制冷剂

制冷剂制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂(又称制冷工质)，它在系统的各个部件间循环流动以实现能量的转换和传递，达到制冷机向高温热源放热；从低温热源吸热，实现制冷的目的。1、制冷剂发展历史1834年美国人珀金斯发明世界上第一台制冷机，采用的制冷剂为乙醚(CH3OCH3)。1866年二氧化碳(CO2)被用作制冷剂。1872年波义耳发明以氨(NH3)为制冷剂的压缩机。1876年使用二氧化硫(SO2)为制冷剂。氯甲烷(CH3Cl)在1878年开始使用。到20世纪30年代，一系列的卤代烃，美国杜邦公司称其为卤代烃(Freon)的制冷剂相继问世。卤代烃12(即R12)于1931年，R11于1932年，R114于1933年，R113于1934年，R22于1936年，R13于1945年，R14于1955年陆续出现。20世纪50年代开始使用共沸制冷剂。60年代开始使用非共沸制冷剂。20世纪80年代的CFC问题的出现及其替代技术的发展。ODP-OzoneDepletionPotential臭氧消耗潜能以CFC-11的值1.000作基准，来表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度GWP-GlobalWarmingPotential温室效应指数是衡量制冷工质对气候变暖影响的指标值。当选用CFC-11的值作为基准值1.0时，称为HGWP。近年来人们将作用100年的CO2作为基准，并将CO2的温室效应潜能值订为1.0，称为GWP或GWP1002,制冷剂的环保指标常见制冷剂的环保指标TEWI（TotalEquivalentWarmingImpact)是综合反映一台机器对全球变暖所造成影响的指标值。其计算方法如下:TEWI=mlGWPn+Enβ其中,GWP是以CO2为基准,m是系统中工质总质量(kg)，l为工质的年泄漏率(%)，n指系统运行年限(年)，E代表系统每年的能耗(kWh)，β体现每度电CO2的释放量(kg/kWh)。TEWI包括直接排放效应和间接排放效应。前者指计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤CO2的积聚效果，后者体现产生1kWh电由燃料燃烧所释放的CO2量。需要指出的是，间接温室效应对各个国家而言是不同的，取决于该国火力发电和水力发电的比例以及火力发电的全厂热效率。LCCP（LifeCycleClimatePerformance）在TEWI基础上补充了制冷机和制冷剂生产及报废过程中的能耗引起的温室效应。2、制冷剂的种类和编号根据制冷剂的分子结构可将制冷剂分为无机化合物和有机化合物根据制冷剂的组成可分为单一制冷剂和混合制冷剂根据制冷剂的物理性质可将制冷剂分为高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂。无机化合物：氨、水、二氧化碳卤代烃：氟利昂碳氢化合物：甲烷、乙烷、丙烷混合制冷剂：共沸和非共沸其他烃类：乙烯、丙烯高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂————按制冷剂标准沸点的不同区分类别ts（°C）环境温度在30°C时的冷凝压力（bar)制冷剂高温（低压）制冷剂10约3R11,R113,R114,R21中温（中压）制冷剂2-60-0约在3-20R12,R22,R717,R142,R502低温（高压）制冷剂3-60约20R13,R14,R503,烷,烯1离心式制冷机的空调系统2普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷系统,-60°C以上3覆叠式装置的低温级举例（1）无机化合物无机化合物用序号700表示，化合物的分子量（取整数部分）加上700就得出其制冷剂的编号。例如，氨的分子量为17，其编号为R717。二氧化碳和水的编号分别为R744和R718。（2）卤代烃-氟利昂CmHnFpClqBrr，其原子数m、n、p、q、r之间的关系式为2m+2=n+p+q+r。命名：R（m-1）（n+1）pBr，如：CF2Cl2为R12，C2H2F4为R134，CF3Br为R13B1。环状衍生物的编号的规则相同，只在字母R后加一个字母C，如C4F8为RC318。同分异构体相同编号，而随着同分异构变得愈来愈不对称，附加小写a、b、c等。如CH2FCH2F，编号为R152；它的同分异构体分子式为CHF2CH3，编号为R152a。近来，常常根据制冷剂的化学组成表示制冷剂的种类。不含氢的卤代烃称为氯氟化碳，写成CFC；含氢的卤代烃称为氢氯氟化碳，写成HCFC；不含氯的卤代烃称为氢氟化碳，写成HFC；碳氢化合物写成HC；CFC、HCFC、HFC、HC等后接数字或字母的编制方法同国家标准GB7778-87规定一致。如，R12属氯氟化碳化合物，表示成CFC-12；R22、R134a、R170分别表示成HCFC-22、HFC-134a、HC-170。卤代烃-氟利昂(2)CFC，氯氟烃性能稳定，可进入平流层只有受紫外线照射方分解出Cl离子对臭氧层破坏作用较大HCFC，氢氯氟烃相对不稳定，到达平流层前已经分解对臭氧层破坏作用较小卤代烃-氟利昂(3)CH4R50CCCHHH333CCClllRRR444000CH3FR41CCCHHH222CCClll222RRR333000CH2ClFR31CH2F2R32CCCHHHCCClll333RRR222000CHCl2FR21CHClF2R22CHF3R23CCl4R10CCl3FR11CCl2F2R12CClF3R13CF4R14(4)甲烷族氟利昂CFC96.1.1全面限制HCFC2030.1.1全面限制HFCODP=0HCC有毒PCC强毒PFCODP=0甲烷C2H6R170C2H5ClR160C2H5FR161C2H4Cl2R150C2H4ClFR151C2H4F2R152C2H3Cl3R140aC2H3Cl2FR141bC2H3ClF2R142bC2H3F3R143aC2H2Cl4R130aC2H2Cl3FR131C2H2Cl2F2R132aC2H2ClF3R133aC2H2F4R134aC2HCl5R120C2HCl4FR121C2HCl3F2R122C2HCl2F3R123C2HClF4R124C2HF5R125C2Cl6R110C2Cl5FR111C2Cl4F2R112C2Cl3F3R113C2Cl2F4R114C2ClF5R115C2F6R116乙烷(5).乙烷族氟利昂CFC96.1.1全面限制HCFC2030.1.1全面限制HFCODP=0HCC有毒PCC强毒PFCODP=0氟利昂的性质氟利昂的性质(2)（3）碳氢化合物饱和碳氢化合物制冷剂中甲烷、乙烷、丙烷的编号方法与卤代烃相同。例如乙烷的分子式为C2H6，编号为R170。丁烷编号特殊，正丁烷的编号为R600，异丁烷的编号为R600a。非饱和碳氢化合物制冷剂主要有乙烯、丙烯等烯烃，它们的编号规则中，字母R后面的第一位的数字定为1，接着的数字编制与卤代烃相同。例如乙烯、丙烯的分子式分别为C2H4、C3H6，编号分别为R1150、R1270。非饱和卤代碳氢化合物的编号方法与此相同。（4）混合制冷剂为什么要使用混合工质？----调节沸点共沸工质：混合后沸点高于和低于各组分沸点非共沸工质：混合沸点在各组分之间----调节热力性能高沸点组分中加入低沸点组分，qv提高反之，COP提高已经商品化的共沸制冷剂，依应用先后在R500序号中顺次地规定其编号：R500R12/R152a(73.8/26.2mass%)R502R22/R115(48.8/51.2mass%)已经商品化的非共沸制冷剂，依应用先后在R400序号中顺次地规定其编号。混合制冷剂的组分相同，比例不同，编号数字后接大写A、B、C等字母加以区别。R404AR125/143a/134a(44.0/52/4.0)R407CR32/125/134a(23.0/25.0/52.0)共沸与非共沸混合物Zeotropic&AzeotropicBlendsT01X12气相区液相区P=定值T01X12气相区液相区P=定值共沸点共沸Zeotropes非共沸AzeotropesABCBlBg非共沸与共沸制冷剂的特点共沸制冷剂在一定压力下蒸发时有一定的蒸发温度，且比单组分低在一定的蒸发温度下，单位容积制冷量比单一工质容积制冷量大可使压缩机排气温度降低化学稳定性比单工质好全封闭压缩机的电机绕组温升小一定情况下可增大COP泄漏时组分不变非共沸制冷剂在一定压力下蒸发或冷凝时温度是变化的，能适应于变温热源增大制冷量（或COP）降低循环压比，使单级压缩获得更低的温度较少量的高沸点组分与较多量的低沸点组分混合，与低沸点工质相比，可提高COP，但制冷量会减小。反之可增加制冷量，而COP减小泄漏时组分发生变化非共沸混合制冷剂的制冷循环图（5）其它烃类其它各种有机化合物规定按600序号编号，其编号是任选的。3、制冷剂的选用原则1，制冷性能我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大，循环的性能系数高。传热性好。2，实用性制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。3，环境可接受性应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制冷剂的臭氧破坏指数必须为0，温室效益指数应尽可能小。(1)热力性质及其对循环的影响在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。(1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和蒸汽压力曲线可以描述这种关系。制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，用ts表示。制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。ts越低的制冷剂,能够达到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标准蒸发温度高的制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又属于低压工质；低温工质又属于高压工质。制冷剂的饱和蒸汽压力－温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。要求制冷剂临界温度高TS12'3wcTkT0q0kpkp024wCq0对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系：这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的。另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度tk超过制冷剂的临界温度，则无法凝结；若略低于，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。爱森曼(Eiseman)发现，当对比冷凝温度/和对比蒸发温度/相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体相等。特鲁顿(Trouton)定律大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时，其摩尔熵增的数值都大体相等。这就是特鲁顿定律。(2)式中M为制冷剂的公斤摩尔分子量；rs为标准蒸发温度下的汽化潜热。的值称特鲁顿常数。利用特鲁顿定律，可以推出制冷剂基本性质对制冷循环特性影响的一些粗略规律：①标准沸点相近的物质，分子量大的，汽化潜热小；分子量小的，汽化潜热大（见图1）。考虑到汽化潜热与制冷循环的单位质量制冷量qm有关，所以分子量对qm的影响也与上相同。图1分子量不同的制冷剂的T-s图比较?各种制冷剂在一个大气压力下汽化时，单位容积汽化潜热rs/vs大体相等。单位容积汽化潜热近似反应单位容积制冷量qv。故相同蒸发温度下，压力高的制冷剂单位容积制冷量大；压力低的制冷剂单位容积制冷量小。相同吸气温度下,制冷剂等熵压缩的终了温度与其绝热指数k和压力比有关。是实际制冷机中必须考虑的一个安全性指标。若制冷剂的过高，有可以引起它自身在高温下分解、变质；并造成机器润滑条件恶化、润滑油结焦，甚至出现拉缸故障.与制冷剂气体的比热容有关。重分子的低；轻分子的高。在氟里昂制冷剂中，乙烷的衍生物比甲烷的衍生物低。事实,许多乙烷衍生物饱和蒸汽等熵压缩过程线进入两相区（即与相同），为了避免