)系：氟里昂和水幾乎完全相互不溶解，對(duì)水分的溶解度極小。從低溫側(cè)進(jìn)入裝置的水分呈水蒸氣狀態(tài)，它和氟里昂蒸氣一起被壓縮而進(jìn)入冷凝器，再冷凝成液態(tài)水，水以液滴壯混于氟里昂液體中，在膨脹閥處因低溫而凍結(jié)成冰，堵塞閥門(mén)，使制冷裝置不能正常工作。水分還能使氟里昂發(fā)生水解而產(chǎn)生酸，使制冷系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生“鍍銅”現(xiàn)象。
氟里昂與潤(rùn)滑油的關(guān)系：一般是易溶于冷凍油的，但在高溫時(shí)，氟里昂就會(huì)從冷凍油內(nèi)分解出來(lái)。所以在大型冷水機(jī)組中的油箱里都有加熱器，保持在一定的溫度來(lái)防止氟里昂的溶解。
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