|
单级蒸汽压缩制冷循环： 四个部件需要冷媒在其中循环才能完成其功能：  水的状态变化（大气压下）：   冷媒变化分析： Lgp-h图的应用：冷媒变化在图上的反映。  制冷剂的发展、应用与选用原则： 制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。 蒸气制冷机中的制冷剂从低温热源中吸取热量，在低温下气化，再在高温下凝结，向高温热源排放热量。所以，只有在工作温度范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。 作为制冷剂应该符合如下要求： 1、热力学性质方面 （1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比。 蒸发压力≥大气压力；冷凝压力不要过高；冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大。 （2）汽化潜热大，则单位制冷量q0以减少系统中的制冷剂循环量。 （3）气体比容要小，单位容积制冷量qv比较大，以减少压缩机的几何尺寸。 （4）比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。 （5）绝热指数小，等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化（润滑油粘性下降、结焦）或制冷剂自身在高温下分解。 （6）循环的热力学完善度尽可能大。 2、迁移性质方面 （1）粘度、密度尽量小，这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。 （2）热导率大，这样可以提高热交换设备（如蒸发器、冷凝器、回热器……等）的传热系数，减少传热面积，使系统结构紧凑。 3、物理化学性质方面 无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。 化学稳定性和热稳定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。 对大气环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层，没有温室效应。 4、其它 原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。当然，完全满足上述要求的制冷剂是不存在的。各种制冷剂总是在某些方面有其长处，另一些方面又有不足。 制冷剂命名： 目前用得较多的制冷剂，按其化学组成主要有三类： （1）无机物：例如，NH3、CO2和H2O等。 （2）卤代烃：例如，四氟乙烷（R134a）、二氟一氯甲烷（R22）、三氟二氯乙烷（R123）、五氟丙烷（R245ca）等。 （3）碳氢化合物：甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、乙烯、丙烯等。 上述三类制冷剂中，卤代烃属于人工合成制冷剂，其余为自然制冷剂。 为了书写方便，国际上统一规定用字母“R”和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。字母“R”表示制冷剂，后面的数字或字母则根据制冷剂的分子组成按一定的规则编写。编写规则为： 1.无机化合物 无机化合物的简写符号规定为R7( )。括号代表一组数字，这组数字是该无机物分子量的整数部分。例如：NH3，H2O，CO2。 分子量的整数部份分别为17，18，44。符号表示R717，R718，R744。 2.卤代烷烃和其它烷烃类 烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2；卤代烷烃的分子通式为CmHnFxClyBrz (n+x+y+z=2m+2)，它们的简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)，每个括号是一个数字，该数字数值为零时省去写，乙烷类同分异构体则在其最后加一个小写英文字母以示区别，丙烷类同分异构体则在其最后加两个小写英文字母以示区别。表1为一些制冷剂的符号举例。 表1 制冷剂符号举例  值得指出的是，正丁烷和异丁烷例外。它们分别用R600和R600a表示。 3.非共沸混合制冷剂 非共沸混合制冷剂的简写符号为R4( )。括号代表一组数字，这组数字为该制冷剂命名的先后顺序号，从00开始。构成非共沸混合制冷剂的纯物质种类相同，但成分不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别。例如，最早命名的非共沸混合制冷剂写作R400，以后命名的按先后次序分别用R401、R402、…、R407A，R407B，R407C等表示。 4.共沸混合制冷剂 5.环烷烃、链烯烃、醚以及它们的卤代物 其简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头，醚及醚的卤代物用字母“RE”开头，其后的数字排写规则与卤代烃及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。 此外，有机氧化物，脂肪族胺，它们用R6开头，其后的数字是任选的。 制冷剂的物理化学性质及其应用： 在选用制冷剂时，除了要考虑热力性质外，还需要考虑制冷剂的物理化学性质，例如毒性、燃烧性、爆炸性、与金属材料的作用、与润滑油的作用、与大气环境的“友好性”等。有时这些因素可能是考虑选择制冷剂的主要因素。 一、安全性 安全性对操作人员是非常重要的，尤其是在制冷机长期连续运转的情况下。制冷剂的毒性、燃烧性和爆炸性都是评价制冷剂安全程度的性质，各国都规定了最低安全程度的标准，如ANSI/ASHRAE 15-2004等。 （一)毒性 毒性通常是根据对动物的试验和对人的影响的资料来确定的。美国工业与环境卫生专家大会用TLVs（Threshold Limit Values）指标作为毒性标准，美国杜邦公司用AEL（Allowable Exposure Limit）指标作为毒性标准，这两个指标在数量上非常接近。它们都反映了人们在较长时间内接触制冷剂而不至于产生不良反应。如果这些指标的数值为1000或1000以上，则可认为这种制冷剂是无毒的。表2-7给出了一些常用制冷剂的TLVs值或AEL值。值得指出的是，虽然一些氟利昂制冷剂其毒性都较低，但它们在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气，这一点在使用时要特别注意。 表2 制冷剂的毒性指标  (二)燃烧性和爆炸性 各种制冷剂的燃烧性和爆炸性差别很大。易燃的制冷剂在空气中的含量达到一定范围时，遇明火就会产生爆炸。因此，应尽量避免使用易燃和易爆炸的制冷剂。万一必须使用时，必须要有防火防爆安全措施。一些易燃制冷剂的爆炸特性见表3。表中，None表示不燃烧，爆炸极限表示在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比的范围。这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，则范围越宽越易燃。 表3 一些制冷剂的易燃易爆特性  (三)安全分类 以前对制冷剂的安全性分别以毒性和可燃性作出规定，现在国际标准ISO 5149-93和美国标准ANSI/ASHRAE 34-2004对制冷剂的安全分类作了较大的调整，将毒性与可燃性合在一起，规定了6个安全等级，表5给出了这6个等级的划分定义。表4给出了一些制冷剂的安全分类。 表4 一些制冷剂的安全分类  表5 ASHRAE34以毒性和可燃性为界限的安全分类  注：LFL―燃烧下限，在指定的实验条件下，能够在制冷剂和空气组成的均匀混合物中传播火焰的制冷剂最小浓度（kg/m3）。 二、热稳定性： 通常，制冷剂因受热而发生化学分解的温度大大高于其工作温度，因此在正常运转条件下制冷剂是不会发生裂解的。但在温度较高又有油、钢铁、铜存在时长时间使用会发生变质甚至热解。例如： 氨：当温度超过250℃时分解成氮和氢。 丙烷：当含有氧气时，在460℃时开始分解，660℃时分解43％，830℃时完全分解。 R22：在与铁相接触时550℃开始分解。 三、对材料的作用 碳氢化合物制冷剂对金属无腐蚀作用。 在正常情况下，卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材料不起作用。但在某种情况下，一些材料将会和制冷剂发生作用，例如水解作用、分解作用等。制冷剂与金属材料接触时发生分解作用强弱程度的次序(从弱到强)是铬镍铁耐热合金、不锈钢、镍、紫铜、铝、青铜、锌、银(分解作用最大)。 氨制冷机中不适合用黄铜、紫铜和其它铜合金，因为有水分时要引起腐蚀。但磷青铜与氨不起作用。 “镀铜”现象：当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被溶解的铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。 氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀。 氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润”作用(变软、膨胀和起泡)，故在制冷系统中要选用特殊橡胶或塑料。 含镁量超过约2％的镁锌铝合金不能用在卤素化合物制冷剂的制冷机中，因为若有微量水分存在时就会引起腐蚀。 四、对润滑油的互溶性 在大多数制冷机里，工质与润滑油相互接触是不可避免的。各种工质与润滑油之间的溶解程度不同。有的完全互溶，有的几乎不溶解，而有的是部分溶解。 若制冷工质与油不相溶解，可以从冷凝器或贮液器将油分离出来，避免油带入蒸发器中，降低传热效果。 制冷工质与油溶解会使润滑油变稀，影响润滑作用，且油会被带入蒸发器中，影响到传热效果。 五、对水的溶解性 不同制冷剂溶解水的能力不同。 氨可以溶解比它本身大许多倍的水，生成的溶液冰点比水的冰点低。因此在运转的制冷系统中不会引起结冰而堵塞管道通路，但会对金属材料引起腐蚀。 氟利昂很难与水溶解，烃类制冷剂也难于溶解于水。例如在25℃时，水在R134a液体中只能溶解0.11%(质量百分比)。 当制冷剂中水的含量超过上述百分数时就会有纯水存在。 当温度降到0℃以下时，水就会结成冰，堵塞节流阀或毛细管的通道，形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。表6给出水分在一些制冷剂中的溶解度。 表6 水分在一些制冷剂中的溶解度（25℃）  前面已经提到，水溶解制冷剂后会发生水解作用，生成酸性产物，腐蚀金属材料。 含有氯原子的制冷剂会水解并生成盐酸，不但会腐蚀金属材料，而且还会降低电绝缘性能。因此，制冷系统中不允许有游离的水存在。 六、泄漏性 制冷机工作时不允许有制冷剂向系统外泄漏，因此需要经常在设备、管道的接合面处检查有无制冷剂漏出。 氨有强烈的臭气，人们依靠嗅觉就容易判别是否有泄漏。由于氨极易溶于水，因此不能用肥皂水检漏。通常用酚酞试剂和试纸检漏，如有泄漏，试剂或试纸会变成红色。 氟利昂是无色无臭的物质，泄漏时不易发觉。检漏的方法有卤素喷灯和电子检漏仪两种。卤素喷灯是通过燃烧酒精去加热一块紫铜，空气被吸入喷灯，当空气内含有氟利昂时气流与紫铜接触就会发生分解，并使燃烧的火焰变成黄绿色(当泄漏量小时)或紫色(当泄漏量大时)。 用电子检漏仪检漏是一种较精密的方法。仪器中有一对铂电极，空气由风机吸入并流过电极，当含有氟利昂时电极之间的导电率会发生变化，通过电流计可以反映出来。 七、制冷剂与大气环境 氟利昂类制冷剂中，凡分子内含有氯或溴原子的制冷剂对大气臭氧层有潜在的消耗能力。为描述对臭氧的消耗特征及其强度分布，通常使用ODP值。  南极臭氧空洞的变化 ODP值（Ozone Depletion Potential）表示对大气臭氧层消耗的潜能值，以R11（CFC11）作为基准值，其值被人为地规定为1.0 。 这类制冷剂不仅要破坏大气臭氧层，还具有全球变暖潜能（GlobalWarming Potential，简称GWP）。具有全球变暖效应的气体称为温室气体。作为基准，人们也选用R11(CFC-11)的值为1.0，其符号为HGWP。 表7 一些制冷剂的ODP值和GWP值 从上述讨论可以看出，传统制冷剂R11，R12不仅ODP值很高，而且GWP值也很高，是大气环境极不友好的制冷剂，因此要被禁止使用。作为替代R12的新制冷剂R134a，虽然其ODP值已经是０，但仍有较高的GWP值，要造成全球变暖效应。一些自然制冷剂如R600a，R717，R290等，它们既不破坏大气臭氧层，又不导致全球变暖，是环境“友好”制冷剂。 常用制冷剂： 一、无机物 1. R717（氨） 氨是应用较广的中温制冷剂。沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃。 氨具有较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低温范围内压力比较适中。单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好。 氨对人体有较大的毒性，也有一定的可燃性，安全分类为B2。氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味。它可以刺激人的眼睛及呼吸器官。氨液飞溅到皮肤上时会引起肿胀甚至冻伤。 氨能以任意比例与水相互溶解，组成氨水溶液，在低温时水也不会从溶液中析出而冻结成冰。所以氨系统里不必设置干燥器。但氨系统中有水分时会加剧对金属的腐蚀，同时使制冷量减小。所以一般限制氨中的含水量不得超过0.2%。 氨在矿物油中的溶解度很小，因此氨制冷剂管道及换热器的传热表面上会积有油膜，影响传热效果。 氨对钢铁不起腐蚀作用，但当含有水分时将要腐蚀锌、铜、青铜及其它铜合金。 目前氨用于蒸发温度在-65℃以上的大型或中型单级、双级往复活塞式及螺杆式制冷机中，也有应用于大容量离心式制冷机中。 2.R744（二氧化碳） 二氧化碳是一种既古老又新兴的自然工质。干冰是固体二氧化碳的习惯叫法。干冰的三相点参数为：三相点温度-56.6℃，三相点压力520kPa。因此，在大气压下，二氧化碳为固态或气态，不存在液态。干冰在大气压力下的升华热为573.6kJ/kg，升华温度为-78.5℃。 二氧化碳作为制冷剂被广泛地应用于制冷空调系统中，与氨制冷剂一样，是当时最为常用的制冷工质。在几种常用的自然工质中，可以说二氧化碳最具竞争力，在可燃性和毒性有严格限制的场合，二氧化碳是最理想的。 缺点：运行压力较高，循环效率较低。 二氧化碳作为制冷工质有许多独特的优势，从对环境的影响来看，除水和空气以外，二氧化碳是与环境最为友善的制冷工质。除此以外，二氧化碳还具有下列特点： （1）良好的安全性和化学稳定性：无毒、不可燃 ，便在高温下也不分解产生有害气体； （2）具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质，单位容积制冷量相当高，运动粘度低； （3）优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑，而且运行维护也比较简单，具有良好的经济性能； （4）二氧化碳制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环低，压缩机的容积效率可维持在较高的水平。 二、卤代烷烃 1.R134a R134a（四氟乙烷，CH2FCF3）是被广泛应用的中温制冷剂，沸点-26.26℃，凝固点-96.6℃；应用于中等蒸发温度和低蒸发温度的制冷系统中。 R134a无色，毒性很小，不燃烧，不爆炸，是一种很安全的制冷剂。只有在空气中浓度过大时(容积浓度超过80%)才会使人窒息。它对大气臭氧层没有破坏作用，但全球变暖潜能值为1430。 R134a当温度达到370℃以上时，与明火接触会分解出氟化氢等有毒气体。 水在R134a中的溶解度很小，仅0.11％，且随温度的降低而减小。但是，即使少量水分存在，在润滑油等的一起作用下，将会产生酸、CO或CO2，将对金属产生腐蚀作用，或产生“镀铜”现象。 在常用温度范围内R134a与矿物油不相溶，但在温度较高时能完全溶解于多元烷基醇类（Polyalkylene Glycol，简称PAG）和多元醇酯类（Polyol Ester，简称POE）合成润滑油；在温度较低时，只能溶解于POE合成润滑油。 R134a对钢、铁、铜、铝等金属均未发现有相互化学反应的现象，仅对锌有轻微的作用。R134a对塑料无显著影响，除了对聚苯乙烯稍有影响外，其它的大多可用。和塑料相比，合成橡胶受R134a的影响略大，特别是氟橡胶。全封闭压缩机中的绕组导线要用耐氟绝缘漆。 R134a很容易通过机器的接合面的不严密处、铸件中的小孔及螺纹接合处泄漏。所以对铸件要求质量高，对机器的密封性要求良好。 2．R22 R22(二氟一氯甲烷，CHF2Cl)也是较常用的中温制冷剂，在相同的蒸发温度和冷凝温度下，R22比R134a的压力要高65%左右。R22的沸点为-40.8℃，凝固点-160℃。它在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量与氨差不多，比R134a要大，压缩终温介于氨和R134a之间，能制取的最低蒸发温度约为-80℃。 R22无色无味，不燃烧，不爆炸，毒性小，但仍是安全的制冷剂，安全分类为A1。传热性能与流动性能较好；它属于不溶于水的物质，制冷系统含水量限制在0.001%以内。同时系统内应装设干燥器。 R22化学性质稳定，但它对有机物的膨润作用较强，密封材料可采用氯乙醇橡胶。 R22能够部分地与矿物油相互溶解，而且其溶解度随着矿物油的种类及温度而变。矿物油在R22制冷系统各部分中产生不同的影响。较大容量的R22制冷机在起动前需先对曲轴箱内的油加热，让R22先蒸发掉。 R22对金属与非金属基本不发生化学反应作用，其泄漏特性与R134a相似。 R22属于HCFC类制冷剂，R22对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。 R22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。 三、碳氢化合物 1、R600a 常用的碳氢化合物制冷剂为R600a。R600a（异丁烷，i-C4H10）的沸点为-11.73℃，凝固点-160℃ 。 R600a的临界压力比R12低、临界温度及临界比体积均比R12高，标准沸点高于R12约18℃，饱和蒸气压比R12低。在一般情况下，R600a的压比要高于R12且容积制冷量要小于R12。为了使制冷系统能达到与R12相近的制冷能力，应选用排气量较大的制冷压缩机。但它的排气温度比R12低，后者对压缩机工作更有利。两者的粘性相差不大。 R600a的毒性非常低，但在空气中可燃，因此安全类别为A3，在使用R600a的场合要注意防火防爆。 R600a与矿物油能很好互溶，不需昂贵的合成润滑油。 除可燃外，R600a与其它物质的化学相溶性很好，而与水的溶解性很差，这对制冷系统很有利。但为了防止“冰堵”现象，制冷剂允许含水量较低，对除水要求相对较高。此外，R600a的检漏不能用传统的检漏仪检漏，而应该用专门适合于R600a的检漏仪检漏。 尽管R134a在许多方面表现出作为R12替代制冷剂的优越性，但它仍有较高的GWP值，因此，许多人提倡在制冷温度较低场合（如电冰箱）用R600a作为R12的永久替代物。 2、R290 （丙烷 C3H8） R22另一种新型替代品 R290的标准沸点和临界温度与R22非常接近，临界压力比R22低，凝固点比R22低，其基本物理性质与R22相当，具备替代R22的基本条件。 在饱和液态时，R290比R22的密度小很多，所以在相同的容积下R290的充注量要小得多。在相同温度下，R290的气化潜热比R22的气化潜热大一倍左右，因此制冷系统的制冷剂循环量小。R290的气态动力粘滞系数和饱和液态动力粘滞系数都比R22的小。R290的饱和液态和饱和气态的导热系数都比R22的大。 R290的最大缺点是具有可燃性和爆炸性。另外R290的蒸气比体积比R22的大，单位容积制冷量比R22小，这意味着压缩机的排气量相同时，R290的制冷量有所减少。 四、混合制冷剂 混合制冷剂是由两种或两种以上的纯制冷剂以一定的比例混合而成的。按照混合后的溶液是否具有共沸的性质，分为共沸制冷剂和非共沸制冷剂两类。 （一）共沸混合制冷剂 共沸制冷剂有下列特点： （1）在一定的蒸发压力下蒸发时，具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。 （2）在一定的蒸发温度下，共沸制冷剂的单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的容积制冷量要大。 （3）共沸制冷剂的化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。 （4）在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。 表8 几种共沸制冷剂的组成和沸点 由于上述特点，在一定的情况下，采用共沸制冷剂可使能耗减少。例如，R502在低温范围内(蒸发温度在-60～-30℃)，能耗较R22低，而在高温范围内(蒸发温度-10～+10℃)，能耗较R22高。因此，通常R502用在低温冷藏冷冻中，而R22用在空调中。 （二）非共沸混合制冷剂 一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A(泡点)，再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C(露点)时全部蒸发完成为饱和蒸气。 定压相变时温度发生变化。 应用于变温热源的温差匹配场合，实现近似的洛伦茨循环，达到节能目的。 没有共同的沸点。泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移。 限制： 使用共沸制冷剂的麻烦是当制冷装置中发生制冷剂泄漏时，剩余系统的混合物的含量就会改变。 因此需要向系统中补充制冷剂使其达到原来的数量与含量，并需要通过计算来确定两种制冷剂的充注量。 （三）常用混合制冷剂的特性 1、共沸制冷剂R502 R502的沸点为-45.4℃，是性能良好的中温制冷剂，可代替R22用于获得低温。当在相同的吸气温度和压比下，使用R502时压缩机的排气温度比使用R22时低10～25℃。 R502的溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上与矿物油有较好的溶解性，低于82℃时，对矿物油的溶油性差。油将与R502分层。 由于R502构成组分中含有大量的R115，因此，它的ODP值较高，在发达国家也已经禁止使用。 2、共沸制冷剂R507 R507是一种新的制冷剂，是作为R502的替代物提出来的。其ODP值为零。它的沸点为-46.7℃，与R502的沸点非常接近。相同工况下，制冷系数比R502略低，容积制冷量比R502略高，压缩机排气温度比R502略低，冷凝压力比R502略高，压比略高于R502。它不溶于矿物油，但能溶于聚酯类润滑油。凡是用R502的场合，都可以R507来替代。 3、非共沸混合制冷剂R407C R407C是一种三元非共沸混合制冷剂，它是作为R22的替代物而提出的。在压力为标准大气压时，其泡点温度为-43.4℃，露点温度为-36.1℃，与R22的沸点较接近。与其它HFC制冷剂一样，R407C也不能与矿物油互溶，但能溶解于聚酯类合成润滑油。研究表明，在空调工况（蒸发温度≈7℃）下，R407C容积制冷量以及制冷系数比R22略低（约5%）。因此，将R22的空调系统换成R407C，只要将润滑油和制冷剂改换就可以了，而不需要更换制冷压缩机，这是R407C作为R22替代物的最大优点。但在低温工况（蒸发温度＜-30℃）下，虽然其制冷系数比R22低得不多，但它的容积制冷量比R22要低得多（约20%），这一点在使用时要特别注意。此外，由于R407C的泡露点温差较大，在使用时最好将热交换器作成逆流形式，以充分发挥非共沸混合制冷剂的优势。 4、非共沸混合制冷剂R410A R410A是一种两元混合制冷剂，它的泡露点温差仅0.2℃，可称之为近共沸混合制冷剂。与其它HFC制冷剂一样，R410A也不能与矿物油互溶，但能溶解于聚酯类合成润滑油。它也是作为R22的替代物提出来的。虽然在一定的温度下它的饱和蒸气压比R22和R407C均要高一些，但它的其它性能比R407C要优越。它具有与共沸混合制冷剂类似的优点，它的容积制冷量在低温工况时比R22还要高约60％，制冷系数也比R22高约5％；在空调工况时，容积制冷量和制冷系数均与R22差不多。与R407C相比较，尤其是在低温工况，使用R410A的制冷系统具有更小的体积（容积制冷量大），更高的能量利用率。但R410A不能直接用来替换R22的制冷系统，在使用R410A时要用专门的制冷压缩机，而不能用R22的制冷压缩机。 世界上，虽然研究氟利昂22替代物的工作已全面开始。但到目前为止，尚未找到一种纯工质可以作为氟利昂22系统的直接充注或替代物来简单地替换氟利昂22在制冷空调业中的角色。 采用混合工质，则可利用其各组分的优势互补来得到整体热物性、制冷性能和理化性能等主要制冷剂特性指标均接近于氟利昂22的制冷剂。 目前，国际呼声最高的氟利昂22混合工质替代物有R401A和R407C两种。 对于家用空调器，欧洲国家倾向于选用R407C，而美国和日本倾向于R401A。 R401A虽然是一种近共沸混合物，有利于进行维修和回收，且高压状态制冷剂的热物性以及与固体壁的换热性能得以提高，形成强化换热，使R401A空调机的体积大幅减少。但由于涉及改动管路，且压力大约要提高1.6倍，相应的铜管路、阀门、连接件等所有与制冷剂接触的部件其承压能力都要作相应的改动以1.6倍的压力，因此比较难以实现。而采用R407C作为制冷剂，压力基本相当，压机也只需作较小改动。 表9 中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表
表10 HCFC禁用时间表（发达国家）
R32、R290新冷媒的特性: R32基本性能: 中文名称：二氟甲烷；分子式：CH2F2； 物理性质：为无色、无味、轻微燃烧（A2级别）。冷媒R410A是无毒，不可燃（ A1级别）； 不爆炸、无毒、可燃，但仍然是安全的制冷剂。 R32的热力学性能与R410A相近。 R22GWP值675。 R290基本性能 中文名称：丙烷；分子式：C3H8 外观与性状：无色气体，纯品无臭； 溶解性：微溶于水，溶于乙醚、乙醇； 闪点(℃)：-104； 相对密度(空气=1)：1.56； 燃烧热(kJ/mol)：2217.8 引燃温度(℃)：450~470； 注：闪点：可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度。 冷媒物性对比
相对于HFC的优缺点
常用制冷剂安全等级划分：
燃烧下限(LFL)：指在23℃和101.3kPa条件下最小可燃浓度（与空气均匀混合）。 总结： 1、 R32制冷剂全球变暖系数是R410A的1/3,较传统的R410A、R22制冷剂环保，但R32具有一定的可燃性。 2、与R410A制冷剂相比，R32饱和压力高约3%，排气温度高约8-15℃，功率高约3-5%，能效比高约5%。 3、同工况、同压缩机同运行频率下，R32系统制冷量、能效比R410A制冷剂高约5%。 4.R290具有： 健康危害：有单纯性窒息及麻醉作用。人短暂接触 1％丙烷，不引起症状；10％以下的浓度，只引起轻度头晕；接触高浓度时可出现麻醉状态、意识丧失；极高浓度时可致窒息。 危险特性：易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。 载冷剂： 一、载冷剂的作用及选用原则： 载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质,在制冷工程中称之为载冷剂或第二制冷剂。 在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。 采用载冷剂的优点：可使制冷系统集中在较小的场所，因而可以减小制冷机系统的容积及制冷剂的充灌量；且因载冷剂的热容量大，被冷却对象的温度易于保持恒定。 缺点：系统比不用载冷剂时复杂，且增大了被冷却物和制冷剂间的温差，需要较低的制冷机蒸发温度。 选择载冷剂时，应考虑下列一些因素： 1.载冷剂在工作温度下应处于液体状态；其凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度。 2.比热容要大。 3.密度小。载冷剂的密度小可使循环泵的功率减小。 4.粘度小。采用粘度小的载冷剂可使流动阻力减小，因而循环泵功率减小。 5.化学的稳定性好。 6.不腐蚀设备和管道。 7.载冷剂应不燃烧、不爆炸、无毒，对人体无害。 8.价格低廉，便于获得。 载冷剂的种类很多，常用的有下列三类： 1、水 水可用来作为蒸发温度高于0℃的制冷装置中的载冷剂。由于水价格低廉，易于获得，传热性能较好，因此在空调装置及某些0℃以上的冷却过程中广泛地用作载冷剂。它的缺点是不能用于0℃以下的系统。 2、盐水 盐类，如氯化钠、氯化钙等的水溶液，称为盐水。盐水的冰点比纯水低，因此在蒸发温度低于0℃的制冷装置中可用作为载冷剂。它的主要缺点是对一些金属材料要产生腐蚀。 3、有机化合物及其水溶液 某些有机化合物，如乙二醇水溶液、二氯甲烷、三氯乙烯等，具有较低的凝固温度，可用作低温载冷剂。它们的主要缺点是相对与水而言比热容较小，某些化合物还有一定的毒性。 二、盐水 共晶点：CaCl2水溶液：-55℃， NaCl水溶液：-17℃ ，MgCl2水溶液：-21℃。 合理选择浓度：使用低于共晶含量的溶液，按凝固温度比蒸发温度低5-8℃来确定溶液含量。 注意防腐蚀： 加缓蚀剂，调整PH值至7.0-8.5，重铬酸钠具有缓蚀作用，通常１m3 CaCl2水溶液加2kg重铬酸钠，１m3 ＮaCl2水溶液加3.2kg重铬酸钠。 定期测定比重。 三、有机载冷剂 乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶液都是性能较好的低温载冷剂。这些水溶液的冰点都比水的冰点低，对管道、容器等金属材料无腐蚀作用。其中，乙二醇水溶液是使用最为广泛的有机载冷剂。 许多氟利昂可以作为低温载冷剂使用，它们具有凝固点低、粘度较小、不燃烧和化学稳定性好的特点。 三氯乙烯虽然是不燃烧的载冷剂，但它对金属、橡胶、有机物均有腐蚀作用，特别是在吸收水分后会水解出盐酸，对不锈钢也要腐蚀。此外，三氯乙烯还会挥发出气体，对人体肝脏有影响和并可能致癌，因此目前以尽量避免采用为好。 由乙二醇(质量分数为40%)、乙醇(质量分数为20%)和水(质量分数为40%)组成的三元溶液（俗称不冻液）可以代替三氯乙烯使用。在上述配比下，这种三元溶液沸点为98℃，冰点为－64℃，密度为1kg/L，比热容为3.14 kJ/(kgK)，闪点为80℃。 润滑油： 一、润滑油的功效 润滑油保证压缩机正常运转，对运动部件起润滑与冷却作用，在保证压缩机运行的可靠性和使用寿命中起着极其重要的作用。 1、将油输送到各运动部件的摩擦面，形成一层油膜，降低摩擦功，带走摩擦热，减少运动零件的摩擦量，提高压缩机的可靠性和延长机器的使用寿命。 2、由于润滑油带走摩擦热，不致于使摩擦面的温升太高，因而防止运动零件因发热而“卡死”。 3、对于开启式压缩机，在密封件摩擦面间隙中充满润滑油，既起到润滑作用，又可防止制冷剂的泄漏。 4、润滑油流经润滑面可带走机械杂质和油污，起到清洗作用。 5、润滑油能在各零件表面形成油膜保护层，防止零件的锈蚀。 二、对润滑油的要求 在制冷系统中，制冷剂与润滑油直接接触，不可避免地有一部分润滑油与制冷剂一起在系统中流动，温度变化较大。因此，为了实现上述功效，润滑油应满足如下基本要求：在运行状态下，润滑油应有适当的粘度。 1、凝固点要低，在低温时有良好的流动性。 2、不含水分、不凝性气体和石蜡。 3、对制冷剂有良好的兼容性，本身应具有较好的热稳定性和化学稳定性。 4、绝缘耐电压要高。 5、价格低廉，容易获得。 三、分类与特性 冷冻机润滑油按制造工艺可分成两大类： 1.天然矿物油：简称矿物油。即从石油中提取的润滑油。作为石油的馏分，矿物油通常具有较小的极性，它们只能溶解在极性较弱或非极性的制冷剂中，如：R600a，R22等。 2.人工合成油：简称合成油。即按照特定制冷剂的要求，用人工化学的方法合成的润滑油。合成油主要是为了弥补矿物油难以与极性制冷剂互溶的缺陷而提出的，因此，合成油通常都有较强的极性，它们能溶解在极性较强的制冷剂中，如：R134a， R717等。人工合成润滑油主要有：聚醇类，聚酯类，极性合成碳氢化合物等。 下图为一种多元聚酯润滑油与制冷剂和粘合物的性能曲线。随着温度提高，制冷剂含量增大，粘度明显下降。 润滑油随制冷剂质量分数和系统温度变化关系。 在制冷系统中，制冷剂与润滑油直接接触，不可避免地有一部分润滑油与制冷剂一起在系统中流动。 随着油含量增加，制冷剂饱和蒸汽压大大降低。 不同润滑油含量时制冷剂饱和蒸汽压曲线。 四、润滑油的选择 润滑油的选择主要取决于制冷剂种类，压缩机型式和运转工况(蒸发温度、冷凝温度）等，一般是使用制冷机制造厂推荐的牌号。选择润滑油时，首先要考虑的是该润滑油的低温性能和对制冷剂的相溶性。从压缩机出来随制冷剂一起进入蒸发器的润滑油由于温度的降低，如果制冷剂对润滑油的溶解性能不好的话，则润滑油要在蒸发器传热管壁面上形成一层油膜，从而增加热阻，降低系统性能。 值得指出的是，极性润滑油如聚酯类油和聚醇类油都具有很强的吸水性，这一特性对制冷系统极其不利，在使用时要加以特别注意。 选择润滑油除了考虑与制冷剂的互溶性以外，还要考虑润滑油的粘度。 由于润滑油的存在，R22的表面传热系数明显比纯制冷剂的表面传热系数要低。 润滑油含量对蒸发传热的影响。 本文来源于互联网。暖通南社整理编辑 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
