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制冷剂基础知识(技术分享)

使用的制冷剂已达70~80种,并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种:

  氨(代号:R717)

  氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7℃,标准蒸发温度为-33.3℃,在常温下冷凝压力一般为1.1~1.3MPa,即使当夏季冷却水温高达30℃时也绝不可能超过1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/m3。

  氨有很好的吸水性,即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结,故系统内不会发生“冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用,但氨液中含有水分后,对铜及铜合金有腐蚀作用,且使蒸发温度稍许提高。因此,氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料,并规定氨中含水量不应超过0.2%。

  氨的临界温度较高(tkr=132℃),汽化潜热大,在大气压力下为1164KJ/Kg,标准工况下的单位容积制冷量也大,氨压缩机尺寸可以较小。

  纯氨对润滑油无不良影响,但有水分时,会降低冷冻油的润滑作用。氨在润滑油中不易溶解,故要在装置中设置油分离器,减少润滑油进入冷凝器和蒸发器,防止热交换表面被油污染后传热性能降低。

  纯氨对钢铁无腐蚀作用,但当氨中含有水分时将腐蚀铜和铜合金(磷青铜除外),故在氨制冷系统中对管道及阀件均不采用铜和铜合金。

  液氨透明无色,氨蒸气无色,有强烈的刺激臭味。氨对人体有较大的毒性,当氨液飞溅到皮肤上时会引起冻伤。当空气中氨蒸气的容积达到0.5-0.6%时可引起爆炸。故机房内空气中氨的浓度不得超过0.02mg/L。

  氨在常温下不易燃烧,加热至350℃时,分解为氮和氢气,氢气与空气中的氧气混合后会发生爆炸。与空气混合的体积分数在11%-14%时即可燃烧。在16%-25%时遇明火可能爆炸。在0.5%-0.6%时,人在其中停留半小时就会中毒。

  氨极溶于水,0℃时每升水能溶解130升氨气。一般规定液氨中含水量低于0.2%。

  氨的比重和粘度小,放热系数高,价格便宜,易于获得。但是,氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计,当空气中氨的含量达到0.5%~0.6%时,人在其中停留半个小时即可中毒,达到11%~13%时即可点燃,达到16%时遇明火就会爆炸。因此,氨制冷机房必须注意通风排气,并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。

  总上所述,氨作为制冷剂的优点是:易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小,泄漏时易发现。其缺点是:有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸,对铜及铜合金有腐蚀作用。

  氟利昂-12(代号:R12)

  R12为烷烃的卤代物,学名二氟二氯甲烷,分子式为CF2Cl2。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。R12的标准蒸发温度为-29.8℃,冷凝压力一般为0.78~0.98MPa,凝固温度为-155℃,单位容积标准制冷量约为288kcal/m3。

  R12是一种无色、透明、没有气味,几乎无毒性、不燃烧、不爆炸,很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80%时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400℃以上时,则分解出对人体有害的气体。

  R12能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物,但其吸水性极弱。因此,在小型氟利昂制冷装置中不设分油器,而装设干燥器。同时规定R12中含水量不得大于0.0025%,系统中不能用一般天然橡胶作密封垫片,而应采用丁腈橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则,会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。

  氟利昂-22(代号:R22)

  R22也是烷烃的卤代物,学名二氟一氯甲烷,分子式为CHClF2,标准蒸发温度约为-41℃,凝固温度约为-160℃,冷凝压力同氨相似,单位容积标准制冷量约为454kcal/m3。

  R22的许多性质与R12相似,但化学稳定性不如R12,毒性也比R12稍大。但是,R22的单位容积制冷量却比R12大的多,接近于氨。当要求-40~-70℃的低温时,利用R22比R12适宜,故发文时R22被广泛应用于-40~-60℃的双级压缩或空调制冷系统中。

  R-134a(代号:R134a)

  分子式 : CH 2 FCF 3 (四氟乙烷) ,分子量:102.03

  沸点 :-26.26℃ , 凝固点 :-96.6°C ,临界温度 :101.1 ℃ ,临界压力:4067kpa

  饱和液体密度 :25℃ , 1.207g/cm 3 ,液体比热 :25℃ , 1.51KJ/(Kg·℃)

  溶解度( 水中, 25℃ ) :0.15% ,临界密度 :0.512g/cm3

  破坏臭氧潜能值( ODP ) :0 , 全球变暖系数值( GWP ) :0.29

  沸点下蒸发潜能 :215 kJ/kg

  质量指标 : 纯度 ≥ 99.9 % ,水份PPm≤ 0.0010,酸度 PPm≤ 0.00001 ,蒸发残留物PPm≤ 0.01

  R134a作为R12的替代制冷剂,它的许多特性与R12很相像。

  R134a的毒性非常低,在空气中不可燃,安全类别为A1,是很安全的制冷剂。

  R134a的化学稳定性很好,然而由于它的溶水性比R22高,所以对制冷系统不利,即使有少量水分存在,在润滑油等的作用下,将会产生酸、二氧化碳或一氧化碳,将对金属产生腐蚀作用,或产生“镀铜”作用,所以R134a对系统的干燥和清洁要求更高。R134a对钢、铁、铜、铝等金属未发现有相互化学反应的现象,仅对锌有轻微的作用。

  R134a 是发文时国际公认的替代 CFC-12 的主要制冷工质之一,常用于车用空调,商业和工业用制冷系统,以及作为发泡剂用于硬塑料保温材料生产,也可以用来配置其他混合致冷剂,如 R 404a 和 R 407c 等。

  R-404A制冷剂

  物化特性:R404A是一种不含氯的非共沸混合制冷剂,常温常压下为无色气体,贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其 ODP 为 0 ,因此R404A是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂。主要用途:R404A 主要用于替代 R22 和 R502 ,具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点,大量用于中低温冷冻系统。

  R-410A制冷剂

  物化特性:常温常压下, R410A 是一种不含氯的氟代烷非共沸混合制冷剂,无色气体,贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其 ODP 为 0 ,因此R410A是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂。

  主要用途:大量用于家用空调、小型商用空调、户式中央空调等。

  混合共沸制冷剂

  发文时尚不公开配方,用在复叠式制冷机中,在空气冷凝的前提下,蒸发温度可以达到-150度左右

  碳氢制冷剂

  主要是节能和环保这两大优点;节能方面:用R433b的空调要比用R134,R22的空调节省能耗15%至35%左右。环保方面:碳氢制冷剂属于天然工质,因此对大气无污染、对臭氧层无破坏和温室效应几乎为零。

  7其它分类编辑

  1.按成分有以下几种。

  (1) 无机化合物。水、氨、二氧化碳等。

  (2) 饱和碳氢化合物的衍生物,俗称氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。

  (3) 饱合碳氢化合物。如丙烷,异丁烷等

  (4) 不饱和碳氢化合物。如乙烯,丙烯等。

  (5) 共沸混合制冷剂。如R502等。

  (6) 非共沸混合制冷剂。如R407c,R410等。

  通常按照制冷剂的标准蒸发温度,又分为高、中、低温三类。标准蒸发温度是指标准大气压力下的蒸发温度,也就是沸点。

  (1) 高温(低压):标准蒸发温度(tS)>0℃,冷凝压力(PC)≦0.2~0.3Mpa,常用的R123等。

  (2) 中温(中压):0℃> tS>-60℃,0.3Mpa< PC<2.0 Mpa,常用的有氨,R12, R22, R134a,丙烷等。

  (3) 低温(高压):tS≦-60℃,常用的有R13,乙烯, R744(CO2)等。

  2.编号,命各标示方法;

  按照国际统一规定用字母“R”代表制冷剂,加上后面的数字和字母组成在GB7778-1987中做了明确规定。简述如下:

  (1) 无机化合物。

  规定为R700加上无机化合物的相对分子质量的整数部分组成

  NH3(氨) H2O(水) CO2(二氧化碳)

  分子量 17 18 44

  编号 R717 R718 R744

  (2)氟利昂和烷氢类:

  烷氢类化合物的分子通式:CmH2m+2

  氟利昂是饱合碳氢化合物(烷族)的卤族元素衍生物的总称,分子通式为R(m-1)(n+1)(X),若有Br(溴)原子,再加字母B和原子数,若(m-1)=0,则“0”略去不写。

  下面列举几种编号

  名称 分子式 m,n,x,z值 编号

  一氯二氟甲烷 CHF2Cl m=1,n=1,x=2,z=0 R22

  二氯撒氟乙烷 C2HF3 Cl2 m=2,n=1,x=3,z=0 R123

  三氟一溴甲烷 CF3Br m=1,n=0,x=3,z=1 R13B1

  丙烷 C3H8 m=3,n=8,x=0,z=0 R290

  (3)混合制冷剂。

  混合制冷剂以获取命名的顺序编号的

  共沸混合制冷剂编号为R5,从R500开始R501,R502等。

  非共沸混合制冷剂编号为R4,从R401,R404,R410等。

  同素异构体加注小写数字母,如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a

  3. 常用制冷剂性质

  (1) 氨:标准蒸发温度为-33.4℃,凝固温度为-77.7℃,压力适中,单位容积制冷量大,流动阻力小,热导率大。价格低廉对大气臭氧层无破坏作用,故被广泛应用在蒸发温度-65℃以上的大中型制冷机中。

  缺点是毒性较大,可燃,可爆,有强烈刺激性臭味,等熵指数较大,对锌铜有腐蚀作用。

  (2) 氟利昂:重点分析热水器发文时常用的

  1)R22:对大气臭氧层有轻微破坏作用,并产生温室效应,被列为第二批限用禁用的制冷剂。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。

  R22是应用最广泛的中温制冷剂,沸点-40.8℃,凝固点-160℃,无色,气味弱,不燃烧,不爆炸,属安全制冷剂。它与润滑油部分互溶,需采取回油措施。

  2)R142b.沸点较高-9.25℃.凝固点-130.8℃最大特点是在很高的冷凝温度下,冷凝压力并不高。如80℃时只有1.35 Mpa,因此它适合在热泵装置和高环境温度下使用。

  对大气臭氧层有微弱的破坏作用,也将在2040年禁用。

  3)R134a。沸点-26.5℃,凝固点-101℃,无色,无味,不燃,不爆,

  但与矿物性润滑油不相溶,必须采用聚脂类合成油(如聚烯烃乙二醇),与丁腈橡胶不相溶,故密封件须改为聚丁腈橡胶,吸水性较强,易与水反映生成酸,腐蚀管络及压缩机,对系统干燥度要求更高,系统中的干燥剂要换成XH-7或XH-9分子筛。压缩机电机线圈绝缘材料必须加强绝缘等级,是一种不太成熟的制冷剂。

  4)发文时认为较有前途的R22潜代品为R407c和R410A。

  R407c是R32R125 R134a 以23:25:52的质量百分比组成的三元非共沸制冷剂,蒸发压力和制冷压力与R22非常接近。但在制热工况下单位容积制冷量和COP都小于R22。在相同设计运行能力的热泵热水系统中,采用R407c热水加热系统耗功明显高于R22系统。使得在高水温时COP低于R22系统。

  R410A是R32和R125按照50:50的质量百分比组成的近共沸混合制冷剂。其温度滑移不超过0.2℃,这给制冷剂充灌,设备更换提供了方便。但是R410A制热工况下的COP 比R22约小9%,其蒸发压力,冷凝压力以及容积制冷量都比R22大的多,同温度下它的压力值比R22约高60%,传热性能及流动性较好。不能直接用于R22系统。必须重新设计压缩机,换热器,管路和系统。