第2章 制冷劑和載冷劑

1、第2章 制冷劑和載冷劑制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中完成制冷循環(huán)的工作介質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)氣化吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而制冷，又在高溫下把熱量放給周圍介質(zhì)，重新成為液態(tài)制冷劑，不斷進行制冷循環(huán)。蒸氣壓縮式制冷裝置是利用制冷劑的集態(tài)變化來達(dá)到制冷的目的，因此，制冷劑的性能直接影響制冷循環(huán)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。2 . 1 制冷劑制冷劑的種類有幾十種，但在工業(yè)上常用的不過10余種。2 . 1 . 1 對制冷劑的要求1. 對制冷劑的要求（1）用常溫的水或空氣做冷卻介質(zhì)時，制冷劑相應(yīng)的冷凝壓力不太高，以減少制冷裝置的承受能力。在工作溫度范圍內(nèi)其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力不低于大氣壓力，避免制冷系統(tǒng)的低壓部分出現(xiàn)負(fù)壓，

2、防止空氣滲入系統(tǒng)。同時，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之比不要過大，以免壓縮終了的溫度過高、壓縮機的容積效率過低。（2）通常要求制冷劑的單位容積制冷量要大，這樣可以縮小壓縮機的尺寸。（3）由于在臨界溫度以上，無論加多大的壓力都不能使制冷劑液化，因此，制冷劑的臨界溫度要高，便于用常溫的冷卻介質(zhì)進行冷凝。凝固溫度要低，以獲得較低的蒸發(fā)溫度。便于用一般的冷卻水或空氣進行冷凝。壓縮終了溫度不要太高，以免壓縮機的潤滑條件惡化。（4）制冷劑的粘度和密度應(yīng)盡可能小，以減少制冷劑在系統(tǒng)中的阻力。（5）導(dǎo)熱系數(shù)要大，可以提高熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)，減少傳熱面積，使熱交換器耗用的金屬材料減少。（6）對制冷裝置所用的材料無腐蝕性

3、，與潤滑油不起化學(xué)作用；高溫下不分解，熱穩(wěn)定性好。（7）對人體無害，無燃燒和爆炸危險，使用安全。（8）易于取得，價格便宜。（9）對大氣臭氧層沒有破壞作用。（10）對全球氣候變暖影響程度小完全滿足上述所有要求的制冷劑是很難尋覓的，各種制冷劑總是在某些方面有其長處，而在另一些方面又有其不足。并且使用要求、運行條件和機器種類及容量不同，對于制冷劑性質(zhì)要求的考慮側(cè)重面也就不同，所以應(yīng)該按照主要條件來選擇相應(yīng)的制冷劑。目前所采用的制冷劑都存在一些缺點，因此在選用制冷劑時，應(yīng)根據(jù)實際情況，主要條件符合即可選用。2. 制冷劑的安全及環(huán)境特性指標(biāo)1.TLV-TWA一低限值的時間加權(quán)平均值,即一個標(biāo)準(zhǔn)工作日8h

4、,一周40h的時間加權(quán)平均濃度，在此條件下所有工人日復(fù)一日地工作，無不良影響。2. LFL-燃燒低限，在指定的實驗條件下，能夠在制冷劑和空氣組成的均勻混合物中傳播火焰的制冷劑最小濃度(),LFL越小，表明其可燃性越高。3 破壞臭氧(03) 潛值ODP(Ozone Depletion Potential)的大小表示該制冷劑破壞大氣03分子潛能的程度，即對大氣03層破壞的大小。其數(shù)值是以R11的值作為基準(zhǔn)值1.0，經(jīng)計算?；?。4 全球變暖潛值GWP(Global Waring Potential)，GWP是衡量制冷劑對全球氣候變暖影響程度大小的指標(biāo)值。以往其大小常使用以R1l的值作為基準(zhǔn)值1.

5、0時，計算出的數(shù)值，為示區(qū)別一般寫成為HGWP；近年來都將作用100年的C02作為基準(zhǔn)，并將C02的GWP=1.0，從而計算出各種制冷劑的GWP值。5 大氣壽命是指制冷劑排放到大氣中，一直到分解前的時間，也就是制冷劑在大氣中存留的時間。制冷劑壽命長，說明其潛在的破壞作用大。常見的一些制冷劑的安全及環(huán)境特性指標(biāo)見表2.1。表2.1 制冷機的安全、環(huán)境特性 制冷劑 TLV-TWA（x10-6） LFL(%)毒性大氣壽命(a)ODPGWPR111000無Al50±51.0004600R121000無Al1020.8210600R221000無Al13.30.0551700R1131000無

6、Al850.8005000R1141000無Al3001.0009300R1151000無Al17000.6009300R12350無Bl1.40.02093R1241000無Al5.90.022480R141b1000無9.40.11630R134a1000無Al14.60.0001300R142b5.819.50.0652000R143a10007.1A248.30.0003800R152a10003.1A21.50.000140R245ca7.16.60.000560R2902500無A30.00011R404A1000無AlA10.0003260R407C1000無AlA10.0001

7、530R410A1000無AlA10.0001730R5031000無0.6011350R504無0.314890摘自GBT777820012 . 1 . 2 制冷劑的種類目前常用的制冷劑種類按其化學(xué)組成主要有無機化合物、氟利昂、共沸溶液和碳?xì)浠衔锏取榱私y(tǒng)一稱謂和書寫方便，國際上統(tǒng)一規(guī)定用字母“R”和它后面的一組數(shù)字作為制冷劑的簡寫符號。字母“R”表示制冷劑，后面的數(shù)字則根據(jù)制冷劑的分子組成按一定的規(guī)則編寫。1無機化合物這類制冷劑很早就被采用了，氨和水仍然是當(dāng)前常用的制冷劑，其熱力性質(zhì)見表2.2.。表2.2. 無機化合物制冷劑 制冷劑代 號制冷劑化 學(xué) 分子式分子量標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點()臨界

8、溫度()臨界壓力P(x10-5 Pa絕熱指數(shù)KR717氨NH317.032-33. 35132.4115.21.30R718水H2O18.016100.0374.12221.21.33R744二氧化碳CO244.011-78. 5231.073.81.30R764二氧化硫SO264.066-10.01157.578.81.26無機化合物類制冷劑的簡寫符號中，“R”后的第一位數(shù)字為7，后面的數(shù)字是該物質(zhì)分子量的整數(shù)部分。例如，氨的分子式為NH3，分子量的整數(shù)部分是17，其簡寫符號為R717。2氟利昂這類制冷劑是本世紀(jì)30年代出現(xiàn)并逐漸開始采用的，其種類較多，它們的熱力性質(zhì)也有較大的區(qū)別，可分別適

9、用于不同要求的制冷機組。氟利昂是飽和碳?xì)浠衔锏柠u族衍生物的總稱，目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。在這些衍生物中，用氟、氯和溴的原子代替原來化合物中的全部或一部分氫原子，使得化合物的性質(zhì)起了很大的變化。飽和碳?xì)浠衔锏姆肿油ㄊ綖镃mH2m+2，氟利昂的化學(xué)分子式為CmHnFxClyBrz，其原子數(shù)目應(yīng)符合2m2 = nxyz的關(guān)系。氟利昂的簡寫符號規(guī)定為R(m1)(n1) x ，若化合物中含有溴原子，則在后面加字母“B”和溴原子數(shù)。若（m1）= 0時，則“0”略去。例如表2.3所示。表2.3 氟利昂制冷劑 制冷劑代 號制冷劑化 學(xué) 分子式分子量標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點()臨界溫度()臨界壓力

10、P(x10-5Pa)絕熱指數(shù)KR10四氯化碳CCl4153.876.7283.1445.61.18R11一氟三氯甲烷CFCl3137.3923.7198.043.71.13R12二氟二氯甲烷CF2Cl2120.92-29.8112.0441.21.14R13三氟一氯甲烷CF3Cl104.47-81.528.7838.6R14四氟甲烷CF488.01-128.0-45.537.51.22R21一氟二氯甲烷CHFCl2102.928.90178.551.661.16R22二氟一氯甲烷CHF2Cl86.48-40.896.049.861.16R142二氟一氯乙烷CH3-CF2Cl100.48-9.2

11、5136.4541.51.135R143三氟乙烷CH3-CF384.04-47.673.137.76R152二氟乙烷CH3-CHF266.05-25.0113.544.9R218八氟丙烷C3F8188.03-36.771.926.79 在這類制冷劑中，常用的有R22，R12，R11，R13等。3共沸溶液共沸溶液制冷劑是由兩種或兩種以上不同的制冷劑按一定比例相互溶解而成的混合物。它和單一的化合物一樣，在一定壓力下其蒸發(fā)溫度也一定。目前，作為共沸溶液制冷劑的有R500、R502等。其組成見表2.4。表2.4 共沸溶液制冷劑 制冷劑代號分子量標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點()組分組分的總量百分比R50099.3-

12、33.3R12 / R15273.8% / 26.2%R502111.6-45.6R22 / R11548.8% / 51.2%R50387.5-88.7R23 / R1359.9% / 40.1%R50479.2-57.2R32 / R11548.2% / 51.8%4碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔镏评鋭┯屑淄椤⒁彝?、丙烷、乙烯和丙烯等，其熱力性質(zhì)見表2.5。這類制冷劑主要用于石油化工工業(yè)，其優(yōu)點是易于獲得，價格低廉，凝固溫度低等；但其安全性差，易燃燒和爆炸。 表2.5 碳?xì)浠衔镏评鋭┲评鋭┐?號制冷劑化 學(xué) 分子式分子量標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點()臨界溫度()臨界壓力P(x10-5 Pa)絕熱指數(shù)KR50

13、甲烷CH416.04-161.5-82.546.2R170乙烷C2H630.06-88.632.149.331.25R290丙烷C3H844.1-42.1796.842.561.13R1150乙烯C2H428.05-103.79.550.6R1270丙稀C3H642.08-47.791.446.0部分制冷劑的飽和溫度和壓力的關(guān)系見圖2.1。從圖中可以看出，在同一溫度下，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下飽和溫度低的制冷劑，其飽和蒸氣壓力高。根據(jù)這一規(guī)律，可以把制冷劑劃分為三類，如表2.6所示。高溫制冷劑主要用于空氣調(diào)節(jié)用制冷裝置和熱泵中，中溫制冷劑用于一般的單級和雙級圖2.1 部分制冷劑的飽和溫度和壓力的關(guān)系壓縮

14、制冷機中，而低溫制冷劑則用于復(fù)疊式制冷裝置的低溫級部分。表.2.6 制冷劑的分類 類別制冷劑標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點()30()時的冷凝壓力(MPa)高溫制冷劑（低壓制冷劑）R11，R21，R113，R114等>00.3中溫制冷劑（中壓制冷劑）R717，R12，R22，R502等-6000.32低溫制冷劑（高壓制冷劑）R13，R14，R23，R503等-60272 . 1 . 3 常用制冷劑的性質(zhì)目前，常用的制冷劑為氨，氟利昂12和氟里昂22等。其飽和液體和蒸氣的熱力性質(zhì)見表2.7表2.12。1氨（R717）氨具有良好的熱力性能，單位容積制冷量大，壓力適中，常溫下冷凝壓力不超過1.5（MPa），

15、只要蒸發(fā)溫度不低于-33.4（），蒸發(fā)壓力總大于1個大氣壓力。氨與水可以任何比例互相溶解，組成氨水溶液，在制冷系統(tǒng)中不會引起結(jié)冰而堵塞管道通路。但氨中有水分時會使蒸發(fā)溫度升高，并對銅及銅合金（磷青銅除外）有腐蝕作用，一般規(guī)定，液氨中含水量不超過0.2%。氨是典型的難溶于潤滑油的制冷劑，因此，氨制冷系統(tǒng)中的管道換熱器的傳熱表面上會積有油膜，影響傳熱效果。氨液的密度比潤滑油小，運行中潤滑油會積存在冷凝器、貯液器和蒸發(fā)器等設(shè)備的下部，因此，應(yīng)定期放出這些設(shè)備中的潤滑油。氨蒸氣無色，有強烈的刺激性臭味。在空氣中的容積濃度達(dá)0.5%0.6%時，人停留半小時就會引起中毒。氨與空氣混合的容積濃度在11%14

16、%時具有可燃性，在16%25%時遇明火會有爆炸危險，目前規(guī)定氨在空氣中的濃度不應(yīng)超過20mg/m3。氨的絕熱指數(shù)較高，因此，壓縮機的排氣溫度也較高。氨容易獲得，價格便宜。氨是目前我國最廣泛使用的中溫制冷劑。2氟利昂氟利昂的性能隨其所含的氟、氯、氫的原子數(shù)不同而變化。當(dāng)氟利昂中的氫原子數(shù)減少時，其可燃性也減少；氟原子數(shù)越增加，對人體越無害，對金屬的腐蝕性越??；含有氯原子的氟利昂與明火接觸時能分解出有毒的光氣（COC12）。氟利昂很難與水溶解，當(dāng)含水量超過其溶解度時，游離態(tài)的水會在低溫下結(jié)冰，堵塞膨脹閥或毛細(xì)管的通道，致使制冷機不能正常工作。另外，有水分存在時，氟利昂將水解成酸性物質(zhì)，對金屬有腐蝕

17、作用。氟利昂的溶水性見圖2.2。氟利昂是一類透明、無味、基本無毒又不易燃燒、爆炸、化學(xué)性能穩(wěn)定的制冷劑。不同化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的氟利昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。 氟利昂制冷劑的絕熱指數(shù)小，因此排氣溫度低。又因其分子量大，可適用于大型離心式壓縮機。但氟利昂制冷劑一般單位容積制冷量小，比重大，管道阻力大，價格較低，滲透性強，易于泄漏。氟利昂對水的溶解度小，制冷裝置中進入水分后會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，并容易造成低溫系統(tǒng)的“冰塞”，堵塞節(jié)流閥或管道。因此氟利昂制冷系統(tǒng)應(yīng)避免水分進入，對進入系統(tǒng)的水分應(yīng)及時予以排除。另外為避免氟利昂與天然橡膠起作用，其裝置應(yīng)采

18、用丁腈橡膠作墊片或密封圈。氟利昂能不同程度地溶解潤滑油，不易在系統(tǒng)中形成油膜，但易造成低溫蒸發(fā)系統(tǒng)集油，所以氟利昂制冷系統(tǒng)在壓縮機排出端應(yīng)設(shè)分油器，以減少潤滑油進入系統(tǒng)，安裝系統(tǒng)時應(yīng)考慮能順利地回油。氟利昂與潤滑油的溶解性與制冷劑的種類、潤滑油的成分及其溫度有關(guān)，可分為：a難溶的：如R13，R14，R115等。它們與潤滑油共存時分成明顯的兩層，易于分離。b有限溶解的：如R22，R114，R152，R502等。它們在高溫時無限溶解，在低溫時分離成兩層：貧油層和富油層。圖2.3表示幾種氟利昂與潤滑油的溶解曲線，以R22為例，圖中A點在臨界曲線以上，R22與潤滑油互溶，不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。臨界曲線以下

19、為有限溶解，B點表示R22與潤滑油分為兩層，即B點表示貧油層和B點表示富油層。c完全溶解的：如R11，R12，R21，R113，R500等，氟利昂與潤滑油形成均勻的溶液，不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。氟利昂與潤滑油溶解會降低潤滑油的粘度，影響潤滑作用，因此應(yīng)采用高粘度的潤滑油；在相同的蒸發(fā)壓力下，蒸發(fā)溫度將升高，使制冷量減少；并且由于沸騰的泡沫多，造成蒸發(fā)器液面不穩(wěn)定。其優(yōu)點是在換熱器表面不會形成油膜，消除了油膜對傳熱的不利影響；潤滑油隨制冷劑一起滲透到壓縮機的各個部件，造成良好的潤滑條件。氟利昂制冷劑是一種良好的有機溶劑，很容易溶解天然橡膠和樹脂。氟利昂對高分子化合物雖然沒有溶解作用，但是，將使其變軟、

20、膨脹和起泡，所有在選擇制冷機的密封材料和封閉式壓縮機的電器絕緣材料時，應(yīng)選擇不受氟利昂影響的材料，如氯丁橡膠、尼龍和耐氟塑料等。氟利昂與潤滑油的混合物能夠溶解銅，溶有銅的混合物與鋼或鑄鐵部件接觸時，被溶解的銅離子會析出，并沉積在部件上，形成一層銅膜，這種“鍍銅”現(xiàn)象隨著水分的增加和溫度的升高而加劇。“鍍銅”會破壞軸封處的密封，影響氣缸與活塞的配合間隙，對制冷機產(chǎn)生不利的影響。氟利昂的優(yōu)點是：無毒，不燃燒，對金屬不腐蝕；絕熱指數(shù)小，因而排氣溫度低；具有較大的分子量，適用于離心式制冷壓縮機。其缺點是：部分制冷劑（如R12）的單位容積制冷量較小，因而制冷劑的循環(huán)量大；密度大，流動阻力較大；吸水性能差

21、，所以系統(tǒng)必須保持干燥；價格較貴，極易滲漏又不易被發(fā)現(xiàn)。由于氟利昂泄漏不易發(fā)現(xiàn)，安裝系統(tǒng)時應(yīng)保證有較好的氣密性能。 目前氟利昂制冷劑的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，常用的氟利昂制冷劑有R12、R22、R11、R13和R142等。（1）R 12 (CF2Cl2)R12無色、無味、毒性小，具有較好的熱力性能。冷凝壓力較低，采用風(fēng)冷或自然水冷時的冷凝壓力約0.81.2 (MPa)。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為29.8()，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機，最低可獲得70()的低溫，而對大型離心式壓縮機可獲得80()的低溫。R12的單位容積制冷量小，在相同制冷量時與氨制冷機相比，其壓縮機和管道尺寸都比較大。由于R12

22、易溶于潤滑油，為保證壓縮機的潤滑，多采用粘度較高的潤滑油。在工作溫度范圍內(nèi)，R12能夠與潤滑油以任意比例互相溶解，因而在冷凝器的傳熱表面上不會形成油膜而影響傳熱。在儲液器中，R12與潤滑油也不會分離，R12與潤滑油一起進入蒸發(fā)器。隨著R12的不斷蒸發(fā)，潤滑油將越積越多，使蒸發(fā)溫度升高，傳熱系數(shù)降低。為了使?jié)櫥团cR12一起返回壓縮機中，蒸發(fā)器中一般采用干式蒸發(fā)器，從上部供液，下部回氣。制冷設(shè)計時，應(yīng)保證上升回氣立管中蒸氣有足夠的帶油速度。 R12對水的溶解度很小，使用中應(yīng)避免水分進入系統(tǒng)，為了防止“冰塞”現(xiàn)象，對使用R12的制冷系統(tǒng)，除了規(guī)定R12產(chǎn)品中的含水量不得超過0.0025%外，還必須

23、在灌注R12前，確保設(shè)備及管道內(nèi)干燥，并且在制冷系統(tǒng)中設(shè)置干燥器。R12極易滲漏且不易被發(fā)現(xiàn)，所有要求制冷系統(tǒng)有足夠的密封性。R12是我國目前應(yīng)用最廣的制冷劑之一。它廣泛應(yīng)用于中、小型制冷裝置中，如電冰箱、空調(diào)器和去濕機等。應(yīng)提及的是，由于R12對大氣臭氧層的破壞嚴(yán)重，是禁用的“CFC”主要制冷劑之一。因此，R12已經(jīng)逐漸被淘汰。（2）R 22 (CHF2Cl)R22的熱力性能與氨相近。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，R22的標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為40.8()，通常冷凝壓力不超過1.6(MPa)。在常溫下，其冷凝壓力和單位容積制冷量與氨差不多。R22不燃、不爆、使用比氨安全可靠。R22的單位容積制冷量比R12約高60

24、%，又因其低溫時的單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨，所以它更適用于低溫制冷裝置。水在R22液體中的溶解度比R12大，R22能夠部分地與潤滑油互相溶解，但在低溫制冷系統(tǒng)仍然可能產(chǎn)生“冰塞”或集油。因此在制冷系統(tǒng)中必須安裝過濾干燥器和分油器，而對已進入系統(tǒng)的水分和潤滑油應(yīng)及時清除。R22對金屬的作用、泄漏特性、檢漏方法等與R12相同。R22對大氣臭氧層的破壞僅相當(dāng)R12的5% 。R22與潤滑油能有限溶解，其溶解度亦隨著溫度的變化而變化，潤滑油在R22制冷系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響和R12基本相同。目前，R22已廣泛應(yīng)用于中、小型空氣調(diào)節(jié)和冷藏制冷裝置中。（3）R 13（CF3Cl）R13的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫

25、度為81.5()，凝固溫度為180()。R13的臨界溫度較低，常溫下壓力很高，適用于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，作為低溫級的制冷劑。（4）R 142（C2H3F2Cl）R142在標(biāo)準(zhǔn)大壓下的蒸發(fā)溫度較高，為9.25()。即使在高溫時，R142的飽和壓力也較低，因此，它適用于熱泵裝置和在高環(huán)境溫度下使用的制冷裝置。例如，鋼鐵高溫車間行車駕駛室使用的冷風(fēng)機組，就是用R142作為制冷劑的。即使環(huán)境溫度高達(dá)80()，行車駕駛室內(nèi)仍可降溫至30()。（5）R11（CFCl3）R11的標(biāo)準(zhǔn)沸點為23.7()。R11的溶水性、溶油性以及對金屬的作用與R 12相似。R 11的分子量大，單位容積制冷量小。目前，在空調(diào)用單級

26、離心式冷水機組中使用較多。（6）R134a (CH2FCF3)R134a的熱力性質(zhì)與R12相近，毒性與R12相同，R134a的ODP=0；GWP=1300，比R22(1700)小。R134a的氣、液體的導(dǎo)熱系數(shù)高于R12，因此在蒸發(fā)器和冷凝器中的放熱系數(shù)比R12約分別高3540和2535。常規(guī)制冷劑大都使用礦物性潤滑油，但R134a與礦物油不相溶，必須使用PAG(Polyolkene Glycol-聚乙二醇)醇類合成潤滑油、POE(PolyoeEster-多元醇酯)酯類合成潤滑油和改性POE油(在原POE油中添加了抗磨劑)。R134a吸水性極強，其使用的PAG和POE潤滑油比常規(guī)使用的礦物油的

27、吸水性也高得多，特別是PAG油。系統(tǒng)內(nèi)有水分，在潤滑油的作用下，會產(chǎn)生酸，對金屬發(fā)生腐蝕和鍍銅現(xiàn)象，一般R134a系統(tǒng)中的最大含水量不超過20x10-6。因此，R134a對系統(tǒng)的干燥及清潔度要求比R12、R22都高，系統(tǒng)中使用的干燥過濾器，其干燥劑必須使用與R134a相溶的產(chǎn)品，如XH一7或XH一9型分子篩等，潤滑油宜使用POE酯類潤滑油。R134a液體密度小，故系統(tǒng)中充注的制冷劑質(zhì)量比R12略少；因R134a中無氯原子，故其檢漏應(yīng)采用R134a專用的檢漏儀。(7) R404AR404A組成物質(zhì)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為R125R143aR134a(44524)，ODP=0，GWP=3260，屬溫室氣體，毒

28、性為A1/Al。R404A的相變滑移溫度為0.5()屬近共沸混合物，系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的泄漏對系統(tǒng)性能影響較小。R404A的熱力性質(zhì)與R22接近，在中溫范圍時的能耗比R22增加8% 20%, 但在低溫范圍時，兩者相當(dāng)。在同溫度工況下，由于R404A的壓縮比比R22低,因而,壓縮機的容積效率比R22高。過冷溫度對R404A的性能影響大，因此R404A系統(tǒng)宜增設(shè)過冷器，R404A可用于45+10()的蒸發(fā)溫度范圍的商用及工業(yè)用制冷系統(tǒng)，也可替代R22。由于R404A含有R134a，故其制冷系統(tǒng)用的潤滑油、干燥劑及清潔度要求等與R134a相同。(8)R407CR407C是由R32、R125、R134a三種

29、工質(zhì)按23、25和52的質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合而成的非共沸混合物，其相變滑移溫度為7.1()。ODP=0，GWP=1530，毒性AlAl,R407C的熱力性質(zhì)在工作壓力范圍內(nèi)與R22非常相似，其制冷劑的COP與R22相近。使用R22的制冷設(shè)備改用R407C，需要更換潤滑油，調(diào)整制冷劑的充灌量、節(jié)流組件和干燥劑等。由于R407C的相變滑移溫較大，在發(fā)生泄漏、部分室內(nèi)機不工作的多聯(lián)系統(tǒng)以及使用滿液式蒸發(fā)器的場合，混合物的配比可能發(fā)生變化，而影響預(yù)期的效果,另外，非共沸混合物在傳熱表面的傳質(zhì)阻力增加可能會造成蒸發(fā)、冷凝過程的熱交換效率降低。由于R407C中含有Rl34a，故系統(tǒng)使用的潤滑油、干燥劑及對清潔度等

30、的要求同R134a。 (9)R410AR410A是由R32和R125兩種工質(zhì)按各50的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成，屬HFCs混合物，其ODP=0，GWP=1730，毒性AlA1，R410的相變滑移溫度0.2()，屬近共沸混合物制冷劑，熱力性能十分接近純工質(zhì)。與R22相比，R410A的冷凝壓力增大近50，是一種高壓制冷劑，需提高設(shè)備及系統(tǒng)的耐壓強度。由于R410A的高壓、高密度，使系統(tǒng)制冷劑的管路直徑可減少許多，壓縮機的排量也有很大降低。同時，R410A的傳熱和流動特性優(yōu)于R22。3共沸溶液應(yīng)用共沸溶液是制冷劑發(fā)展的方向之一，它的應(yīng)用將促進制冷技術(shù)的發(fā)展。共沸溶液制冷劑的熱力性質(zhì)和組成它的組分的熱力性質(zhì)相比，

31、具有一些明顯的優(yōu)點：（1）共沸溶液制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的蒸發(fā)溫度一般比組成其組分的蒸發(fā)溫度低。例如R502在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的蒸發(fā)溫度為45.6()，而組成其組分的R22和R115分別為40.8()和38()。（2）在同一蒸發(fā)溫度下，由于共沸溶液制冷劑的蒸發(fā)壓力比其組成組分的蒸發(fā)壓力高，所以其單位容積制冷量比其任一組分的都大，使用同一制冷壓縮機，其制冷量提高。例如與R22相比，采用R502的單級壓縮機，制冷量可增加530，在低溫下制冷量增加較大。（3）壓縮機排氣溫度降低。例如在相同工況下，R502的排氣溫度約比R22低1025()。由于排氣溫度低，使曲軸箱內(nèi)油溫、電機繞組溫度均有明顯下降，改善了機器

32、的工作條件。R502雖然具有較好的熱力學(xué)特性，但目前價格較高，僅在4045()的封閉式制冷機組中使用。2 . 1 . 4氯氟碳化合物的禁用及其對策1 氯氟碳化合物的禁用及其對策 氯氟碳化合物是氟利昂族中的一大類，即含氯而無氫的氟利昂。大量使用的氯氟碳化合物，當(dāng)它們擴散至上層大氣，將被紫外線光解分裂成自由的氯原子，同溫層中的臭氧就會被氯催化而破壞，使臭氧層減薄或消失，導(dǎo)致地球表現(xiàn)紫外線的增強，造成人類皮膚癌發(fā)病率增加、生物細(xì)胞受損而引起農(nóng)作物及漁業(yè)減產(chǎn)等不利影響。為此，為了保護03層，國際社會于1985年和1987年締結(jié)了保護03層維也納公約和關(guān)于消耗03層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(以下簡稱議定書)

33、.隨著保護03日益緊迫的要求，議定書締約方大會又先后通過了倫敦修正案(1990年)、哥本哈根修正案(1993年)、蒙特利爾修正案(1997年)和北京修正案(1999年)。這些修正案對議定書所列消耗03層物質(zhì)(Ozone Deleting Substanceo簡稱ODS)的種類、消耗量基準(zhǔn)和禁用時間等做了進一步的調(diào)整和限制。為了便于區(qū)別各種氟利昂對臭氧層的作用，美國杜邦公司首先提出用代號CFC表示含氯而無氫的氟化碳，用HCFC表示含氫、氯的氟化碳，用HFC表示含氫而無氯的氟化碳。CFC的禁用，將對制冷、空調(diào)工業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。對于蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，急需尋求合適的制冷劑來代替被逐步禁用的CFC制

34、冷劑。在尋求CFC替代劑的同時，可以采取一些措施，如提高制冷系統(tǒng)的密封性，減少機器故障，回收制冷劑等，以降低CFC向大氣的擴散。從國際制冷學(xué)會最近匯總的調(diào)查結(jié)果表明，如采取各種措施，有可能降低3050的CFC的擴散。(1)蒙特利爾議定書及倫敦修正案主要規(guī)定了逐步削減與禁用CFC和哈龍（即BCFC）兩類物質(zhì)的要求和時間表，對HCFC類物質(zhì)、沒有提出相應(yīng)的限制。(2)1993年的哥本哈根修正案第一次將HCFC類物質(zhì)納入受控物質(zhì)清單，并規(guī)定了逐步削減與禁用時間表，其內(nèi)容如下：1) 對CFC(含BCFC)包括CFC一11、CFC一12、CFC一113、CFC一114、CFC-115等氯氟化碳類物質(zhì)以及

35、哈龍1211(BCFC一12B1)、哈龍1301(BCFC一13B1)、哈龍2402(BCFC一114B2)等工質(zhì)，規(guī)定發(fā)達(dá)國家從1996年1月1日起完全停止生產(chǎn)與消費;發(fā)展中國家(CFC年人均消耗量小于0.3kg)最后停用日期為2010年1月1日。2 ) 對HCFC包括HCFC一22、HCFC一123、HCFC一142b等。發(fā)達(dá)國家從1996年開始凍結(jié)生產(chǎn)量，2004年開始削減，2030年完全停業(yè)使用;發(fā)展中國家從2016年開始凍結(jié)生產(chǎn)量，2040年完全禁用。3)1997年的蒙特利爾修正案則更進一步地將上述HCFC的禁用時間提前，發(fā)達(dá)國家從2030年提前到2020年，發(fā)展中國家從2040年提

36、前到2030年。4)1999年的北京修正案規(guī)定對HCFCs, 允許所有國家其凍結(jié)后可以繼續(xù)生產(chǎn)其凍結(jié)水平的15，以滿足國內(nèi)基本需求。 2. 溫室效應(yīng)及京都議定書CFC的排放會加劇地球的溫室效應(yīng)，CFC是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體，使地球的平均氣溫升高，海平面上升，土地沙漠化加速，危害生物，破壞生態(tài)平衡。在目前估計的氣溫變暖的因素中，20-25是CFC類物質(zhì)作用的結(jié)果。CFCs的禁用及替代物的使用，不僅要考慮ODP值，而且應(yīng)考慮到GWP值，即對溫室效應(yīng)的影響。1997年12月聯(lián)合國氣候變化框架公約締約國第三次會議在日本東京都召開，會議通過了京都議定書。議定書確定C02、HFCs等6種氣體為受管制的溫室氣

37、體，并將限制上述溫室氣體排放總量。要求各國降低其能源需求，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等技術(shù)措施，降低其溫室氣體排放總水平。具體指標(biāo)是在2008-2012年之間，工業(yè)國溫室氣體排放量必須比1990年的排放總量減少5.2，其中美國排放總量比1990年水平減少7；歐盟減少8；日本、加拿大減少6；俄羅斯維持在1990年的水平上。因此,CFCs及HCFCs的長期替代物HFCs制冷劑的排放、生產(chǎn)和使用將會受到限制，因此，HFCs物質(zhì)作為永久性替代制冷劑問題，國際上尚存著不同看法。我國于2002年9月正式核準(zhǔn)京都議定書，并承擔(dān)相應(yīng)的國際義務(wù)。3 中國逐步淘汰消耗03層物質(zhì)的國家方案我國于1991年6月成為蒙特利爾議定書的

38、參加國，并批準(zhǔn)了倫敦修正案。1992年組織編制了中國逐步淘汰消耗03層物質(zhì)的國家方案，1993年1月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)實施。1998年對上述國家方案進行了修定。其要點如下：中國1991年主要生產(chǎn)和消費CFC一11、CFC一12、CFC一13、CFC一113、哈龍-1211、哈龍一1301、CFC一10(四氯化碳)、CFC一140(三氯乙烷)等八種受控物質(zhì)，按ODP值計算，消耗03層物質(zhì)(ODS)總量為60.352萬t，國內(nèi)生產(chǎn)40.373萬t，生產(chǎn)量占消耗量的66.9；其中制冷空調(diào)(包括工業(yè)、商業(yè)和家用制冷空調(diào)設(shè)備)消耗量12.869萬t，占總消費量的21.3。 1) 逐步淘汰ODS的主要措施:近期

39、的解決方法是采取措施，減少向大氣中的CFCs的排放量。比如，盡量減少制冷系統(tǒng)中的CFCs的充灌量，逐年減少CFCs的生產(chǎn)和使用；把原生產(chǎn)CFCs的工廠轉(zhuǎn)產(chǎn)HCFC-22。中期的解決方法是采用對大氣03層破壞能力小的HCFCs制冷劑或由其組成的混合制冷劑,替代CFCs制冷劑。目前研究和使用的純質(zhì)HCFC制冷劑有R22、R142b、R152a、R123等，混合制冷劑有R22、R142b、R152a、R124等制冷劑的二元或多元混合制冷劑。HCFCs物質(zhì)雖然屬低公害制冷劑，由于其仍對03層有破壞作用，并有較大的GWP值，它們只是過渡性的替代物，最終還是會被禁用的。根據(jù)哥本哈根修正案中國可使用到204

40、0年。 遠(yuǎn)期的解決方法是采用ODP為0，且GWP小(如小于100)的物質(zhì)作為制冷劑?？刹捎锰烊恢评鋭?，如氨、C02、烷烴等自然物質(zhì)；也可采用鹵代烴中的HFCs物質(zhì)及其混合物，如R134a、R152a和近年來使用的商業(yè)化的HFCs混合物，如R404A、R407C、R410A等。 2 . 1 . 5 制冷劑的檢漏和存放 1 .制冷劑的檢漏制冷系統(tǒng)如有不嚴(yán)密處，會造成制冷劑的泄漏，影響制冷系統(tǒng)的正常工作。另外，氨有毒性，泄漏的氨對人體有害；氟利昂雖然無毒，但當(dāng)泄漏量在空氣中的容積濃度超過30時，人會窒息休克，對于CFC制冷劑，還會破壞大氣臭氧層，因此，應(yīng)防止制冷劑的泄漏。氨有刺激性臭味，人們依靠嗅覺

41、很容易判斷系統(tǒng)是否漏氨。尋求漏氨部位通常用酚酞試紙在每個焊縫、接頭處檢查，如有泄漏，酚酞試紙會變成紅色。氟利昂無色無臭，檢漏可采用肥皂水、鹵素噴燈和電子檢漏儀等。在焊縫、接頭處涂以肥皂水，如產(chǎn)生氣泡，則說明該處有泄漏。采用鹵素噴燈檢漏時，按泄漏量由小到大，鹵素噴燈火焰的顏色可呈微綠、淡綠，泄漏量較大時可呈紫色。電子檢漏儀具有極高的靈敏度，每年泄漏量為幾毫克時也能檢查出來。另外，由于氟利昂與潤滑油具有溶解性，所以在氟利昂系統(tǒng)中某些部位如發(fā)現(xiàn)滲油或滴油等現(xiàn)象，則說明該處有氟利昂制冷劑泄漏。2.制冷劑的存放制冷劑大都儲存在鋼瓶中。存放時應(yīng)注意：（1）鋼瓶必須經(jīng)過耐壓試驗，并定期檢驗。（2）不同的制冷

42、劑應(yīng)采用固定的專用鋼瓶，并在鋼瓶上標(biāo)明所存制冷劑的名稱。（3）儲存制冷劑的鋼瓶不得露天安放或暴曬在陽光下，安放地點應(yīng)遠(yuǎn)離熱源。2 . 2 載冷劑載冷劑是指間接制冷系統(tǒng)中用來傳遞冷量的中間介質(zhì)。在間接制冷系統(tǒng)中制冷劑可以在較小的制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，冷量通過載冷劑傳遞給被冷卻對象。如果被冷卻介質(zhì)離制冷系統(tǒng)較遠(yuǎn)，或者出于其它考慮，不便采用制冷劑直接冷卻的方式，那么就可以利用載冷劑，將制冷劑的冷量先傳遞給載冷劑，再由載冷劑傳遞給被冷卻介質(zhì)。2 . 2 . 1對載冷劑的要求1.載冷劑應(yīng)具備下列要求：（1）在使用溫度范圍內(nèi)不凝固、不汽化。（2）比熱要大。在傳遞一定的冷量時，載冷劑比熱大的，其流量就小，可減少載

43、送載冷劑的循環(huán)泵功率。（3）密度小，粘度小，可以減少流動阻力。（4）導(dǎo)熱系數(shù)大，以減少熱交換設(shè)備的傳熱面積。（5）不腐蝕設(shè)備、管道及其他附件；無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好。（6）價格便宜，易于購買。2 . 2 . 2 常用的載冷劑1. 水在空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中廣泛用水作為載冷劑。由于水的凝固溫度為0（），因而只能用制取0（）以上的載冷劑。2.無機鹽水溶液在中、低溫場合，一般用鹽水溶液作為載冷劑。常用的有氯化鈣水溶液和氯化鈉水溶液等。鹽水溶液的性質(zhì)與溶液中鹽的濃度有關(guān)，見圖2.4。鹽水的濃度越大，其密度也越大，流動阻力將增大；同時，濃度大，其比熱小，輸送一定冷量所需鹽水的流量將增加，造成泵消耗的功增大。因此，配

44、制鹽水溶液時，只要使其所對應(yīng)的凝固溫度不低于系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度即可，一般使凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低58（）。鹽水溶液對金屬有腐蝕性，尤其是略帶酸性并與空氣相接觸的鹽水溶液，其腐蝕性更強。為了降低鹽水對金屬的腐蝕作用，可在鹽水溶液中加入一定量的防腐劑，一般采用氫氧化鈉和重鉻酸鈉。通常做法是：1m3的氯化鈣水溶液中應(yīng)加1.6kg的重鉻酸鈉和0.432kg的氫氧化鈉；1m3氯化鈉水溶液中加入3.2kg的重鉻酸鈉和0.864kg的氫氧化鈉。氯化鈉和氯化鈣鹽水溶液的物性值見表2.13和表2.14表213 氯化鈉水溶液的物性值15比重質(zhì)量濃度()凝固溫度()溶液溫度()比 熱(kJ/kg.K)導(dǎo)

45、熱系數(shù)(Wm.K)動力粘度(x104 N.s/m2)運動粘度x106m2/s)導(dǎo)溫系數(shù)(x104m2/h)普蘭特數(shù)1.0507(7.5)一4.42010043.8433.8353.8273.8180.5930.5760.5590.55610.7914.1218.7321.571.031.341.782.065.315.165.025.006.959.412.714.81.08011(12.3)一7.52010O一57.53.6973.6843.6763.6723.6720.5930.570O.5560.5490.54511.4715.2020.2024.4226.481.061.411.872

46、.262.455.335.155.084.984.967.29.913.416.417.8續(xù)表15比重質(zhì)量濃度()凝固溫度()溶液溫度()比 熱(kJ/kg.K)導(dǎo)熱系數(shù)(Wm.K)動力粘度(x104 N.s/m2)運動粘度x106m2/s)導(dǎo)溫系數(shù)(x104m2/h)普蘭特數(shù)1.10013.6(15.7)一982010059.83.6093.6013.5833.5843.5800.5930.5680.5540.5470.54012.2616.1821.4826.0934.321.121.471.952.373.135.405.155.075.004.947.410.313.017.022.9

47、1.12016.2(19.3)一12.220lO051012.23.5343.5253.5133.5093.5043.5000.573O.5690.5520.544O.5350.53313.1417.2622.2628.3434.9142.171.201.572.022.583.183.845.215.185.075.004.934.908.310.915.118.623.228.21.14018.8(23.1)一15.12010O一510153.4623.4543.4423.4333.4293.4250.5820.5660.5550.5420.5330.52514.3218.5325.603

48、1.1938.7447.761.261.632.252.743.404.195.325.175.055.004.924.868.511.416.119.824.831.01.16021.2(26.9)一18.2201005一1015183.3953.3833.3753.3663.3623.3583.3540.5790.5630.5470.538O.5300.5220.51815.4920.1028.2434.4243.0552.7660.801.331.732.442.963.704.555.245.275.175.034.964.904.854.809.112.117.521.527.133

49、.939.41.17523.1(30.1)一21.2201005一1015213.3453.3373.3243.3203.3123.3083.3030.5650.5490.5440.536O.5280.5200.51416.6721.7730.4037.4647.0757.4777.471.421.842.593.204.024.906.605.305.035.024.954.894.834.779.613.118.623.329.536.550.0括號中的數(shù)值為100kg水中氯化鈉質(zhì)量的kg數(shù)表214 氯化鈣水溶液的物性值15比重質(zhì)量濃度()凝固溫度()溶液溫度()比 熱(kJ/kg.K)導(dǎo)熱系數(shù)(Wm.K)動力粘度(x104 N.s/m2)運動粘度x106m2/s)導(dǎo)溫系數(shù)(x104m2/h)普蘭特數(shù)1.0809.4(10.4)一5.22010053.6433.6343.6263.6010.5840.5700.5560.54912.3615.4921.5725.50