1.4常用制冷劑與冷凍油演講人制冷劑又稱制冷工質(zhì)，是制冷循環(huán)的工作介質(zhì)，利用制冷劑的相變來(lái)傳遞熱量，既制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時(shí)吸熱，在冷凝器中凝結(jié)時(shí)放熱。當(dāng)前能用作制冷劑的物質(zhì)有80多種，最常用的是氨、氟利昂類、水和少數(shù)碳?xì)浠衔锏取?.1制冷劑的熱力學(xué)的要求在大氣壓力下，制冷劑的蒸發(fā)溫度（沸點(diǎn)）要低。這是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。蒸發(fā)溫度愈低，則不僅可以制取較低的溫度，而且還可以在一定的蒸發(fā)溫度下，使其蒸發(fā)壓力高于大氣壓力。以避免空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)，發(fā)生泄漏時(shí)較容易發(fā)現(xiàn)。要求制冷劑在常溫下的冷凝壓力應(yīng)盡量低些，以免處于高壓下工作的壓縮機(jī)、冷凝器及排氣管道等設(shè)備的強(qiáng)度要求過(guò)高。并且，冷凝壓力過(guò)高也有導(dǎo)致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大。對(duì)于大型活塞式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，制冷劑的單位容積制冷量要求盡可能大，這樣可以縮小壓縮機(jī)尺寸和減少制冷工質(zhì)的循環(huán)量；而對(duì)于小型或微型壓縮機(jī)，單位容積制冷量可小一些；對(duì)于小型離心式壓縮機(jī)亦要求制冷劑要小，以擴(kuò)大離心式壓縮機(jī)的使用范圍，并避免小尺寸葉輪制造之困難。4.1制冷劑的熱力學(xué)的要求制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制冷劑在常溫或普通低溫范圍內(nèi)能否液化。凝固溫度是制冷劑使用范圍的下限，冷凝溫度越低制冷劑的適用范圍愈大。4.2物理化學(xué)的要求1）制冷劑的粘度應(yīng)盡可能小，以減少管道流動(dòng)阻力、提高換熱設(shè)備的傳熱強(qiáng)度。2）制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)高，以提高換熱設(shè)備的效率，減少傳熱面積。3）制冷劑與油的互溶性質(zhì)：制冷劑溶解于潤(rùn)滑油的性質(zhì)應(yīng)從兩個(gè)方面來(lái)分析。如果制冷劑與潤(rùn)滑油能任意互溶，其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，為機(jī)體潤(rùn)滑創(chuàng)造良好條件；且在蒸發(fā)器和冷凝器的換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量過(guò)多，并且能使蒸發(fā)器中的蒸發(fā)溫度升高。部分或微溶于油的制冷劑，其優(yōu)點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量少，故蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上4.2物理化學(xué)的要求形成很難清除的油膜，影響了傳熱。制冷劑溶解性分類：難溶：NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2微溶：R22、R114、R152、R502（在壓縮機(jī)曲軸箱和冷凝器內(nèi)相互溶解，在蒸發(fā)器內(nèi)分解）溶解時(shí)降低潤(rùn)滑油的沾度完全溶解：R11、R12、R21、R113、烴類、CH3Cl、R500降低潤(rùn)滑油的沾度和凝固點(diǎn)，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高。4）應(yīng)具有一定的吸水性，這樣就不致在制冷系統(tǒng)中形成“冰塞”，影響正常運(yùn)行。5）應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性：不燃燒、不爆炸，使用中不分解，不變質(zhì)。同時(shí)制冷劑本身或與油、水等相混時(shí)，對(duì)金屬不應(yīng)有明顯的腐蝕作用，對(duì)密封材料的溶脹作用應(yīng)小。4.2物理化學(xué)的要求6）安全性的要求。由于制冷劑在運(yùn)行中可能泄漏，故要求工質(zhì)對(duì)人身健康無(wú)損害、無(wú)毒性、無(wú)刺激作用。4.3制冷劑的分類在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟利昂和烴類。按照化學(xué)成分，制冷劑可分為五類：無(wú)機(jī)化合物制冷劑、氟利昂、飽和碳?xì)浠衔镏评鋭?、不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭┖凸卜谢旌衔镏评鋭８鶕?jù)冷凝壓力，制冷劑可分為三類：高溫（低壓）制冷劑、中溫（中壓）制冷劑和低溫（高壓）制冷劑。1）無(wú)機(jī)化合物制冷劑：這類制冷劑使用得比較早，如氨（NH3）、水（H2O）、空氣、二氧化碳（CO2）和二氧化硫（SO2）等。對(duì)于無(wú)機(jī)化合物制冷劑，國(guó)際上規(guī)定的代號(hào)為R及后面的三位數(shù)字，其中第一位為“7”后兩位數(shù)字為分子量。如水R718……等。2）氟利昂（鹵碳化合物制冷劑）：氟利昂是飽和碳?xì)浠衔镏腥炕虿糠致仍兀–l）、氟（F）和溴（Br）代替后衍生物的總稱。國(guó)際規(guī)定用“R”作為這類制冷劑的代號(hào)，如R22……等。4.3制冷劑的分類3）飽和碳?xì)浠衔铮哼@類制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環(huán)狀有機(jī)化合物等。代號(hào)與氟利昂一樣采用“R”，這類制冷劑易燃易爆，安全性很差。如R50、R170、R290……等。4）不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭哼@類制冷劑中主要是乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）和它們的鹵族元素衍生物，它們的R后的數(shù)字多為“1”，如R113、R115……等。5）共沸混合物制冷劑：這類制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發(fā)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(zhì)卻不同于混合前的物質(zhì)，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。如R500、R502……等。4.4常用制冷劑介紹1．氨（R717）1）氨（R717、NH3）是中溫制冷劑之一，其蒸發(fā)溫度ts為﹣33.4℃，使用范圍是﹢5℃～﹣70℃，當(dāng)冷卻水溫度達(dá)高30℃時(shí)，冷凝器中的工作壓力一般不超過(guò)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，單位容積制冷量也大，氨壓縮機(jī)之尺寸可以較小。3）純氨對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)不良影響，但有水份時(shí)，會(huì)降低冷凍油的潤(rùn)滑作用。4）純氨對(duì)鋼鐵無(wú)腐蝕作用，但當(dāng)氨中含有水份時(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。4.4常用制冷劑介紹5）氨的蒸氣無(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(guò)0.02mg/L。6）氨在常溫下不易燃燒，但加熱至350℃時(shí)，則分解為氮和氫氣，氫氣于空氣中的氧氣混合后會(huì)發(fā)生爆炸。4.4常用制冷劑介紹氟利昂1）氟利昂是一種透明、無(wú)味、無(wú)毒、不易燃燒、爆炸和化學(xué)性穩(wěn)定的制冷劑。不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的氟利昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機(jī)，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。013）常用的氟利昂制冷劑有R12、R22、R502及R1341a，由于其他型號(hào)的制冷劑現(xiàn)在已經(jīng)停用或禁用。在此不做說(shuō)明。032）氟利昂對(duì)水的溶解度小，制冷裝置中進(jìn)入水份后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，并容易造成低溫系統(tǒng)的“冰堵”，堵塞節(jié)流閥或管道。另外避免氟利昂與天然橡膠起作用，其裝置應(yīng)采用丁晴橡膠作墊片或密封圈。024.4常用制冷劑介紹氟利昂4）氟利昂12（CF2Cl2，R12）：是氟利昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以中、小型食品庫(kù)、家用電冰箱以及水、路冷藏運(yùn)輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。R12具有較好的熱力學(xué)性能，冷藏壓力較低，采用風(fēng)冷或自然冷凝壓力約0.8～1.2KPa。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為﹣29℃，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機(jī)可獲得﹣70℃的低溫。而對(duì)大型離心式壓縮機(jī)可獲得﹣80℃的低溫。近年來(lái)電冰箱的代替冷媒為R134a。5）氟利昂22（CHF2Cl，R22）：是氟利昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以家用空調(diào)和低溫冰箱中采用。R22的熱力學(xué)性能與氨相近。標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為﹣40.8℃，通常冷凝壓力不超過(guò)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(shí)單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。近年來(lái)對(duì)大型空調(diào)冷水機(jī)組的冷媒大都采用R134a來(lái)代替。4.4常用制冷劑介紹氟利昂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(xué)性能，更適用于低溫。R502的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)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制冷量比R22大，但排氣溫度卻比R22低。R502用于全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發(fā)溫度可低達(dá)﹣55℃。R502在冷藏柜中使用較多。7）氟利昂134a（C2H2F4，R134a）：是一種較新型的制冷劑，其蒸發(fā)溫度為﹣26.5℃。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與R12相似，不會(huì)破壞空氣中的臭氧層，是近年來(lái)提倡的環(huán)保冷媒，但會(huì)造成溫室效應(yīng)，是比較理想的R12替代制冷劑。4.4常用制冷劑介紹氟利昂8）氟利昂與水的關(guān)系：氟利昂和水幾乎完全相互不溶解，對(duì)水份的溶解度極小。從低溫側(cè)進(jìn)入裝置的水份呈水蒸氣狀態(tài)，它和氟利昂蒸氣一起被壓縮而進(jìn)入冷凝器，再冷凝成液態(tài)水，水以液滴壯混于氟利昂液體中，在膨脹閥處因低溫而凍結(jié)成冰，堵塞閥門，使制冷裝置不能正常工作。水份還能使氟利昂發(fā)生水解而產(chǎn)生酸，使制冷系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生“鍍銅”現(xiàn)象。9）氟利昂與潤(rùn)滑油的關(guān)系：一般是易溶于冷凍油的，但在高溫時(shí)，氟利昂就會(huì)從冷凍油內(nèi)分解出來(lái)。所以在大型冷水機(jī)組中的油箱里都有加熱器，保持在一定的溫度來(lái)防止氟利昂的溶解。各種制冷劑用途與使用范圍見(jiàn)表1-1。表1-1制冷劑的用途和使用范圍知識(shí)拓展1987年9月在加拿大的蒙特利爾召開(kāi)了專門性的國(guó)際會(huì)議，并簽署了《關(guān)于消耗臭氧層的蒙特利爾協(xié)議書》，于1989年1月1日起生效，對(duì)氟利昂在的R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等CFC類的生產(chǎn)進(jìn)行限制。1990年6月在倫敦召開(kāi)了該議定書締約國(guó)的第二次會(huì)議，增加了對(duì)全部CFC、四氯化碳（CCl4）和甲基氯仿（C2H3Cl3）生產(chǎn)的限制，要求締約國(guó)中的發(fā)達(dá)國(guó)家在2000年完全停止生產(chǎn)以上物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家可推遲到2010年。另外對(duì)過(guò)渡性物質(zhì)HCFC提出了2020年后的控制日程表。HCFC中的R123和R134a是R12和R22的替代品。4.5冷凍油0504020301在壓縮機(jī)中，冷凍油主要起潤(rùn)滑、密封、降溫以及能量調(diào)節(jié)四個(gè)作用。1）潤(rùn)滑：冷凍油在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中起潤(rùn)滑作用，以減少壓縮機(jī)運(yùn)行摩擦和磨損程度，從而延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命。2）密封：冷凍油在壓縮機(jī)中起密封作用，使壓縮機(jī)內(nèi)活塞與汽缸面之間、各轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承之間達(dá)到密封的作用，以防止制冷劑泄漏。3）降溫：冷凍油在壓縮機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件間潤(rùn)滑時(shí)，可帶走工作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，使各運(yùn)動(dòng)部件保持較低的溫度，從而提高壓縮機(jī)的效率和使用的可靠性。4）能量調(diào)節(jié)：對(duì)于帶有能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的制冷壓縮機(jī)，可利用冷凍油的油壓作為能量調(diào)節(jié)機(jī)械的動(dòng)力。4.6制冷設(shè)備對(duì)冷凍油要求由于使用場(chǎng)合和制冷劑的不同，制冷設(shè)備對(duì)冷凍油的選擇也不一樣。對(duì)冷凍油的要求有以下幾方面：1）凝固點(diǎn)：冷凍油在實(shí)驗(yàn)條件下冷卻到停止流動(dòng)的溫度稱為凝固點(diǎn)。制冷設(shè)備所用冷凍油的凝固點(diǎn)應(yīng)越低越好（如R22的壓縮機(jī)，冷凍油應(yīng)在﹣55℃以下），否則會(huì)影響制冷劑的流動(dòng)，增加流動(dòng)阻力，從而導(dǎo)致傳熱效果差。2）黏度：冷凍油黏度油料特性中的一個(gè)重要參數(shù)，使用不同制冷劑要相應(yīng)選擇不同的冷凍油。若冷凍油黏度過(guò)大，會(huì)使機(jī)械摩擦功率、摩擦熱量和啟動(dòng)力矩增大。反之，若黏度過(guò)小，則會(huì)使運(yùn)動(dòng)件之間不能形成所需的油膜，從而無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的潤(rùn)滑和冷卻效果。3）濁點(diǎn)：冷凍油的濁點(diǎn)是指溫度降低到某一數(shù)值時(shí)，冷凍油中開(kāi)始析出石蠟，使?jié)櫥妥兊没鞚釙r(shí)的溫度。制冷設(shè)備所用冷凍油的濁點(diǎn)應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度，否則會(huì)引起節(jié)流閥堵塞或影響傳熱性能。4.6制冷設(shè)備對(duì)冷凍油要求4）其他：如化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧性、水份和機(jī)械雜質(zhì)以及絕緣性能。5）閃點(diǎn)：冷凍油的閃點(diǎn)是指潤(rùn)滑油加熱到它的蒸汽與火焰接觸時(shí)，發(fā)生打火的最低溫度。制冷設(shè)備所用冷凍油的閃點(diǎn)必須比排氣溫度高15～30℃以上，以免引起潤(rùn)滑油的燃燒和結(jié)焦。4.7冷凍油溫度與壓力油