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      山東飛源集團有限公司

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      常用制冷劑基礎知識(技術分享)
      瀏覽人數:138    發布時間:2016-06-15

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


        氨(代號:R717)


        氨是目前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,故系統內不會發生“冰塞”現象。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,并規定氨中含水量不應超過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,故要在裝置中設置油分離器,減少潤滑油進入冷凝器和蒸發器,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生爆炸。與空氣混合的體積分數在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。一般規定液氨中含水量低于0.2%。


        氨的比重和粘度小,放熱系數高,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排氣,并需經常排除系統中的空氣及其它不凝性氣體。


        總上所述,氨作為制冷劑的優點是:易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數高、幾乎不溶解于油、流動阻力小,泄漏時易發現。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。


        氟利昂-12(代號:R12)


        R12為烷烴的鹵代物,學名二氟二氯甲烷,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分油器,而裝設干燥器。同時規定R12中含水量不得大于0.0025%,系統中不能用一般天然橡膠作密封墊片,而應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。


        氟利昂-22(代號:R22)


        R22也是烷烴的鹵代物,學名二氟一氯甲烷,分子式為CHClF2,標準蒸發溫度約為-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的許多性質與R12相似,但化學穩定性不如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,故發文時R22被廣泛應用于-40~-60℃的雙級壓縮或空調制冷系統中。


        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 , 全球變暖系數值( GWP ) :0.29


        沸點下蒸發潛能 :215 kJ/kg


        質量指標 : 純度 ≥ 99.9 % ,水份PPm≤ 0.0010,酸度 PPm≤ 0.00001 ,蒸發殘留物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的化學穩定性很好,然而由于它的溶水性比R22高,所以對制冷系統不利,即使有少量水分存在,在潤滑油等的作用下,將會產生酸、二氧化碳或一氧化碳,將對金屬產生腐蝕作用,或產生“鍍銅”作用,所以R134a對系統的干燥和清潔要求更高。R134a對鋼、鐵、銅、鋁等金屬未發現有相互化學反應的現象,僅對鋅有輕微的作用。


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


        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。


        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保制冷劑。


        主要用途:大量用于家用空調、小型商用空調、戶式中央空調等。


        混合共沸制冷劑


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


        碳氫制冷劑


        主要是節能和環保這兩大優點;節能方面:用R433b的空調要比用R134,R22的空調節省能耗15%至35%左右。環保方面:碳氫制冷劑屬于天然工質,因此對大氣無污染、對臭氧層無破壞和溫室效應幾乎為零。


        7其它分類編輯


        1.按成分有以下幾種。


        (1) 無機化合物。水、氨、二氧化碳等。


        (2) 飽和碳氫化合物的衍生物,俗稱氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。


        (3) 飽合碳氫化合物。如丙烷,異丁烷等


        (4) 不飽和碳氫化合物。如乙烯,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準蒸發溫度,又分為高、中、低溫三類。標準蒸發溫度是指標準大氣壓力下的蒸發溫度,也就是沸點。


        (1) 高溫(低壓):標準蒸發溫度(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,命各標示方法;


        按照國際統一規定用字母“R”代表制冷劑,加上后面的數字和字母組成在GB7778-1987中做了明確規定。簡述如下:


        (1) 無機化合物。


        規定為R700加上無機化合物的相對分子質量的整數部分組成


        NH3(氨) H2O(水) CO2(二氧化碳)


        分子量 17 18 44


        編號 R717 R718 R744


        (2)氟利昂和烷氫類:


        烷氫類化合物的分子通式:CmH2m+2


        氟利昂是飽合碳氫化合物(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,若(m-1)=0,則“0”略去不寫。


        下面列舉幾種編號


        名稱 分子式 m,n,x,z值 編號


        一氯二氟甲烷 CHF2Cl m=1,n=1,x=2,z=0 R22


        二氯撒氟乙烷 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的


        共沸混合制冷劑編號為R5,從R500開始R501,R502等。


        非共沸混合制冷劑編號為R4,從R401,R404,R410等。


        同素異構體加注小寫數字母,如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a


        3. 常用制冷劑性質


        (1) 氨:標準蒸發溫度為-33.4℃,凝固溫度為-77.7℃,壓力適中,單位容積制冷量大,流動阻力小,熱導率大。價格低廉對大氣臭氧層無破壞作用,故被廣泛應用在蒸發溫度-65℃以上的大中型制冷機中。


        缺點是毒性較大,可燃,可爆,有強烈刺激性臭味,等熵指數較大,對鋅銅有腐蝕作用。


        (2) 氟利昂:重點分析熱水器發文時常用的


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


        R22是應用最廣泛的中溫制冷劑,沸點-40.8℃,凝固點-160℃,無色,氣味弱,不燃燒,不爆炸,屬安全制冷劑。它與潤滑油部分互溶,需采取回油措施。


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


        對大氣臭氧層有微弱的破壞作用,也將在2040年禁用。


        3)R134a。沸點-26.5℃,凝固點-101℃,無色,無味,不燃,不爆,


        但與礦物性潤滑油不相溶,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,易與水反映生成酸,腐蝕管絡及壓縮機,對系統干燥度要求更高,系統中的干燥劑要換成XH-7或XH-9分子篩。壓縮機電機線圈絕緣材料必須加強絕緣等級,是一種不太成熟的制冷劑。


        4)發文時認為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。


        R407c是R32R125 R134a 以23:25:52的質量百分比組成的三元非共沸制冷劑,蒸發壓力和制冷壓力與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。在相同設計運行能力的熱泵熱水系統中,采用R407c熱水加熱系統耗功明顯高于R22系統。使得在高水溫時COP低于R22系統。


        R410A是R32和R125按照50:50的質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%,傳熱性能及流動性較好。不能直接用于R22系統。必須重新設計壓縮機,換熱器,管路和系統。


        5)C02制冷劑


        綠色環保天然工質C02以其無毒,對臭氧層無影響,不產生溫室效應和良好的熱力學性質等優點,再度受到人們的重視。此外,C02給臨界環境系統所具有的較高的排氣溫度和氣體冷卻器較大的溫度滑移。它在熱泵熱水器領域具有其他工質無法比擬的優勢。


        主要優勢:


       ?、?無毒,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,有著良好的的經濟性,而不存在回收問題,具有環境友好性。


       ?、?物理化學性能穩定。與潤滑油共溶性良好。粘度很低,這樣可以提高流速,壓降不會太大,改善傳熱,進一步減小部件尺寸和系統重量。


       ?、?絕緣指數(K)值較高,雖有使壓縮機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,由于C02低于工作壓力P0很高,壓縮機壓縮比相對其他系統低的多,壓縮機效率高。


       ?、?C02分子量比高分子化合物的小得多,因此相對于一定的蒸發溫度,它的蒸發(汽化)潛熱比較大,此外,高的工作壓力,使壓縮機吸氣比容較小,單位容積制冷量較大,可以減少尺寸,使系統結構緊湊。


       ?、?C02低的臨界溫度,使其在熱泵系統循環中處于跨臨界狀態。在放熱過程中較大的溫度滑移,可以和變溫熱源較好的匹配。


        C02應用研究的一個重要領域是熱泵熱水器(HPWH)。C02跨臨界循環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的溫升過程相匹配,使其在熱泵循環方面具有獨特的優勢。


        通過調整循環的排氣壓力,可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應外部熱源的溫度和溫升需要。研究結果表明,當用環境空氣作熱源,0℃環境進水溫度8℃,熱水出水溫度為60℃時,該系統COP值高達4.3.一個更大優點是毫無困難的產出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產水溫度在55℃以下。


        因而C02熱泵系統可較好的滿足采暖,空調和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質在熱泵中的應用將有效的解決空調冷熱源面臨的資源與環境壓力,應用前景良好。


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