1 第三讲制冷剂 制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂 (又称制冷工质)，它在系统的各个部件间 循环流动以实现能量的转换和传递，达到 制冷机向高温热源放热；从低温热源吸热， 实现制冷的目的。 《制冷原理与技术》讲义 陈江平 上海交通大学制冷研究所 1、制冷剂发展历史 ? 1834年美国人珀 金斯发明世界上第一台制冷机，采用的制冷剂 为乙醚 (CH 3 OCH 3 )。 ? 1866年二氧化碳 (CO 2 )被用作制冷剂。 ? 1872年波义耳发明以氨 (NH 3 )为制冷剂的压缩机。 ? 1876年使用二氧化硫 (SO 2 )为制冷剂。 ?氯甲烷 (CH 3 Cl)在 1878年开始使用。到 20世纪 30年代，一系列 的卤代烃，美国杜邦 公司称其为卤代烃 (Freon)的制冷剂相继 问世。卤代烃 12(即 R12)于 1931年， R11于 1932年， R114于 1933年， R113于 1934年， R22于 1936年， R13于 1945年， R14 于 1955年陆续出现。 ? 20世纪 50年代开始使用共沸制冷剂。 ? 60年代开始使用非共沸制冷剂。 ? 20世纪 80年代的 CFC问题的出现及其替代技术的发展 。 Sidebar: Refrigerants – A Modern Timeline 1974 Molina-Rowland theory posits that chlorine and bromine are responsible for stratospheric ozone depletion. 1978 U.S. bans all non-essential aerosols containing chlorine or bromine. 1987 The U.S. and 22 other countries sign the original Montreal Protocol establishing timetables and phaseout schedules for CFCs and HCFCs. 1990 The Clean Air Act (CAA) signed in the U.S. calls for reductions in refrigerant production, recycling, and emissions, as well as the eventual phaseout of CFCs and HCFCs. 1992 It is unlawful to vent CFCs and HCFCs into the atmosphere. 1994 Technician certification is required for purchasing and handling of CFCs and HCFCs. 1995 It is unlawful to vent alternate (substitute) refrigerants. 1996 Phaseout of CFCs includes production and importing. 1996 HCFC production levels capped. 1997 Kyoto Protocol is established in response to global warming concerns. HFC 2010 HCFC-22 to be phased out for new equipment. 2020 HCFC-22 production to be phased out. 为什么要进行CFC替代？ 2 Ozone Depletion Potential 以 CFC-11的值 1.000作基准，来表示制冷剂消耗大气 臭氧分子潜能的程度 Global Warming Potential 是衡量制冷工质对气候变暖影响的指标值。当选用 CFC-11的值作为基准值 1.0时，称为 HGWP。近年 来人们将作用 100年的 CO 2 作为基准，并将 CO 2 的 温室效应潜能值订为 1.0，称为 GWP或 GWP 100 TEWI （ Total Equivalent Warming Impact ) 是综合反映一台机器对全球变暖所造成影响的指标值。 其计算方法如下 : TEWI=m?l?GWP?n+E?n?β 其中 , GWP是以 CO 2 为基准 , m是系统中工质总质量 (kg)， l为工质的年泄漏率 (%)， n 指系统运行年限 (年 )， E 代表系统每年的能耗 (kWh)，β 体现每度电 CO 2 的释放量 (kg/kW h)。 TEWI包括直接排放效应和间接排放效应 。前者指 计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤 CO 2 的积聚效果， 后者体现产生 1kWh电由燃料燃烧所释放的 CO 2 量。需要 指出的是，间接温室效应对各个国家而言是不同的，取 决于该国火力发电和水力发电的比例以及火力发电的全 厂热效率。 LCCP （ Life Cycle Climate Performance） 在 TEWI基础上补充了制冷机和制冷剂生 产及报废过程中的能耗引起的温室效应。 2、制冷剂的种类和编号 ? 根据制冷剂的分子结构可将制冷剂分为无机化合物和有机化合物 ? 根据制冷剂的组成可分为单一制冷剂和混合制冷剂 ? 根据制冷剂的物理性质可将制冷剂分为高温(低压)、中温(中压)、低温(高 压) 制冷剂 。 无机化合物 ： 氨、水、二氧化碳 卤代烃： 氟利昂 碳氢化合物 ： 甲烷、乙烷、丙烷 混合制冷剂 ： 共沸和非共沸 其他烃类 ： 乙烯、丙烯 3 高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂 — ———按制冷剂 标准沸点 的不同区分 R13,R14,R503,烷 ,烯约 >20<-60低温（高压） 制冷剂 3 R12,R22,R717,R142,R502约在 3-20-60-0中温（中压） 制冷剂 2 R11,R113,R114,R21约 <3>0高温（低压） 制冷剂 1 制冷剂环境温度在 30 °C时 的冷凝压力（ bar) t s （ °C）类别 1 离心式制冷机的空调系统 2 普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷系统 ,-60 °C以上 3 覆叠式装置的低温级 举 例 （1）无机化合物 无机化合物用序号700表示，化合物的分 子量（取整数部分）加上700就得出其制冷 剂的编号。例如，氨的分子量为17，其编 号为R717 。二氧化碳和水的编号分别为 R744和R718。 （2）卤代烃-氟利昂 C m H n F p Cl q Br r ，其原子数m、n、p、q、r之间的 关系式为2m+2=n+p+q+r。 命名：R（m-1）（n+1）pBr， 如：CF 2 Cl 2 为R12 ， C 2 H 2 F 4 为R134， CF 3 Br为 R13B1。 环状衍生物的编号的规则相同，只在字母R后加 一个字母C，如C 4 F 8 为RC318。 同分异构体相同编号，而随着同分异构变得愈来 愈不对称，附加小写a、b、c等。如CH 2 FCH 2 F， 编号为R152；它的同分异构体分子式为CHF 2 CH 3 ， 编号为R152a。 近来，常常根据制冷剂的化学组成表示 制冷剂的种类。不含氢的卤代烃称为氯氟化碳， 写成CFC；含氢的卤代烃称为氢氯氟化碳，写 成HCFC；不含氯的卤代烃称为氢氟化碳，写 成HFC；碳氢化合物写成HC；CFC、HCFC、 HFC、HC等后接数字或字母的编制方法同国家 标准GB7778-87规定一致。如，R12属氯氟化碳 化合物，表示成CFC-12；R22、R134a、R170 分 别表示成HCFC-22、HFC-134a、HC-170。 卤代烃-氟利昂(2) ?CFC，氯氟烃 ?性能稳定，可进入平流层 ?只有受紫外线照射方分解出 Cl离子 ?对臭氧层破坏作用较大 ?HCFC，氢氯氟烃 ?相对不稳定，到达平流层前已经分解 ?对臭氧层破坏作用较小 卤代烃-氟利昂(3) CH 4 R50 CH 3 Cl R40 CH 3 F R41 CH 2 Cl 2 R30 CH 2 ClF R31 CH 2 F 2 R32 CHCl 3 R20 CHCl 2 F R21 CHClF 2 R22 CHF 3 R23 CCl 4 R10 CCl 3 F R11 CCl 2 F 2 R12 CClF 3 R13 CF 4 R14 (4)甲烷族氟利昂 CFC 96.1.1全面限制 HCFC 2030.1.1全面限制 HFC ODP=0 HCC 有毒 PCC 强毒 PFC ODP=0 甲烷 4 C2H6 R170 C2H5Cl R160 C2H5F R161 C2H4Cl2 R150 C2H4ClF R151 C2H4F2 R152 C2H3Cl3 R140a C2H3Cl2F R141b C2H3ClF2 R142b C2H3F3 R143a C2H2Cl4 R130a C2H2Cl3F R131 C2H2Cl2F2 R132a C2H2ClF3 R133a C2H2F4 R134a C2HCl5 R120 C2HCl4F R121 C2HCl3F2 R122 C2HCl2F3 R123 C2HClF4 R124 C2HF5 R125 C2Cl6 R110 C2Cl5F R111 C2Cl4F2 R112 C2Cl3F3 R113 C2Cl2F4 R114 C2ClF5 R115 C2F6 R116 乙烷 (5).乙烷族 氟利昂 CFC 96.1.1全面限制 HCFC 2030.1.1全面限制 HFC ODP=0 HCC 有毒 PCC 强毒 PFC ODP=0 氟利昂的性质 氟利昂的性质 (2) （3）碳氢化合物 饱和碳氢化合物制冷剂中甲烷、乙烷、丙烷的 编号方法与卤代烃相同。例如乙烷的分子式为 C 2 H 6 ，编号为R170。丁烷编号特殊，正丁烷 的编号为R600，异丁烷的编号为R600a。 非饱和碳氢化合物制冷剂主要有乙烯、丙烯等 烯烃，它们的编号规则中，字母R后面的第一 位的数字定为1，接着的数字编制与卤代烃相 同。例如乙烯、丙烯的分子式分别为C 2 H 4 、 C 3 H 6 ，编号分别为R1150、R1270。非饱和卤 代碳氢化合物的编号方法与此相同。 （4）混合制冷剂 为什么要使用混合工质？ ----调节沸点 共沸工质：混合后沸点高于和低于各组分沸点 非共沸工质：混合沸点在各组分之间 ----调节热力性能 高沸点组分中加入低沸点组分，q v 提高 反之，COP提高 已经商品化的共沸制冷剂，依应用先后在 R500 序号中顺次地规定其编号： R500? R12/R152a(73.8/26.2mass%) R502? R22/R115(48.8/51.2mass%) 已经商品化的非共沸制冷剂，依应用先后在 R400序号中顺次地规定其编号。混合制冷剂的 组分相同，比例不同，编号数字后接大写 A、 B、 C等字母加以区别。 R404A? R125/143a/134a(44.0/52/4.0) R407C? R32/125/134a(23.0/25.0/52.0) 5 共沸与非共沸混合物 Zeotropic & Azeotropic Blends T 01X 1 2 气相区 液相区 P=定值 T 01X 1 2 气相区 液相区 P=定值 共沸点 共沸 Zeotropes 非共沸 Azeotropes A B C B l B g 非共沸与共沸制冷剂的特点 共沸制冷剂在一定压力下 蒸发时有一定的蒸发温度， 且比单组分低 在一定的蒸发温度下，单 位容积制冷量比单一工质 容积制冷量大 可使压缩机排气温度降低 化学稳定性比单工质好 全封闭压缩机的电机绕组 温升小 一定情况下可增大 COP 泄漏时组分不变 非共沸制冷剂在一定压力 下蒸发或冷凝时温度是变 化的，能适应于变温热源 增大制冷量（或 COP） 降低循环压比，使单级压 缩获得更低的温度 较少量的高沸点组分与较 多量的低沸点组分混合， 与低沸点工质相比，可提 高 COP，但制冷量会减小。 反之可增加制冷量，而 COP减小 泄漏时组分发生变化 非共沸混合制冷剂的制冷循环图 （5）其它烃类 其它各种有机化合物规定按600序号 编号，其编号是任选的 。 3、 制冷剂的选用原则 1， 制冷性能 我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不 要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容 积制冷量大， 循环的性能系数高。传热性好。 2， 实用性 制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不 变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。 3， 环境可接受性 应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制 冷剂的臭氧破坏指数必须为0，温室效益指数应尽可能小。 (1)热力性质及其对循环的影响 在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。 (1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和 蒸汽压力曲 线可以描述这种关系。 制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或 标准沸点 ，用 ts 表示。 制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。ts 越低的制冷剂,能够达 到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据 的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷 剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标 准蒸发温度高的 制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又 属于低压工质；低温工质 又属于高压工质。 制冷剂的饱和蒸汽压力－温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。 6 要求制冷剂临界温度高 T S 1 2' 3 wc Tk T0 q0 k pk p0 2 4 C q 0 对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系： 这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。 不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温 度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温 度范围是有限的。另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度 tk 超过制冷剂的临界温度 ，则无 法凝结；若 略低于 ，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。爱森曼 (Eiseman)发现，当对比冷凝温度 / 和对比蒸发温度 / 相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体 相等。 特鲁顿(Trouton)定律 大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时，其摩尔 熵增 的数值都大体相等。这就是特鲁顿定 律。 (2) 式中 M 为制冷剂的公斤摩尔分子量； rs 为标准蒸发温度下的汽化潜热。 的值称特鲁 顿常数。 利用特鲁顿定律，可以推出制冷剂基本性 质对制冷循环特性影响的一些粗略规律： ①标准沸点相近的物质，分子量大的，汽 化潜热小；分子量小的，汽化潜热大 （见图 1）。 考虑到汽化潜热与制冷循环的单位质量制 冷量 qm 有关，所以分子量对 qm 的影响也与上 相同。 图 1 分子量不同的制冷剂的 T-s 图比较 ? 各种制冷剂在一个大气压力下汽化时，单 位容积汽化潜热 rs/vs 大体相等。单位容积汽化 潜热 近似反应单位容积制冷量 qv。故相同蒸发 温度下，压力高的制冷剂单位容积制冷量大；压 力低 的制冷剂单位容积制冷量小。 相同吸气温度下,制冷剂等熵压缩的终了温度 与其绝热 指数 k 和压力比有关。 是实际制冷机中必须考虑的一个安全性指标。若制冷剂的 过高，有 可以引起它自身在高温 下分解、变质；并造成机器润滑条件恶化、润滑油 结焦，甚至出现拉缸故障. 与制冷剂气体的比热容有关。重分子的 低；轻 分子的 高。在氟里昂制冷剂中，乙烷的衍生物 比甲烷的衍生物低。事实, 许多乙烷衍生物饱和蒸汽等熵压缩过程线进入两相区（即 与 相同），为 了避免湿压缩，还必须设法使低压蒸汽过热后再压缩。常用的中温制冷剂 R717 和 R22，其排气 温度较高，需要在压缩过程中采取冷却措施，以降低 ；而 R12，R502，R134a，R152a 的 较低，它们在全封闭式压缩机中使 用，要比用 R22 好得多。 压缩终温 粘性和导热性 制冷剂的这些性质对制冷机辅机（特别是热交换设备）的设计有重要影 响。粘性反映流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的大小 与流体种类、温度、压力有关。衡量粘性的物理量是动力粘性系数 和运动粘性系数 ，两者之间的关系是 式中 ----- 流体密度， 。 制冷剂的导热性用导热系数 表示。气体的导热系数一般很 小，并随温度的升高而增大，在制冷技术常用的压力范围内，气体的导热 系数实际上随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响，受压力影响 很小。 （2） 制冷剂的化学、安全和环境性质 热稳定性 与水的溶解作用 和润滑油的溶解性 对金属和非金属的作用 电绝缘性 毒性和可燃性 环境性能及指标 ： ODP /GWP/TEWI/LCCP 一些制冷剂使用的最高温度 制冷剂 最高使用温度 /℃ 制冷剂 最高使用温 度 /℃ R11 105 R113 105 R12 130 R114 120 R13 150 R502 150 R22 150 R717 150 R123 105 R600a 130 R134a 130 R290 130 R404A 150 R407C 150 7 “冰堵 ” 当R12液体中水分含量超过20-40mg/g时， 由于节流阀节流后温度下降，在R12中的 溶解度减小，部分水析出并结冰，堵塞 膨胀阀 家用冰箱的毛细管只要结0.005克冰就足 以冰堵。 R2, R134a等含水时均易产生冰堵。 与润滑油的互溶性 压缩式制冷机中，除了离心式制冷机外，制冷剂都要与压缩机润滑油相接触。两者的溶解 性是个很重要的问题。这个问题对系统中机器设备的工作特性和系统的流程设计都有影 响。 制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。完全溶解时，制冷剂与油的 液体混合物成均匀溶液。有限溶解时，制冷剂与油的混合物出现明显分层。一层为贫油层 （富含制冷剂）；一层为富油层（富含油）。 溶解度与温度有关，所以上面所说的有限溶解与完全溶解可以相互转化。图 2 示出制 冷剂的溶油性临界曲线。图中曲线包围的区域为有限溶油区；曲线上方为完全溶油区。例 如：R22 与油的混合物，含油浓度 20％，温度为 18℃，该状态处于图中 A 点，在临界曲 线之上，所以这时混合物是互溶的，不出现分层。但若温度降到-5℃，如图中 B 点所示。B 状态进入有限溶油区，故液体混合物将出现分层。过 B 点作水平线与临界曲线有两个交点 和 ，它们所对应的横坐标植分别代表了贫油层中的油浓度和富油层中的油浓度。 R134a与不同润滑油 的溶解性曲线 不同制冷剂与与酯基油 SE55的油溶解性曲线 氨与油是典型的有限溶解。氨在油中的溶解度不超过 1%(wt)。氨比油轻， 混合物分层时，油在下部。所以可以很方便地从下部将油引出（回油或放 油）。 氟里昂制冷剂若溶油性差，则会带来种种不利。因为氟里昂一般都比油 重，发生分层时，下部为贫油层。这样，对满液式蒸发器而言，油浮在上 面，造成机器回油困难；另外，上面的油层影响蒸发器下部制冷剂的蒸发。 对于干式蒸发器而言，因为制冷剂是在管内沿程蒸发的，靠制冷剂气流裹 挟 油滴回油。回油情况好坏取决气流速度和油粘性。制冷剂溶油越充分，才 越 容易将油带回压缩机。对压缩机而言，运行时曲箱处于低压高温，制冷剂在 油中的溶解度大；停机压力平衡时，油池中制冷剂含量增多，出现分层，下 部分贫油层，再开机时会造成油泵吸入管中的为贫油液体，压缩机供油不充 分，影响润滑。 所以，氟里昂制冷机中要求采用与制冷剂互溶性好的润滑油。制冷剂的溶油性被 认为是决定系统特性和机器寿命的至关重要的问题。传统氟里昂(R12,R22)的冷冻机 油为烷基苯油。但这类油对不含氯的氟里昂制冷剂（HFC 类）的溶解性很差。目前在 更新制冷剂的工作中同时也必须相应地更新润滑油。当前有关新冷冻油的研究表明： 与 HFC 类制冷剂的互溶性以酯类润滑油（Ester）最好；其次是聚烯醇类润滑油 （PAG）和氨基油。 对金属和非金属的作用 氨对钢铁无腐蚀作用，对铜、铝或铜合金有轻微的腐蚀 作用。但如果氨中含水，则对铜及铜合金（除磷青铜外） 有强烈的腐蚀作用。卤代烃类制冷剂对几乎所有的金属 无腐蚀作用，只对镁和含 镁超过2%的铝合金有腐蚀。卤 代烃类制冷剂在含水情况下会水解成酸性物质，对金属 有腐蚀作用。所以，含水的制冷剂和润滑油的混合物能 够溶解铜，当制冷剂在系统中与铜或铜合金接触时，铜 便会溶解在混合物中，然后沉积在温度较高的钢铁部件 上，形成一层铜膜，这就是所谓的镀铜现象。镀铜现象 在压缩机的曲轴的轴承表面，吸、排气阀等光洁表面特 别明显，它会影响压缩机的运动部件的配合间隙，以及 吸排气阀的密封，严重时使压缩机无法正常工作。 . “镀铜 ” –主要产生在阀板、活塞销、气缸等部位导 致表面缺陷，运动件部隙减小，密封不良。 () () CuFeClCuClFe OHCuClCuHClO OHFeOOHOHFe HClOHFeOHFeCl HFeClHClFe COHFHClOHClCF OH heat 22 222][ 2)(2 22 2 222 2 2 322 222 22 2222 2 +??→?+ +?→?++ ?→?++ +?→?+ +?→?+ ++??→?+ 8 R134a中的压缩机镀铜现象 对橡胶等非金属件的膨润作用不同 卤代烃类制冷剂是一种很 好的有机溶剂，很容易溶 解天然橡胶和树脂；使高 分子材料变软、膨胀或起 泡。所以，在选择制冷机 的密封材料和电器绝缘材 料时，不使用天然橡胶、 树脂化合物，而要用耐卤 代烃腐蚀的氯丁烯、氯丁 橡胶、尼龙、塑料等材料。 烃类制冷剂对金属材料无 腐蚀 制冷剂的电绝缘性 在封闭式压缩机中，电机的线圈与制冷机直接接触，要求制冷剂应具 有良好的电绝缘性能。电击穿强度表示制 冷剂电绝缘性能 的一个指标。 一些制冷剂气体在压力1 ×10 5 Pa、温度0℃是的电击穿强度见表。值得 说明的是杂质、润滑油的存在会使制冷剂的电绝缘强度下降。 R12 R22 R717 液体 1.48 1.7 0.31 气体 1.7 1.8 - 电击穿强度 (kV/m) 制冷剂 毒性和可燃性分级 LFL——燃烧低限 TLV-TWA---低限值的时间加权平均值 ,即一个标准工作日 8 h，一周 40 h的时 间加权平均浓度，在此条件下所有工人日复一日地工作无不良影响。 主要制冷剂的应用范围 制冷剂 使用温度范 围 压缩机类型 用途 备注 R717 高、低温 活塞式、离心式 冷藏、制冰 普通制冷中的高温为 10℃-0℃；中温0℃ —- 20℃；低温-20℃ ? - 60℃ R134a 高、中、低 温 活塞式、回转式、离心 式 冷藏、空调 R22 高、中、低 温 活塞式、回转式 空调、冷藏、低 温 R404A 高、中、低 温 活塞式、回转式 空调、冷藏、低 温 R600a 中温 活塞式、回转式 冷藏（电冰箱） R744 高、低温 活塞式 空调、低温 R12 高、中、低 温 活塞式、回转式、离心 式 冷藏、空调 主要制冷剂的应用范围 2 9 主要制冷剂的应用范围 Volumetric Capacity of Refrigerants VS Compressor 主要制冷剂的应用范围 Delta H Vs. CFM/Ton 4、常用制冷剂 R717 R12/R134a/R600a/CO2 R22/R502/R404A/R407c/R410a NH 3 -R717(沸点 -33.3C,凝固点 -77.9C) 中温制冷剂 ,单位容积制冷量大 ,粘度小，流动 阻力小，传热性能好。 氨的绝热指数为 1.31, 排气温度较高 . 能以任意比例与水溶解，不会 “冰堵 ”。所以氨 系统中不必设立干燥器。但水的存在会导致制 冷系统的蒸发温度的提高、制冷能力的下降和 对金属材料的腐蚀。因此氨制冷剂的含水量要 求不超过 0.12 %。 NH 3 -R717(2) 氨几乎不溶于矿物油。且氨液的比重比油小。 氨对黑色金属无腐蚀作用 ,若含有水分时 ,对铜 和铜合金 (磷青铜除外 )有腐蚀作用。 氨的缺点是毒性大，对人的器官有强烈的刺激 作用。当氨蒸气在空气中容积浓度达到 0.5%～0.6%时，人在其中停留约半小时就会中 毒；当氨蒸气在空气中的容积浓度达到 11%～14%时即可点燃（黄色火焰）;若达到 15.7～27%时,遇明火即引起爆炸。氨蒸气对食 品污染作用。因此，氨机房应保持通风，使氨 的浓度不超过0.02mg/l。 NH 3 -R717(3) 检查氨泄漏的方法有几种：一种是根据氨的刺 激性臭味，另一种用试纸。若有泄漏，会使酚 酞试纸变成玫瑰红色，或使石蕊试纸变成蓝色. 适用于蒸发温度高于-65℃的大中型单级或双 级活塞式装置；及大型离心式制冷机；氨吸收 式 10 R12-CF 2 Cl 2 (-29.8/-158) 应用最广的中温制冷剂 ,多级活塞式系统中可达 -70°C.ODP=1.0， GWP=7100 无色 ,有芳香味 ,含量 20%以上人感觉 ,毒性小 ,不燃 ,不爆 ,40 ° C以上 遇明火分解出极毒的光气 . 在水中溶解度很小 ,一般不能超过 0.005g/L(101.3kPa,30C).含有水份 易造成 “冰堵 ”现象 ,与水作用分解成盐酸与氟酸 ,产生 “镀铜 ”现象 . 系 统管路必须经过严格干燥 ,且须设干燥器 . 能跟矿物润滑油以任意比互溶 ,大型压缩机需对曲轴箱加热 . 对金属一般没有腐蚀作用 ,但腐蚀镁及含镁超过 2%的铝镁合金 . 对天然橡胶有膨润作用 .制冷机中使用含耐腐蚀的丁腈橡胶或氯醇 橡胶 ,全封闭压缩机中的导线绕组要用耐氟绝缘漆 .电机 B级或 E级绝 缘 . R134a(CH 2 FCF 3 )—R12替代物 主要热力性质与R12相近，标准沸点-26.5 °C。 安全性好，无色，无味，不燃烧，不爆炸，基 本无毒性，化学性质稳定。ODP=0， GWP=875。 R134a不溶于矿物油，吸水性比R12大，分子直 径比R12小。替代R12时需更换润滑油、干燥过 滤器，干燥剂需用XH-7或XH-9型分子筛。 R134a替代R12已经在汽车空调、电冰箱、冷水 机组，商业制冷中得到应用。 不能用电子检漏仪检漏。 R600a(C 4 H 10 )—R12替代物（ 2） ?自然工质，ODP=0，GWP=0，-11.73/-160°C ?与丙烷(C 3 H 8 ，R290）同时用于冰箱中替代R12，常合用 作混合工质。 ?压比大于R12、排气温度低于R12，系统节能 ?毒性低，但易燃，安全性A3。 ?与矿物油互溶 ?与水的溶解性差，须防 “冰堵 ” R744（ CO 2 ） -R12替代物 自然工质，ODP=0，GWP=1 临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MP 其理论循环COP约为R134a的35-46%。 新系统一般采用跨临界循环 ,系统压力很高,设 备强度要求高,COP与R134a相当. 蒸发潜热较大，单位容积制冷量较大,因此压 缩机排量小. 适用各种润滑油，且与常用系统的材料相容 . CO2跨临界循环 R22(CHF 2 Cl)-40.8/-160 HCFC类，ODP=0.05，GWP=0.35, k=1.194 无色、无味、不燃、不爆、毒性小、对金属无腐蚀， 使用安全。 传热特性比氨差但比R12、R134a强。与水互溶性差， 为0.1g/L (101.3kPa 30C)，含水超标会发生冰堵和 “镀铜 ”现 象。 是极性分子，对橡胶的膨润作用很强，系统密封件需 改用耐氟材料，如氯乙醇橡胶或聚四氟乙烯；全封闭 压缩机电机绕组用QF改性缩醛漆包线（E级绝缘）、 QZY聚脂胺漆包线。 与润滑油有限溶解，且比油重，需专门回油措施。干 式蒸发器 “上进下出 ”，上升回气立管应有带油能力。 11 R502-R22替代物 R22与R115按48.8：51.2混合而成。 主要目的是降低R22在大压比下排气温度太高 （149°C）的问题，使温度下降22-33 °C，低 压升高；回热特性好，制冷量和COP都提高了 不溶于水 与石腊族和环烷族润滑油溶解性差，与烷基苯 润滑油溶解性好。 低温下（-40 °C）回油没问题。 因含有R115而被禁用。 R404A -R502及 R22替代物 R125/R143a/R134a/按44:52:4% 混合 可作为R502的替代工质,适宜用在冷藏运 输车及集装箱制冷系统中 R404A的标准压力下泡点温度为-46.6℃， 相变温度滑移较小,约为0.8℃，气化潜热 为143.48kJ/kg.K，液体的比热为 1.64kJ/kg.K，气体的比热为1.03kJ/kg.K。 ODP=0，GWP=4540 R407C -R22替代物 R32/R125/R134a按23:25:52% 组成 标准压力下泡点温度为-43.8℃，相变温度滑 移为 7.1℃。ODP=0，GWP=1980 R407C的热力性质与R22最为相似。它们的工作 压力范围，制冷量都十分相似 原有R22机器设备改用R407C后需要更换润滑油、 调整制冷剂的充灌量及节流元件。R407C机器 的制冷量和能效比比R22机器稍有下降。 泄漏带来问题严重 R410A -R22替代物 R32和R125两种工质按50：50% 组成 标准压力下泡点温度为-51.6℃，相变温度滑移 小于0.2℃，属近共沸混合物，热力学性能十分 接近单工质。 同R22相比，R410A的冷凝压力增大近50%，是 一种高压制冷剂，需要提高系统耐压强度。由 于R410A的高压高密度使得允许制冷剂管径减小 许多，压缩机的排量也可大大降低；同时R410A 液相的热导率高，粘度低使其具有明显由于R22 的传输特性。 ODP=0，GWP=2340，不可燃。 非共沸混合工质使用特点： 1、 Temperature Glides Figure shows a zeotropic mixture of R-134a and R-32 where the ratio of R-32 is varied from 0 to 100%. By drawing a line vertically through the graph, the difference between the temperature as a liquid (lower line) and the temperature as a vapor (top line) can clearly be seen. The difference between the two lines is the temperature glides. 2,Glide in Evaporators-DX EVAP. Refrigerant in DX evaporators are more forgiving to refrigerants with glide than flooded evaporators are but as a system component, they are less efficient. Figure shows a DX evaporator. In this design, the refrigerant passes through the thermal expansion device (TX valve) and is atomized into very fine liquid droplets in the tubes of the evaporator. The fine droplets offer a large amount of surface area to absorb heat from either air or chilled water on the outside of the tubes. Zeotropic refrigerants with glide will fractionate in the tubes. The compounds with lower boiling points will boil first followed by the other compounds. The high amount of superheat used in DX evaporators will make sure all the refrigerant subcomponents are boiled (converted to a gas) and the relative mass ratios will be maintained. 12 2,Glide in Evaporators-Flooded EVAP. Figure shows a flooded evaporator. The liquid refrigerant fills the shell and covers all the tubes. The heat from the chilled water in the tubes boils the refrigerant, which floats to the top of the shell. The inlet of the compressor draws in the gaseous refrigerant. The process is very similar to water boiling in a pot on a stove.The issue with zeotropic refrigerants that have significant glides is that as the refrigerant fractionates, the compound with the lowest boiling point floats to the top first and enters the compressor. Therelative mass ratios are not maintained. 3,Glide Consideration Consider two of the frontrunners to replace R-22, R-407C and R-410A. Both are zeotropes. However, the glide for R-407C is 8°C while the glide for R-410A is only 1°C. The high glide for R-407C means it can be practically used only in DX systems, which limits the overall system efficiency that can be expected when using it. R-410A can be used in flooded systems, so even though it requires complete redesign of all components including the compressors (it operates at a significantly higher pressure), it is the common choice for redesigned refrigeration systems. 4, Zeotropic Serviceability Initial and Final Concentrations at Different Locations Reduction in Performance After Leak/Recharge