制冷剂性质、制冷剂的替代

制冷剂性质、制冷剂的替代制冷剂的特性及应用•氨制冷剂的特性及应用•氟利昂类制冷剂的特性及应用•混合制冷剂的特性及应用•制冷剂的环保特性及应用制冷剂的作用制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用.DBCA无机化合物类制冷剂氟里昂(卤代烃类制冷剂)烷烃类制冷剂混合类制冷剂分类标准制冷剂的分类和命名制冷剂的命名-无机物无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例常用制冷剂氨（R717）的特性•沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃•单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小•毒性较大，有一定的可燃性.•氨蒸汽无色，具有强烈的刺激性臭味•氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤•氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量•以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小•系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸•氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出•在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)氨（R717）的特性•氨制冷剂的优点：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.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。氨对铜及铜合金有腐蚀作用。常用制冷剂的一些特性参数理想制冷剂的性质•（一）对环境友善•（二）热力学性质方面的要求•（三）有好的物理化学性质•（四）来源广泛、易于制取1.对环境的亲和友善。1）臭氧衰减指数ODP：表示物质对大气臭氧层的破坏程度。应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。2）温室效应指数GWP：表示物质造成温室效应的影响程度。应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。2.热力学性质方面的要求1）具有较大的制冷工作范围：临界温度高、标准蒸发温度低、凝固温度低。2）具有适当的工作压力和压缩比：•蒸发压力：最好接近且稍高于大气压力。•冷凝压力：不宜过高，一般不超过1.2～1.5Mpa。•压缩比：=8~10，且不宜过大。3）单位质量和单位体积制冷量均大：•q0大：获取相同的制冷量时，可减少制冷剂的循环量。•qv大：压缩机尺寸小，设备小，可减少材料消耗和投资。4）绝热指数低：可减少耗功率，降低排气温度，利于润滑。3.有好的物理化学性质1）粘度、密度尽量小。2）热导率要求高3）纯度高。4）化学稳定性和热稳定性好。5）良好的电绝缘性。6）溶解于油的不同性质表现出不同的特点。7）无毒，在工作温度范围内不燃烧、不爆炸，使用安全。4.来源广泛、易于制取•制冷剂经济性的要求：•制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。1）完全溶解制冷剂与油的液体混合物成均匀溶液。不会形成油膜而妨碍传热,但是制冷剂中润滑油含量较多时，容易引起蒸发温度升高、制冷量减少，润滑油黏度降低，沸腾时泡沫多，蒸发器液面不稳定。制冷剂与油的混合物出现明显分层。润滑油会在换热器中形成油膜，增大换热热阻。2）不溶解制冷剂与润滑油的溶解性氨与油是典型的不溶解。氨比油轻，混合物分层时，油在下部。所以可以很方便地从下部将油引出（回油或放油）。氟利昂制冷剂溶油性差，由于为氟利昂一般都比油重，发生分层时，下部为贫油层。满液式蒸发器，油浮在上面，造成机器回油困难；另外，上面的油层影响蒸发器下部制冷剂的蒸发。干式蒸发器，因为制冷剂是在管内沿程蒸发的，靠制冷剂气流裹挟油滴回油。•对于难溶于水的制冷剂，若系统中的含水量超过制冷剂中水的溶解度，则系统中存在离态的水。当制冷温度到达0℃以下时会结冰，堵塞膨胀阀或其它狭窄流道。这种冰堵现象将使制冷机无法正常工作。•对于溶水性强的制冷剂，制冷剂溶水后发生水解作用，生成的物质对金属材料会有腐蚀危害。制冷剂的溶水性氟利昂和烃类物质都很难溶于水，氨易溶于水。金属的腐蚀性1）烃类制冷剂对金属无腐蚀。2）纯氨对钢铁无腐蚀；对铝、铜或铜合金有轻微腐蚀。但若氨中含水，则对铜和几乎所有铜合金（磷青铜-含2%～8%锡、0.1%～0.4%磷，的铜合金。除外）产生强烈腐蚀作用。3）氟利昂几乎对所有金属都无腐蚀，但对镁和含镁2%以上的铝合金是例外。氟利昂中含水时，将水解生成酸性物质，对金属产生腐蚀作用。制冷剂对材料的作用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。制冷剂与润滑油的互溶性的影响制冷剂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。若制冷剂与油不相溶解，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。制冷剂与水的溶解性“冰堵现象”•当温度降到0℃以下时，水结成冰而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。制冷剂的泄漏性氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏氟利昂无色无臭，卤素喷灯和电子检漏仪检漏常用的氟里昂制冷剂常用氟制冷剂R134aR502R22R12以制冷剂（Refrigerant）第一个字母R开头，后面接数字，数字含义如下：分子式CmHnFxClyBrzn+x+y+z=2m+2R22举例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R121、氟利昂（饱和碳氢化合物的卤族取代物）编号同分异构体溴分子数，为0，B可省略R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz制冷剂的命名方法一四氟乙烷C2H2F4二氟乙烷C2H4F2R134R134R134aCHF2CHF2CF3CH2F同分异构体R152R152aCH2FCH2FCHF2CH3同分异构体R152制冷剂的命名方法一2、碳氢化合物(烃类)R50R170R1150R1270编号与氟利昂编号方法相同举例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂编号方法编号举例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烃类烯烃类制冷剂的命名方法一烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8;◆烷烃类命名方法与氟利昂相同:R(m-1)(n+1)(x)B(z)CmHnFxClyBrz（满足2m+2=n+x+y+z）（丁烷例外，为R600）如：CH4—R50，C2H6—R170，C3H8—R290；烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；◆烯烃类命名方法：R后先写上“1”，再按氟利昂方法：如：C2H4—R1150，C3H6—R1270;3、共沸(液体)制冷剂质量百分比两种或两种以上制冷剂按一定的比例混合而成在气化或液化过程中，成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时的温度保持不变。组成R5XX编号R152a/R12(26.2/73.8)R22/R115(48.8/51.2)R500R502举例已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。制冷剂的命名方法一氟里昂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与R115、R22相比具有更好的热力学性能，更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6℃，正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大，但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置，其蒸发温度可低达-55℃。R502在冷藏柜中使用较多。4、非共沸(液体)制冷剂组成两种或两种以上制冷剂按一定比例混合而成在气化或液化过程中，成分不断变化定压下，对应的温度也不断变化。编号R4XX举例R407cR404a已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。R32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))制冷剂的命名方法一5.无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例制冷剂的命名方法一制冷剂的命名方法二命名法2：美国杜邦公司提出,已为全世界所接受。含氯原子的氟利昂对大气臭氧层的破坏作用.CFC——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层，禁用；例：R12CF2Cl2——CFC12R11CFCl3——CFC11HCFC——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质，属于过渡性物质；例：R22CHF2Cl——HCFC22HFC——氢氟化碳，不含氯，无公害，可作为替代物，待研究开发。例：R134aC2H2F4——HFC134a氟利昂12的特性R12对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，2010年1月1日起将在我国完全停止生产和消费。南极臭氧空洞的变化氟利昂12（CF2CL2，R12）的特性•R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸。•R12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。•水在R12中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必须经过干燥处理。•R12能与矿物性润滑油无限溶解，润滑油在蒸发器中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。•R12对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2％的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。R12对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。•R12由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、不燃、不爆，广泛用于冷藏、空调和低温设备。氟里昂134a•134a是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学性质与R12相似，不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。R134a氟利昂22的特性R22对大气臭氧层有破坏作用，并产生温室效应，已受到限用与禁用。目前家用制冷空调器、商用冷库和中央空调设备的HCFC社会保有量巨大,维修行业排放严重;因此行业淘汰活动势在必行,以保证整体履约目标的实现.南极臭氧空洞的变化中国淘汰HCFCS制冷剂•中国政府依据《蒙特利尔议定书》淘汰HCFCS的用量,以2009年和2010的平均水平为基准,2030年前淘汰.•2013年CFCS的用量不能超过2009年和2010的平均水平(基准);•2015年减少15%;•2020年减少35%;•2025年减少67.5%;•2030-2040年，只留2.5%用于维修。氟利昂22（CHF2CL，R22）的特性•R22是最为广泛使用的中温制冷剂•R22属安全性制冷剂。•R22化学性质不如R12稳定。•R22能部分地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12相同。•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。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，故可作为R12的近期、过渡性替代制冷剂。氟利昂600a的特性•R600a属中温制冷剂。它对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。可燃、可爆，不允许采用气焊或电焊。价格便宜。由于具有极好的环境特性，目前广泛被采用，作为R12的替代工质之一。根据制冷剂常温(30℃)下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常(一个大气压）下蒸发温度t0的高低，一般分为三大类：１.低压高温制冷剂冷凝压力Pk≤0.2～0.3MPa（绝对），t0０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常30℃时，Pk≤0.306MPa。２.中压中温制冷剂冷凝压力Pk2MPa（绝对），０℃t0-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。３.高压低温制冷剂冷凝压力Pk≥2MPa（绝对），t0≤－70℃。如Ｒ13（CF3C