制冷劑R134a

發(fā)文時(shí)使用的制冷劑已達(dá)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(hào)：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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)30℃時(shí)也絕不可能超過1.5MPa。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)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(huì)從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對(duì)鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)工況下的單位容積制冷量也大，氨壓縮機(jī)尺寸可以較小。

純氨對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)不良影響，但有水分時(shí)，會(huì)降低冷凍油的潤(rùn)滑作用。氨在潤(rùn)滑油中不易溶解，故要在裝置中設(shè)置油分離器，減少潤(rùn)滑油進(jìn)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(duì)鋼鐵無(wú)腐蝕作用，但當(dāng)氨中含有水分時(shí)將腐蝕銅和銅合金（磷青銅除外），故在氨制冷系統(tǒng)中對(duì)管道及閥件均不采用銅和銅合金。

液氨透明無(wú)色，氨蒸氣無(wú)色，有強(qiáng)烈的刺激臭味。氨對(duì)人體有較大的毒性，當(dāng)氨液飛濺到皮膚上時(shí)會(huì)引起凍傷。當(dāng)空氣中氨蒸氣的容積達(dá)到0.5-0.6%時(shí)可引起爆炸。故機(jī)房?jī)?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(shí)，分解為氮和氫氣，氫氣與空氣中的氧氣混合后會(huì)發(fā)生爆炸。與空氣混合的體積分?jǐn)?shù)在11%-14%時(shí)即可燃燒。在16%-25%時(shí)遇明火可能爆炸。在0.5%-0.6%時(shí)，人在其中停留半小時(shí)就會(huì)中毒。

氨極溶于水，0℃時(shí)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(jià)格便宜，易于獲得。但是，氨有較強(qiáng)的毒性和可燃性。若以容積計(jì)，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.5%～0.6%時(shí)，人在其中停留半個(gè)小時(shí)即可中毒，達(dá)到11%～13%時(shí)即可點(diǎn)燃，達(dá)到16%時(shí)遇明火就會(huì)爆炸。因此，氨制冷機(jī)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(diǎn)是：易于獲得、價(jià)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(dòng)阻力小，泄漏時(shí)易發(fā)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。

制冷劑氟利昂-12

（代號(hào)：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(guó)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/m3。

R12是一種無(wú)色、透明、沒有氣味，幾乎無(wú)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(shí)才會(huì)使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時(shí)，則分解出對(duì)人體有害的氣體。

R12能與任意比例的潤(rùn)滑油互溶且能溶解各種有機(jī)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(shí)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(huì)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(hào)：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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)要求－40～－70℃的低溫時(shí)，利用R22比R12適宜，故發(fā)文時(shí)R22被廣泛應(yīng)用于－40～－60℃的雙級(jí)壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中。

制冷劑R-134a

(代號(hào)：R134a）

分子式 ： CH 2 FCF 3 （四氟乙烷） ，分子量：102.03

沸點(diǎn) ：-26.26℃ ， 凝固點(diǎn) ：-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(diǎn)下蒸發(fā)潛能 :215 kJ/kg

質(zhì)量指標(biāo) ： 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(duì)制冷系統(tǒng)不利，即使有少量水分存在，在潤(rùn)滑油等的作用下，將會(huì)產(chǎn)生酸、二氧化碳或一氧化碳，將對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用，或產(chǎn)生“鍍銅”作用，所以R134a對(duì)系統(tǒng)的干燥和清潔要求更高。R134a對(duì)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(duì)鋅有輕微的作用。

R134a 是發(fā)文時(shí)國(guó)際公認(rèn)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(lái)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(wú)色氣體，貯存在鋼瓶?jī)?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(diǎn)，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(wú)色氣體，貯存在鋼瓶?jī)?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(shí)尚不公開配方，用在復(fù)疊式制冷機(jī)中，在空氣冷凝的前提下，蒸發(fā)溫度可以達(dá)到-150度左右

制冷劑碳?xì)渲评鋭?/h3>

主要是節(jié)能和環(huán)保這兩大優(yōu)點(diǎn)；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?xì)渲评鋭儆谔烊还べ|(zhì)，因此對(duì)大氣無(wú)污染、對(duì)臭氧層無(wú)破壞和溫室效應(yīng)幾乎為零。

1.按成分有以下幾種。

（1） 無(wú)機(jī)化合物。水、氨、二氧化碳等。

（2） 飽和碳?xì)浠衔锏难苌铮追Q氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。

（3） 飽合碳?xì)浠衔铩Ｈ绫?，異丁烷?

（4） 不飽和碳?xì)浠衔铩Ｈ缫蚁?，丙烯等?

（5） 共沸混合制冷劑。如R502等。

（6） 非共沸混合制冷劑。如R407c，R410等。

通常按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，又分為高、中、低溫三類。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度是指標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的蒸發(fā)溫度，也就是沸點(diǎn)。

（1） 高溫（低壓）：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（tS）>0℃,冷凝壓力(PC)≦0.2～0.3Mpa,常用的R123等。

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

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

2.編號(hào)，命各標(biāo)示方法;

按照國(guó)際統(tǒng)一規(guī)定用字母“R”代表制冷劑，加上后面的數(shù)字和字母組成在GB7778-1987中做了明確規(guī)定。簡(jiǎn)述如下：

（1） 無(wú)機(jī)化合物。

規(guī)定為R700加上無(wú)機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量的整數(shù)部分組成

NH3(氨) H2O（水） CO2（二氧化碳）

分子量 17 18 44

編號(hào) R717 R718 R744

(2)氟利昂和烷氫類：

烷氫類化合物的分子通式：CmH2m 2

氟利昂是飽合碳?xì)浠衔?烷族)的鹵族元素衍生物的總稱，分子通式為R（m-1）(n 1)(X),若有Br（溴）原子，再加字母B和原子數(shù)，若（m-1）=0，則“0”略去不寫。

下面列舉幾種編號(hào)

名稱 分子式 m,n,x,z值 編號(hào)

一氯二氟甲烷 CHF2Cl m=1,n=1,x=2,z=0 R22

二氯三氟乙烷 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)混合制冷劑。

混合制冷劑以獲取命名的順序編號(hào)的

共沸混合制冷劑編號(hào)為R5，從R500開始R501,R502等。

非共沸混合制冷劑編號(hào)為R4，從R401，R404，R410等。

同素異構(gòu)體加注小寫數(shù)字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a

3. 常用制冷劑性質(zhì)

（1） 氨：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃，壓力適中，單位容積制冷量大，流動(dòng)阻力小，熱導(dǎo)率大。價(jià)格低廉對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，故被廣泛應(yīng)用在蒸發(fā)溫度-65℃以上的大中型制冷機(jī)中。

缺點(diǎn)是毒性較大，可燃，可爆，有強(qiáng)烈刺激性臭味，等熵指數(shù)較大，對(duì)鋅銅有腐蝕作用。

（2） 氟利昂：重點(diǎn)分析熱水器發(fā)文時(shí)常用的

1）R22：對(duì)大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)，被列為第二批限用禁用的制冷劑。我國(guó)將在2040年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用。

R22是應(yīng)用最廣泛的中溫制冷劑，沸點(diǎn)-40.8℃，凝固點(diǎn)-160℃，無(wú)色，氣味弱，不燃燒，不爆炸，屬安全制冷劑。它與潤(rùn)滑油部分互溶，需采取回油措施。

2）R142b.沸點(diǎn)較高-9.25℃.凝固點(diǎn)-130.8℃最大特點(diǎn)是在很高的冷凝溫度下，冷凝壓力并不高。如80℃時(shí)只有1.35 Mpa，因此它適合在熱泵裝置和高環(huán)境溫度下使用。

對(duì)大氣臭氧層有微弱的破壞作用，也將在2040年禁用。

3）R134a。沸點(diǎn)-26.5℃，凝固點(diǎn)-101℃，無(wú)色，無(wú)味，不燃，不爆，

但與礦物性潤(rùn)滑油不相溶，必須采用聚脂類合成油（如聚烯烴乙二醇），與丁腈橡膠不相溶，故密封件須改為聚丁腈橡膠，吸水性較強(qiáng)，易與水反映生成酸，腐蝕管絡(luò)及壓縮機(jī)，對(duì)系統(tǒng)干燥度要求更高，系統(tǒng)中的干燥劑要換成XH-7或XH-9分子篩。壓縮機(jī)電機(jī)線圈絕緣材料必須加強(qiáng)絕緣等級(jí)，是一種不太成熟的制冷劑。

4）發(fā)文時(shí)認(rèn)為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。

R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的質(zhì)量百分比組成的三元非共沸制冷劑，蒸發(fā)壓力和制冷壓力與R22非常接近。但在制熱工況下單位容積制冷量和COP都小于R22。在相同設(shè)計(jì)運(yùn)行能力的熱泵熱水系統(tǒng)中，采用R407c熱水加熱系統(tǒng)耗功明顯高于R22系統(tǒng)。使得在高水溫時(shí)COP低于R22系統(tǒng)。

R410A是R32和R125按照50：50的質(zhì)量百分比組成的近共沸混合制冷劑。其溫度滑移不超過0.2℃，這給制冷劑充灌，設(shè)備更換提供了方便。但是R410A制熱工況下的COP 比R22約小9%，其蒸發(fā)壓力，冷凝壓力以及容積制冷量都比R22大的多，同溫度下它的壓力值比R22約高60%，傳熱性能及流動(dòng)性較好。不能直接用于R22系統(tǒng)。必須重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)，換熱器，管路和系統(tǒng)。

5）C02制冷劑

綠色環(huán)保天然工質(zhì)C02以其無(wú)毒，對(duì)臭氧層無(wú)影響，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)和良好的熱力學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，再度受到人們的重視。此外，C02給臨界環(huán)境系統(tǒng)所具有的較高的排氣溫度和氣體冷卻器較大的溫度滑移。它在熱泵熱水器領(lǐng)域具有其他工質(zhì)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

主要優(yōu)勢(shì)：

① 無(wú)毒，不可燃。具有很好的安全性。消耗臭氧潛能值ODP=0，全球變暖潛能值GWP=1，有著良好的的經(jīng)濟(jì)性，而不存在回收問題，具有環(huán)境友好性。

② 物理化學(xué)性能穩(wěn)定。與潤(rùn)滑油共溶性良好。粘度很低，這樣可以提高流速，壓降不會(huì)太大，改善傳熱，進(jìn)一步減小部件尺寸和系統(tǒng)重量。

③ 絕緣指數(shù)（K）值較高，雖有使壓縮機(jī)排氣溫度偏高的問題，但符合制取較高溫度熱水的要求。同時(shí)，由于C02低于工作壓力P0很高，壓縮機(jī)壓縮比相對(duì)其他系統(tǒng)低的多，壓縮機(jī)效率高。

④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相對(duì)于一定的蒸發(fā)溫度，它的蒸發(fā)（汽化）潛熱比較大，此外，高的工作壓力，使壓縮機(jī)吸氣比容較小，單位容積制冷量較大，可以減少尺寸，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。

⑤ C02低的臨界溫度，使其在熱泵系統(tǒng)循環(huán)中處于跨臨界狀態(tài)。在放熱過程中較大的溫度滑移，可以和變溫?zé)嵩摧^好的匹配。

C02應(yīng)用研究的一個(gè)重要領(lǐng)域是熱泵熱水器（HPWH）。C02跨臨界循環(huán)中氣體冷卻器所具有的較高的排氣溫度，較大的溫度滑移和冷卻介質(zhì)的溫升過程相匹配，使其在熱泵循環(huán)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

通過調(diào)整循環(huán)的排氣壓力，可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應(yīng)外部熱源的溫度和溫升需要。研究結(jié)果表明，當(dāng)用環(huán)境空氣作熱源，0℃環(huán)境進(jìn)水溫度8℃，熱水出水溫度為60℃時(shí)，該系統(tǒng)COP值高達(dá)4.3.一個(gè)更大優(yōu)點(diǎn)是毫無(wú)困難的產(chǎn)出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產(chǎn)水溫度在55℃以下。

因而C02熱泵系統(tǒng)可較好的滿足采暖，空調(diào)和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質(zhì)在熱泵中的應(yīng)用將有效的解決空調(diào)冷熱源面臨的資源與環(huán)境壓力，應(yīng)用前景良好。