熱泵系統(tǒng)制冷劑噴射和抽出技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目摘要

目前的熱泵系統(tǒng)普遍采用具有固定容積比的回轉(zhuǎn)式壓縮機，然而絕大部分實際運行工況遠遠偏離設(shè)計工況，造成熱泵系統(tǒng)的能效降低甚至不能正常運行。為解決這一問題，本項目提出采用制冷劑噴射和抽出的熱泵系統(tǒng)制冷循環(huán)形式，并以渦旋式壓縮機及其熱泵系統(tǒng)為對象，采用理論分析和實驗的方法，研究制冷劑噴射和抽出對回轉(zhuǎn)式壓縮機內(nèi)部參數(shù)、壓縮機性能和熱泵系統(tǒng)性能的影響，以揭示制冷劑噴射和抽出壓縮過程的物理機理；確立制冷劑噴射和抽出壓縮機及其熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計（噴射口參數(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）和控制（噴射狀態(tài)）方法。同時，研究探索噴射系統(tǒng)和制冷劑抽出系統(tǒng)合二為一的可能性和基本條件。此研究將為該類熱泵系統(tǒng)的研究開發(fā)、推進熱泵系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。 2100433B

從分餾塔中抽出側(cè)線產(chǎn)品或回流油的塔盤。

發(fā)文時使用的制冷劑已達70～80種，并正在不斷發(fā)展增多。但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的僅十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種：

制冷劑氨

（代號：R717）

氨是使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標準蒸發(fā)溫度為－33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當夏季冷卻水溫高達30℃時也絕不可能超過1.5MPa。氨的單位標準容積制冷量大約為520kcal/m3。

氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過0.2%。

氨的臨界溫度較高（tkr=132℃），汽化潛熱大，在大氣壓力下為1164KJ/Kg，標準工況下的單位容積制冷量也大，氨壓縮機尺寸可以較小。

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。氨在潤滑油中不易溶解，故要在裝置中設(shè)置油分離器，減少潤滑油進入冷凝器和蒸發(fā)器，防止熱交換表面被油污染后傳熱性能降低。

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），故在氨制冷系統(tǒng)中對管道及閥件均不采用銅和銅合金。

液氨透明無色，氨蒸氣無色，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(nèi)空氣中氨的濃度不得超過0.02mg/L。

氨在常溫下不易燃燒，加熱至350℃時，分解為氮和氫氣，氫氣與空氣中的氧氣混合后會發(fā)生爆炸。與空氣混合的體積分數(shù)在11%-14%時即可燃燒。在16%-25%時遇明火可能爆炸。在0.5%-0.6%時，人在其中停留半小時就會中毒。

氨極溶于水，0℃時每升水能溶解130升氨氣。一般規(guī)定液氨中含水量低于0.2%。

氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價格便宜，易于獲得。但是，氨有較強的毒性和可燃性。若以容積計，當空氣中氨的含量達到0.5%～0.6%時，人在其中停留半個小時即可中毒，達到11%～13%時即可點燃，達到16%時遇明火就會爆炸。因此，氨制冷機房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體。

總上所述，氨作為制冷劑的優(yōu)點是：易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力小，泄漏時易發(fā)現(xiàn)。其缺點是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。

制冷劑氟利昂-12

（代號：R12）

R12為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷，分子式為CF2Cl2。它是我國中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。R12的標準蒸發(fā)溫度為－29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標準制冷量約為288kcal/m3。

R12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80%時才會使人窒息。但與明火接觸或溫度達400℃以上時，則分解出對人體有害的氣體。

R12能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機物，但其吸水性極弱。因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時規(guī)定R12中含水量不得大于0.0025%，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采用丁腈橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會造成密封墊片的膨脹引起制冷劑的泄漏。

制冷劑氟利昂-22

（代號：R22）

R22也是烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟一氯甲烷，分子式為CHClF2，標準蒸發(fā)溫度約為－41℃，凝固溫度約為－160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標準制冷量約為454kcal/m3。

R22的許多性質(zhì)與R12相似，但化學(xué)穩(wěn)定性不如R12，毒性也比R12稍大。但是，R22的單位容積制冷量卻比R12大的多，接近于氨。當要求－40～－70℃的低溫時，利用R22比R12適宜，故發(fā)文時R22被廣泛應(yīng)用于－40～－60℃的雙級壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中。

制冷劑R-134a

(代號：R134a）

分子式 ： CH 2 FCF 3 （四氟乙烷） ，分子量：102.03

沸點 ：-26.26℃ ， 凝固點 ：-96.6°C ，臨界溫度 ：101.1 ℃ ，臨界壓力：4067kpa

飽和液體密度 ：25℃ ， 1.207g/cm 3 ，液體比熱 ：25℃ ， 1.51KJ/(Kg·℃)

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

破壞臭氧潛能值（ ODP ） ：0 ， 全球變暖系數(shù)值（ GWP ） ：0.29

沸點下蒸發(fā)潛能 :215 kJ/kg

質(zhì)量指標 ： 純度 ≥ 99.9 % ，水份PPm≤ 0.0010，酸度 PPm≤ 0.00001 ，蒸發(fā)殘留物PPm≤ 0.01

R134a作為R12的替代制冷劑，它的許多特性與R12很相像。

R134a的毒性非常低，在空氣中不可燃，安全類別為A1，是很安全的制冷劑。

R134a的化學(xué)穩(wěn)定性很好，然而由于它的溶水性比R22高，所以對制冷系統(tǒng)不利，即使有少量水分存在，在潤滑油等的作用下，將會產(chǎn)生酸、二氧化碳或一氧化碳，將對金屬產(chǎn)生腐蝕作用，或產(chǎn)生“鍍銅”作用，所以R134a對系統(tǒng)的干燥和清潔要求更高。R134a對鋼、鐵、銅、鋁等金屬未發(fā)現(xiàn)有相互化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，僅對鋅有輕微的作用。

R134a 是發(fā)文時國際公認的替代 CFC-12 的主要制冷工質(zhì)之一，常用于車用空調(diào)，商業(yè)和工業(yè)用制冷系統(tǒng)，以及作為發(fā)泡劑用于硬塑料保溫材料生產(chǎn)，也可以用來配置其他混合致冷劑，如 R 404a 和 R 407c 等。

制冷劑R-404A制冷劑

物化特性：R404A是一種不含氯的非共沸混合制冷劑，常溫常壓下為無色氣體，貯存在鋼瓶內(nèi)是被壓縮的液化氣體。其 ODP 為 0 ，因此R404A是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。主要用途：R404A 主要用于替代 R22 和 R502 ，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點，大量用于中低溫冷凍系統(tǒng)。

制冷劑R-410A制冷劑

物化特性：常溫常壓下， R410A 是一種不含氯的氟代烷非共沸混合制冷劑，無色氣體，貯存在鋼瓶內(nèi)是被壓縮的液化氣體。其 ODP 為 0 ，因此R410A是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。

主要用途：大量用于家用空調(diào)、小型商用空調(diào)、戶式中央空調(diào)等。

制冷劑共沸制冷劑

發(fā)文時尚不公開配方，用在復(fù)疊式制冷機中，在空氣冷凝的前提下，蒸發(fā)溫度可以達到-150度左右

制冷劑碳氫制冷劑

主要是節(jié)能和環(huán)保這兩大優(yōu)點；節(jié)能方面：用R433b的空調(diào)要比用R134,R22的空調(diào)節(jié)省能耗15%至35%左右。環(huán)保方面：碳氫制冷劑屬于天然工質(zhì)，因此對大氣無污染、對臭氧層無破壞和溫室效應(yīng)幾乎為零。