常用制冷剂及绿色制冷

《常用制冷剂及绿色制冷》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用制冷剂及绿色制冷（14页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、常用制冷剂及绿色制冷炎炎夏热，人们自然会想起带来习习凉风和舒适环境的空调；喝一杯从冰箱里拿出的 沁人心脾的饮料也会令人心旷神怡。这一切都是制冷技术带给人类的巨大福音。在现代制冷 技术飞速发展的过程中，制冷剂的发明与发展起着至关重要的作用。当前工业制冷剂大约有30多种。常用的有氨（Ammonia）和氟里昂（Freone）。先说氨， 它使用较早，广泛地用于冷藏、冷库等大型制冷设备中，其主要优点是单位容积产冷量大、 成本便宜、不与金属及冷藏油反应，热稳定性好，但也有毒性大、腐蚀有机配件的明显缺点。 其次是氟里昂，这是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称，其中氟代烷烃写作FC，含氯氟代 烷烃写作CFC，含氢

2、写作HFC，两者都有的写作HCFC。商用氟里昂的编号按规则从左至 右第一个是碳原子数减一；第二个是氢原子数加一；第三个是氟原子数，氯原子不编号，如 果还含有漠原子，先按上述原则编号，再加上字母B和漠原子的数目。按照这种原则，CBrF3 就写作FC-13B1。氟里昂的应用比氨晚60余年，但它一问世就以其无毒无臭、不燃不爆、 稳定性好、对设备有良好的润滑作用而成为制冷工业的明星，CFC-12更是广泛用于冰箱生 产中，其他如CFC-11、HCFC-22、HCFC-113、HCFC-114也都有广泛应用。但是，氟里昂有其致命的缺点，它是一种”温室效应气体”，温室效应值比二氧化碳大 1700倍，更危险的

3、是它会破坏大气层中的臭氧。80年代，美国加州两位学者率先指出，CFCs （氟氯烃）在紫外线的作用下放出氯原子，氯原子与臭氧发生自由基链反应，一个氯原子就 可以消耗上万个臭氧分子，从而影响臭氧分子250-320纳米紫外线的吸收，使过量的紫外线 到达地球表面，直接影响到人类和其他生物的生存。特别需要指出的是，CFCs的化学性质 非常稳定，排放的CFCs可以稳定地到达平流层并在其中停留40-150年，对臭氧层造成长 久的破坏。由于氟里昂对臭氧层的破坏，科学家甚至地球两极的上空发现臭氧空洞。所以， 1990年蒙特利尔协议规定，到本世纪末世界各国要停止氟里昂的生产和排放。现在各国都 在寻找氟里昂的替代产

4、品，这些产品因符合环保要求而被称作”绿色制冷剂”。要找到既符合 环保要求又具有实际使用性能的替代产品是一件很困难的事情，目前可能的产品有CFC-22、 HFC-134a、HFC-152a 等。此外，科研人员还发展了各种替代技术，包括磁致冷和吸附致冷。磁致冷又叫”顺磁盐 绝热致冷”。顺磁盐中包含铁或稀土元素，其3d、4f层电子未充满，因此具有磁性，在励磁 和退磁过程中会吸热或放热，利用这种性质发展的制冷技术具有制冷效率高、成本低、结构 简单等优点，最诱人之处在于它不污染环境，因此很有发展前景。比如以硝酸镁铈为致冷剂 的磁致冷机降温可接近OK。吸附致冷是利用吸附-脱附时吸热或放热的性质制冷，常用的

5、制 冷剂体系包括金属氢化物-氢、沸石分子筛-H2O、活性炭-氮气、氧化错（氧化铈）-氧化体 系等。新的制冷技术充分考虑到制冷剂和环境的可容性以及可持续发展的要求，被形象地称 为”绿色制冷”，是今后制冷技术发展的一大趋势，应该成为我为制冷工业抓住机遇、迎接挑 战的主流。常用的制冷剂的特性size=4R22。它是一种中温制冷剂，标准沸点在-40.8,水在R22中的 溶解度很小，与矿物油相互溶解，它不能燃烧，也不爆炸，毒性很小，渗透能力 很强，并且泄漏很难发现。R134a它是一种新型制冷剂，其标准沸点在-26.5度，其安全性好，无色，无 味，不燃烧，不爆炸，基本无毒性，化学性质稳定，R134a汽化潜

6、热大、比定压 热容大，既有较好的制冷能力，饱和气体比体积大，相同排气量压缩机的制冷剂 质量流量小，热导率高、热传导性能好，黏度低，流动性好，对臭氧层没有破坏 作用、温室效应比R22小。 R407C是由R125、R32、R134a三种工质按25%、23%、52%的质量分数混 合而成。标准压力下泡点为-43.8度，相变温度滑移为7.2度，其ODP为0，GWP 为 1980. R404A是有R125、R143a、R134a三种工质按44%、52%、4%的质量分数 混合而成，可做为R22、R502的替代品，标准压力下泡点为-46.6C，相变温度 滑移较小，为0.8左右。 R410A是由R32、R125

7、两种工质按50%、50%的质量分数混合而成的HFCS 类制冷剂，其标准压力下泡点为-51.6C，相变温度滑移小于0.2C。该制冷剂不 可燃烧其 ODP 为 0，GWP 为 2340。/size常用制冷剂知识1. 制冷剂R123不在中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案（1999年）受控的10种物质之内，R123符合国家方案的环保要求。2. 哥本哈根国际议定书修正案规定R123可使用到2040年，并且 中国目前尚未签署议定书哥本哈根修正案。3. 环保制冷剂是指当制冷剂散发至大气层后，对臭氧层的破坏大小和 对全球气候变暖的影响大小；R134a对臭氧层没有影，但对全球气候变 暖的影响是R123的十几倍，

8、所以京都议定书对R134a也作了限定 使用；R123对臭氧层有较小的影响，但对全球气候变暖影响很小。4.制冷剂R22、R123、R134a均有毒，有毒与环保是两个不同概念，有毒不等于不环保。目前家用冰箱和家用空调均大量使R22，而安全性 完全有保障。5. 制冷剂R123在离心式制冷机工作时蒸发器为负压，不存在制冷剂向外泄漏的问题。6. 中央空调的用户完全不与制冷剂相接触，根本不存在用户安全问题， 与用户接触的是水。7. 中南大学制冷方面的教授对R22、R123和R134a的几点意见：（1）制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。与采 用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的

9、腐蚀性、与润滑 油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系，可以理解为厂商的“个 性”。（2）有的制冷机组厂家声称采用无氟的制冷剂或如何环保的制冷剂， 把冷水机组的销售变成了制冷剂选用的唯一比较，给不太了解制冷剂的 用户造成困惑，而忽略了对机组本身的性能参数比较。（3）目前采用的制冷剂或多或少都含有R22等，是一种混合工质。（4）另外我国没有承诺何时终止使用R22、R123等制冷剂的时间，关 于制冷剂选择的焦虑是没有必要的，用户大可不必把心思花费到考虑选 用何种制冷剂上，这些事情应交由设备生产厂商去考虑，因为这些是他 们最关心的。常用制冷剂氟利昂制冷剂已淘汰的氟利昂CFCRl1、R12、R13

10、过渡期使用的氟利 昂 HCFCR22、R123、R124、R142bHCFC混合制冷剂R401、R402、R403 系列可长期选择的氟利昂HFCR134a、R125、R32、R143aHFC混合制冷剂R404A、R507A、R410A、R407 系列非氟利昂类制冷剂非氟利昂类制冷剂R717(NH3)、R290(C3H8)、R1270(C3H6)、R170(C2H6)、R600a(C4Hlo)、R744(CO2)非氟利昂类混合制 冷剂R290、R600a表2 R134a与R12和R22的物理特性比较特性R134aR12R22分类HFCCFCHCFC分子式CH2FCF2C2Cl2FCHClF2分子

11、量102102.986.48沸点（C）-26.2-29.8-40.84液体密度（40 C） kg/dm31.1471.2521.131气体压力（0/40 C） bar2.93/10.163.1/9.65.0/15.3临界温度C10111296.13临界压力bar40.641.649.86毒性ppm100010001000燃烧性无无无ODP (R11=1)01.00.05GWP (CO2=1)130085001700制冷剂对臭氧层的破坏程度用破坏臭氧层潜值（ODP）表示，其数值以R11的ODP值作为基准值。制冷剂的排放会产生全球气候变暖的温室效应，其影响程度用全球变暖潜值（GWP）表示。制冷剂R

12、22、R123和R134a的性质：几种制冷剂工作状态时的压力（kPa）制冷剂名称蒸发器压力（33C）（kPa）冷凝器压力(37.8C)(kPa)停机状态（222C）（kPa）R123-18.641.2-4.9R134a224.6675.7500.2R22446.21329.9851.21.R22与R123的比较：（1）R22与R123同属氢氯氟烃，但R22 的臭氧层破坏力是R123的2.5倍，温室效应指数是R123的17倍。（2） R123是低压制冷剂，工作时蒸发器为负压，冷凝器为0.04mpa，停机时 机内为一0.004mpa，因此，即便机组泄漏也只存在外界空气进入机组的 可能。（3） R2

13、2临界压力比R123高1300kpa，机组内部提高，泄漏几 率提高。2- R22与R134a的比较：（1） R134a的比容是R22的1.47倍， 且蒸发潜热小，因此就同排气体积的压缩机而言，R134a机组的冷冻能 力仅为R22机组的60%。 （2） R134a的热传导率比R22下降10%，因此 换热器的换热面积增大。（3） R134a的吸水性很强，是R22的20倍， 因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高，以避免系统的冰堵现象。（4） R134a对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统 中必须增加添加剂。（5） R134a对橡胶类物质的膨润作用较强，在实 际使用过程中，冷媒

14、泄漏率高。（6） R134a系统需要专用的压缩机及 专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散 性，在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。（7）目前，HFC类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22,设备的运行成本将上升。3.R22与R407c的比较：R407c在热工特性上与R22最为接近， 除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC类物质所具有的技术问题之 外，还由于这类物质属于非共沸混合物，其成分浓度随温度、压力的变 化而变化，这对空调系统的生产、调试及维修都带来一定的困难，对系 统热传导性能也会产生一定的影响。特别是当R407C泄漏时，系统制冷 剂在一般情况下均需

15、要全部置换，以保证各混合组分的比例，达到最佳 制冷效果。我国没有承诺何时终止使用R22、R123等制冷剂的时间，摘自：R 134a性状用途：R134a不含氯原子，对大气臭氧层不起破坏作用；具有良好的安全性 能（不易燃，不爆炸，无毒，无剌激性无腐性）；R134a的传热性能 比较接近，所以制冷系统的改型比较容易。R 134a的传热性能 比R 12好，是R12的替代品。因此制冷剂的用量可大大减 少。在常温下为无色气体，在自身压力下为无色透明液体。CFC-12和HFC-134A性能参数很接近，而且CFC-12也溶于酯类油，在 维修现场无HFC-134A时在不得已情况下，CFC-12可用于HFC-134

16、A的制冷系统（不换压缩机）中，但需更换干燥过滤器，吹净管路，维修后 基本不影响使用，但性能匹配不是最佳。物化性能：分子式C2H2F4分子量102.03沸点，C-26.1临界温度，笆101.1临界压力，Mpa4.01饱和液体密度25C，1.207（g/cm 3 ）液体比热25C，1.51 KJ/（KgC）溶解度（水中，25C）% 102.03破坏臭氧潜能值（ODP） 0全球变暖系数值（GWP） 0.129临界密度，g/cm 30.512沸点下蒸发潜能，KJ/Kg 215.0R404A性状用途：R404A由HFC125, HFC-134a和HFC-143混合而成，在常温下为无色 气体，在自身压力下

17、为无色透明液体， 是R502的长期替代品 主要用于低、中温制冷系统。物化性能：分子式：CH F2CF3/CF3CH2F/CH3CF3沸点(101.3KPa, C): -46.1临界温度C： 72.4临界压力(KPa): 3688.7液体密度 g/cm 3 , 25C: 1.045破坏臭氧潜能值(ODP)： 0全球变暖系数值(GWP)： 0.35质量指标:外观无色、不浑浊气味浅醚味纯度N%99.8%水份PPM max10酸度PPM max0.1蒸发残留物W%0.01R502性状用途:R502混合制是由HCFC22和CFC115混合而成，可用作低温制冷剂。物化性能：分子量111.6沸点，C -45

18、.4冰点。C -临界温度，C 82.1临界压力，Mpa 4.07饱和液体密度30C，（g/cm3） 1.217液体比热 30C，KJ/（KgC） 1.25等压蒸气比热（Cp），30C 及 101.3kPaKJ/（KgC） 0.147破坏臭氧潜能值（ODP） 0.18全球变暖系数值（GWP） 3.84.1临界密度，g/cm3 0.566沸点下蒸发潜能，KJ/Kg 172.5质量指标:外观无色、不浑浊气味无异臭纯度N%99.5%水份PPM max20酸度PPM max1蒸发残留物W%0.01制冷剂的类型与参数按制冷剂包含的成份可分为：1、单一制冷剂2、混合制冷剂。单一制冷剂只含有一种化学物质，其热

19、物理性能参数恒定不变，如， R134a、R152a等制冷剂都具有较高的能量效率。混合制冷剂是由两种或两种以上制冷剂组成的混合物。根据它在气液相平衡时气相和液相的组成是否相等又分为：1、共沸混合制冷剂：气液相平衡时气液两相组成相等的属于共沸混合制冷剂 （包括相平衡时气液两相组成近似相等的近共沸混合制冷剂），2、非共沸混合制冷剂。组成不相等的属于非共沸混合制冷剂。共沸混合制冷剂的选用与节能共沸混合制冷剂在一定的压力下蒸发和冷凝时，气相和液相的组成不变，且能保持恒定的温度。它和单一制冷剂具有近 似的热物理性能。这类制冷制是研究和应用最早、最成熟的制冷剂，现将已研究 的共沸混合制冷剂列入表1中。对于非

20、共沸混合制冷剂，其在蒸发器中的蒸发过程及在冷凝器中的冷凝过程 都是非理想混合过程。这两种非理想混合过程使得混合制冷剂在制冷系统中冷凝 压力降低，蒸发压力升高，压缩机的排气温度降低。这就使得制冷机的压比降低， 制冷系数提高，从而提高了制冷系统的能量效率。表1已研究的共沸混合制冷剂组成质量比标准沸对工质热力性点(C)质的改善R12/R152a73.8/26.2-33.3比R12制冷量 大1718%R12/R2225/75-41.5蒸发温度比R22低R22/R11548.8/51.2-45.6制冷量比R22大13%R23/R1340.1/59.9-88.7制冷量比R13 大R32/R11548.2/

21、51.8-57.2单级压缩可达50C以下R12/R3178/22-29.6空调工况制冷 能力比R12大 8%R31/R11455/45-12.5R124/RC31860/40-12.3有较低的冷凝 压力R290/R2231.8/68.2-48.6R22/R115/R29044.9/47.1/8-47.4改善R592同润 滑油互溶性R13B1/R3280/20-64.0R290/R11531.6/68.4-46.6不同种类的混合制冷剂具有不同的热物理性质，这就会为制冷剂的优选提供 了较大的余地。对于某一固定的制冷系统，在其最佳运行工况下，要求制冷剂必 须具有特定的热物理性质。合理选用不同的共沸混

22、合制冷剂使其满足这种特定的 热物理性质，就可以提高制冷系统的热力学效率，从而达到节能的效果。由于共沸混合制冷剂可使冷凝压力降低，而同时蒸发压力升高，这样在冷凝 温度和蒸发温度不变的情况下，压缩机的压比就会减小，从而使压缩机的功耗降 低。因此获得同样的制冷量时就只需较少的功。同时蒸发压力的升高会减小蒸发 器的真空度，使蒸发器更稳定地工作，而冷凝压力的降低会使冷凝器在更安全的 状态下远行。印度的制冷专家C.P.A RORA在第十五届国际制冷学会上发表的论 文中，以共沸混合制冷剂R22/R12(85/15)为例肯定了这个效果。由于压比的降 低，压缩机的容积效率得到改进，制冷量增加，性能系数提高，同时

23、压缩机的电 机温度也从87.5C降低到70.3C，电机启动线圈的温度从97.3C降到58.3C， 对空调器的安全运转起了重要的作用。采用共沸混合制冷剂能够使压缩机的排气温度降低，它与制冷剂的性质密切 相关。研究证明制冷剂的热容越大或绝热指数越小，则压缩机的排气温度就越低。 制冷剂R115、R114、RC318的热容都很大，它们作为混合制冷剂的组分都有降低 压缩机排气温度的能力。如共沸混合制冷剂R22/R115(48.8/51.2)在冷凝温度44C、蒸发温度-12C的情况下，其排气温度为108C，而采用单一制冷剂R22, 其排气温度为133C ；采用R12时排气温度为112C。非共沸混合制冷剂的

24、应用与节能 非共沸混合制冷剂在蒸发和冷凝时，温度及 气液相组成是不断变化的，正是由于它在蒸发器和冷凝器中的温度变化，在蒸发 器和冷凝器中实现了非等温换热，表现出它自己独特的节能特点。现将正在使用 和研究的非共沸混合制冷剂列入表2中。非共沸混合制冷剂在相变过程中出现各组分的混合与分离现象。冷凝过程是 高沸点组分冷凝和低沸点组分溶解的过程。其中各组分既要放出自己的液化潜热 又要放出混合热，最终使单位制冷剂的冷凝热增大。而蒸发过程是低沸点组分解 吸和高沸点组分蒸发的过程，此时各组分除吸收各自的汽化潜热外，还将吸收相 应的分离热，结果使单位制冷剂的吸热量即制冷量增加。这是制冷系统在没有增 加功耗的情况

25、下增加了制冷量。同时制冷剂的单位容积制冷量也相应提高。研究 表明，使用非共沸混合制冷剂后，制冷系统显著降低了能耗。例如 R22/R114(50/50)非共沸混合制冷剂取代R22用于热泵，制冷系数提高了 25%， R22/R11(50/50)在冰箱中取代R12后，功耗降低20%。表2已进行研究的非共沸混合制冷剂组成质量比用途及研究成果R12/R1190/10用于热泵R12/R12B1不定用于制冷R12/R13B160/40用于制冷及热泵R12/R11450/50用于制冷比R12节能，用于热泵比R12节能 16%R12/R142R12=50 70%用于热泵与纯组分节能10%R12/R143R143

26、 25%用于制冷R12/R22R22 25%用于制冷及热泵，主要用于改善循环参数R22/R1150/50用于制冷，节能12%R22/R11450/50用于热泵，节能25%R13B1/R151a60/40用于热泵式空调器R142/R143R143 35%用于热泵R22/R1130/70用于热泵，节能50%非共沸混合制冷剂在相变过程中其气相和液相间的织成差异影响非共沸混 合制冷剂的热力学性能。在相变过程中出现的气相和液相的组成的明显差异使非 共沸混合制冷剂的各组分比较容易混合与分离，从而达到调节混合比的目的。一 些民用空调器，在全年运行期间，外界的环境条件变化相当大，常规使用的单一 制冷剂的空调器

27、，如单一制冷剂R22的适用范围很小，它在某一特定气候条件下 性能指标非常好。而在气候条件变化时性能指标就会下降。非共沸混合制冷剂因 其相变时配比随之变化，对变工况运行的适应能力较强，可以根据气候条件变化 来调整制冷剂各组分的浓度。如使用R22/R13B1，在夏季制冷时，以高浓度R22 运行，在冬季供暖时以高浓度R13B1运行。使用这种非共沸混合制冷剂后，空调 器全年能在较高的热力学效率下运行，具有显著的节能效果。另外，采用非共沸混合制冷剂可以实现劳伦兹循环，其吸热平均温度较高， 放热平均温度较低，因此具有较高的卡诺效率。如图1所示，当制冷剂在(a)给 出的变温热源下工作时，理论上可以实现的逆卡

28、诺循环为(b)中的abcda，而劳 伦兹循环为(c)中的ABCDA，由图可以看出，对于逆循环即制冷循环，劳伦兹循 环比相应的逆卡诺循环省功。863P.COM常用制冷剂氟利昂制冷剂已淘汰的氟利昂CFCRl1、R12、R13过渡期使用的氟利 昂 HCFCR22、R123、R124、R142bHCFC混合制冷剂R401、R402、R403 系列可长期选择的氟利昂HFCR134a、R125、R32、R143aHFC混合制冷剂R404A、R507A、R410A、R407 系列非氟利昂类制冷剂非氟利昂类制冷剂R717(NH3)、R290(C3H8)、R1270(C3H6)、R170(C2H6)、R600a(C4Hlo)、R744(CO2)非氟利昂类混合制 冷剂R290、R600a