常用製冷劑性能介紹

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常用製冷劑性能介紹簡介
製冷劑又稱製冷工質,是製冷循環的工作介質,利用製冷劑的相變來傳遞熱量,既製冷劑在蒸發器中汽化時吸熱,在冷凝器中凝結時放熱。當前能用作製冷劑的物質有80多……
常用製冷劑性能介紹正文

製冷劑又稱製冷工質,是製冷循環的工作介質,利用製冷劑的相變來傳遞熱量,既製冷劑在蒸發器中汽化時吸熱,在冷凝器中凝結時放熱。當前能用作製冷劑的物質有80多種,最常用的是氨、氟利昂類、水和少數碳氫化合物等。
1987年9月在加拿大的蒙特利爾室召開了專門性的國際會議,並簽署了《關於消耗臭氧層的蒙特利爾協議書》,於1989年1月1日起生效,對氟利昂在的R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等CFC類的生產進行限制。1990年6月在倫敦召開了該議定書締約國的第二次會議,增加了對全部CFC、四氯化碳(CCL4)和甲基氯仿(C2H3CL3)生產的限制,要求締約國中的發達國家在2000年完全停止生產以上物質,發展中國家可推遲到2010年。另外對過渡性物質HCFC提出了2020年後的控制日程表。 HCFC中的R123和R134a是R12和R22的替代品。

熱力學的要求

1 在大氣壓力下,製冷劑的蒸發溫度(沸點)ts要低。這是一個很重要的性能指標。ts愈低,則不僅可以製取較低的溫度,而且還可以在一定的蒸發溫度to下,使其蒸發壓力Po高於大氣壓力。以避免空氣進入製冷系統,發生泄漏時較容易發現。
2 要求製冷劑在常溫下的冷凝壓力Pc應盡量低些,以免處於高壓下工作的壓縮機、冷凝器及排氣管道等設備的強度要求過高。並且,冷凝壓力過高也有導致製冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大。
3 對於大型活塞式壓縮機來說,製冷劑的單位容積製冷量qv要求儘可能大,這樣可以縮小壓縮機尺寸和減少製冷工質的循環量;而對於小型或微型壓縮機,單位容積製冷量可小一些;對於小型離心式壓縮機亦要求製冷劑qv要小,以擴大離心式壓縮機的使用範圍,並避免小尺寸葉輪製造之困難。
4 製冷劑的臨界溫度要高些、冷凝溫度要低些。臨界溫度的高低確定了製冷劑在常溫或普通低溫範圍內能否液化。
5 凝固溫度是製冷劑使用範圍的下限,冷凝溫度越低製冷劑的適用範圍愈大。
製冷劑 分子式 分子量u 正常蒸發溫度ts(℃) 凝固點tf(℃) 臨界溫度 tkp(℃) 臨界壓力PKP絕對壓力 絕熱指數K 水(R718) H2O 18.02 +100 ±0 +374.1 225.6 1.33 氨(R717) NH3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31 R11 CFCL3 137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17 R12 CF2CL2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15 R13 CF3CL 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 - R22 CHF2CL 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19 R115 C2F5CL 154.48 -38 -106 +80 33

物理化學的要求

1 製冷劑的粘度應儘可能小,以減少管道流動阻力、提換熱設備的傳熱強度。
2 製冷劑的導熱係數應當高,以提高換熱設備的效率,減少傳熱面積。
3 製冷劑與油的互溶性質:製冷劑溶解於潤滑油的性質應從兩個方面來分析。如果製冷劑與潤滑油能任意互溶,其優點是潤滑油能與製冷劑一起滲到壓縮機的各個部件,為機體潤滑創造良好條件;且在蒸發器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點是從壓縮機帶出的油量過多,並且能使蒸發器中的蒸發溫度升高。部分或微溶於油的製冷劑,其優點是從壓縮機帶出的油量少,故蒸發器中蒸發溫度較穩定。其缺點是在蒸發器和冷凝器換熱面上形成很難清除的油膜,影響了傳熱。

類別溶解性製冷劑產生的影響

1 難溶 NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2 無
2 微溶(在壓縮機曲軸箱和冷凝器內相互溶解,在蒸發器內分解) R22、R114、R152、R502 溶解時降低潤滑油的沾度
3 完全溶解 R11、R12、R21、R113、烴類、CH3CI、R500 降低潤滑油的沾度和凝固點,並使油中石蠟下沉,蒸發溫度升高
4 應具有一定的吸水性,這樣就不致在製冷系統中形成「冰塞」,影響正常運行。
5 應具有化學穩定性:不燃燒、不爆炸,使用中不分解,不變質。同時製冷劑本身或與油、水等相混時,對金屬不應有顯著的腐蝕作用,對密封材料的溶脹作用應小。

安全性的要求

1 由於製冷劑在運行中可能泄漏,故要求工質對人身健康無損害、無毒性、無刺激作用。


製冷劑的分類
1 在壓縮式製冷劑中廣泛使用的製冷劑是氨、氟利昂和烴類。按照化學成分,製冷劑可分為五類:無機化合物製冷劑、氟利昂、飽和碳氫化合物製冷劑、不飽和碳氫化合物製冷劑和共沸混合物製冷劑。根據冷凝壓力,製冷劑可分為三類:高溫(低壓)製冷劑、中溫(中壓)製冷劑和低溫(高壓)製冷劑。
2 無機化合物製冷劑:這類製冷劑使用得比較早,如氨(NH3)、水(H2O)、空氣、二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)等。對於無機化合物製冷劑,國際上規定的代號為R及後面的三位數字,其中第一位為「7」后兩位數字為分子量。如水R718...等。
3 氟利昂(鹵碳化合物製冷劑):氟利昂是飽和碳氫化合物中全部或部分氫元素(CL)、氟(F)和溴(Br)代替后衍生物的總稱。國際規定用「R」作為這類製冷劑的代號,如R22...等。
4 飽和碳氫化合物:這類製冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環狀有機化合物等。代號與氟利昂一樣採用「R」,這類製冷劑易燃易爆,安全性很差。如R50、R170、R290...等。
5 不飽和碳氫化合物製冷劑:這類製冷劑中主要是乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和它們的鹵族元素衍生物,它們的R后的數字多為「1」,如R113、R1150...等。
6 共沸混合物製冷劑:這類製冷劑是由兩種以上不同製冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物,這類製冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發溫度,其氣相或液相始終保持組成比例不變,但它們的熱力性質卻不同於混合前的物質,利用共沸混合物可以改善製冷劑的特性。如R500、R502...等。
7 高溫、中溫及低溫製冷劑:是按製冷劑的標準蒸發溫度和常溫下冷凝壓力來分的。 製冷劑 使用溫度範圍 壓縮機類型 用途 備註 R717(氨) 中、低溫 活塞式、離心式 冷藏、製冰 在普通製冷領域 R11 高溫 離心式 空調   R12 高、中、低溫 活塞式、迴轉式、離心式 冷藏、空調 高溫為:10-0℃ R13 超低溫 活塞式、迴轉式 超低溫   R22 高、中、低溫 活塞式、迴轉式、離心式 空調、冷藏、低溫 中溫為:0--20℃ R114 高溫 活塞式 特殊空調 低溫為:-20--60℃ R500 高、中溫 活塞式、迴轉式、離心式 空調、冷藏 超低溫為:-60--120℃ R502 高、中、低溫 活塞式、迴轉式 空調、冷藏、低溫

氨(R717)的特性

1 氨(R717、NH3)是中溫製冷劑之一,其蒸發溫度ts為-33.4℃,使用範圍是+5℃到-70℃,當冷卻水溫度 達高30℃時,冷凝器中的工作壓力一般不超過1.5MPa。
2 氨的臨界溫度較高(tkr=132℃)。氨是汽化潛熱大,在大氣壓力下為1164KJ/Kg,單位容積製冷量也大,氨壓縮機之尺寸可以較小。
3 純氨對潤滑油無不良影響,但有水分時,會降低冷凍油的潤滑作用。
4 純氨對鋼鐵無腐蝕作用,但當氨中含有水分時將腐蝕銅和銅合金(磷青銅除外),故在氨製冷系統中對管道及閥件均不採用銅和銅合金。
5 氨的蒸氣無色,有強烈的刺激臭味。氨對人體有較大的毒性,當氨液飛濺到皮膚上時會引起凍傷。當空氣中氨蒸氣的容積達到0.5-0.6%時可引起爆炸。故機房內空氣中氨的濃度不得超過0.02mg/L。
6 氨在常溫下不易燃燒,但加熱至350℃時,則分解為氮和氫氣,氫氣於空氣中的氧氣混合後會發生爆炸。

氟利昂的特性

1 氟利昂是一種透明、無味、無毒、不易燃燒、爆炸和化學性穩定的製冷劑。不同的化學組成和結構的氟利昂製冷劑熱力性質相差很大,可適用於高溫、中溫和低溫制冷機,以適應不同製冷溫度的要求。
2 氟利昂對水的溶解度小,製冷裝置中進入水分後會產生酸性物質,並容易造成低溫系統的「冰堵」,堵塞節流閥或管道。另外避免氟利昂與天然橡膠起作用,其裝置應採用丁晴橡膠作墊片或密封圈。
3 常用的氟利昂製冷劑有R12、R22、R502及R1341a,由於其他型號的製冷劑現在已經停用或禁用。在此不做說明。
4 氟利昂12(CF2CL2,R12):是氟利昂製冷劑中應用較多的一種,主要以中、小型食品庫、家用電冰箱以及水、路冷藏運輸等製冷裝置中被廣泛採用。R12具有較好的熱力學性能,冷藏壓力較低,採用風冷或自然冷凝壓力約0.8-1.2KPa。R12的標準蒸發溫度為-29℃,屬中溫製冷劑,用於中、小型活塞式壓縮機可獲得-70℃的低溫。而對大型離心式壓縮機可獲得-80℃的低溫。近年來電冰箱的代替冷媒為R134a。?

5 氟利昂22(CHF2CL,R22):是氟利昂製冷劑中應用較多的一種,主要以家用空調和低溫冰箱中採用。R22的熱力學性能與氨相近。標準氣化溫度為-40.8℃,通常冷凝壓力不超過1.6MPa。R22不燃、不爆,使用中比氨安全可靠。R22的單位容積比R12約高60%,其低溫時單位容積製冷量和飽和壓力均高於R12和氨。近年來對大型空調冷水機組的冷媒大都採用R134a來代替。
6 氟利昂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與R115、R22相比具有更好的熱力學性能,更適用於低溫。R502的標準蒸發溫度為-45.6℃,正常工作壓力與R22相近。在相同的工況下的單位容積製冷量比R22大,但排氣溫度卻比R22低。R502用於全封閉、半封閉或某些中、小製冷裝置,其蒸發溫度可低達-55℃。R502在冷藏櫃中使用較多。
7 氟利昂134a(C2H2F4,R134a):是一種較新型的製冷劑,其蒸發溫度為-26.5℃。它的主要熱力學性質與R12相似,不會破壞空氣中的臭氧層,是近年來鼓吹的環保冷媒,但會造成溫室效應。是比較理想的R12替代製冷劑。
8 氟利昂與水的關係:氟利昂和水幾乎完全相互不溶解,對水分的溶解度極小。從低溫側進入裝置的水分呈水蒸氣狀態,它和氟利昂蒸氣一起被壓縮而進入冷凝器,再冷凝成液態水,水以液滴壯混於氟利昂液體中,在膨脹閥處因低溫而凍結成冰,堵塞閥門,使製冷裝置不能正常工作。水分還能使氟利昂發生水解而產生酸,使製冷系統內發生「鍍銅」現象。
9 氟利昂與潤滑油的關係:一般是易溶於冷凍油的,但在高溫時,氟利昂就會從冷凍油內分解出來。所以在大型冷水機組中的油箱里都有加熱器,保持在一定的溫度來防止氟利昂的溶解。

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