第三章 制冷劑、載冷劑和潤滑油

第三章基本要求應(yīng)從熱力學(xué)、物理學(xué)、安全性等方面了解對(duì)制冷劑的要求目前常用的制冷劑主要有R717、R12、R22、R502等，應(yīng)熟悉這些制冷劑的主要性質(zhì)及使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)了解載冷劑和潤滑油的種類、使用場合及選擇方法主要內(nèi)容制冷劑的種類對(duì)制冷劑的要求常用制冷劑及性質(zhì)載冷劑貯冷劑潤滑油第一節(jié)制冷劑的種類一、無機(jī)化合物類制冷劑（一）種類水、二氧化碳、空氣、氨等（二）表示方法一般符號(hào)R表示，R后的第一位數(shù)字是7，后兩位數(shù)是該無機(jī)化合物的分子量如水為R718，二氧化碳為R744，氨為R717等等制冷劑——在直接制冷系統(tǒng)中，依靠自身的狀態(tài)變化來傳遞能量的物質(zhì)二、氟里昂類制冷劑

（一）氟里昂類制冷劑——指飽和碳?xì)浠衔锏柠u族衍生物的總稱（目前應(yīng)用的主要是甲烷和乙烷的衍生物）（二）表示方法用符號(hào)R或F表示，R、F后的數(shù)字表示氟、氫、氯的原子的個(gè)數(shù)（三）性質(zhì)隨分子中的氟、氫、氯的原子的個(gè)數(shù)不等而變化

氟原子的個(gè)數(shù)越多，毒性越小，化學(xué)穩(wěn)定性愈高；氫原子數(shù)越少，燃燒性和爆炸性越??；而氯原子數(shù)越多，蒸發(fā)溫度越高，對(duì)大氣的破壞性也越大（四）選擇

一般選擇蒸發(fā)溫度在-130℃~+80℃，含氟原子較多，氯原子較少的化合物三、共沸溶液制冷劑（一）概念：

由兩種或兩種以上制冷劑按一定的比例混合而成的、在一定的蒸發(fā)壓力下有恒定的蒸發(fā)溫度，其氣相和液相的組成相同并保持不變的工質(zhì)（二）優(yōu)點(diǎn)①

蒸發(fā)溫度比單一工質(zhì)低②

在相同的工作條件下制冷量比單一工質(zhì)大③

排氣溫度低④化學(xué)穩(wěn)定性比單一工質(zhì)好（三）常用種類：R502、R500四、碳?xì)浠衔?/p>

如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和丙烯等，主要用于石油化工工業(yè)，優(yōu)點(diǎn)是易得，價(jià)低，凝固溫度低等，但安全性差，易燃易爆制冷劑按蒸發(fā)溫度的高低、冷凝壓力的大小等分類類別制冷劑標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度/℃常溫下冷凝壓力/105Pa使用范圍高溫低壓制冷劑R11、R21、R113、R114＞0≤1.96~7.94適用于空調(diào)系統(tǒng)用的離心式壓縮機(jī)中溫中壓制冷劑R717、R12、R22、R502-70~0＜19.6適用于空調(diào)或冷庫制冷系統(tǒng)和活塞式壓縮機(jī)低溫高壓制冷劑R13、R14、R23、R503＜-7019.6~68.6適用于-70℃以下的制冷系統(tǒng)或復(fù)疊式制冷裝置的低溫部分第二節(jié)對(duì)制冷劑的要求一、熱力學(xué)性質(zhì)方面的要求（一）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：蒸發(fā)溫度要低，一般不高于-10℃；蒸發(fā)壓力應(yīng)高于或接近大氣壓（二）在工作溫度范圍內(nèi)，冷凝壓力不宜過高：一般不超過（11.76~14.7）×105Pa（三）單位容積制冷量要qv大（離心式或小型壓縮機(jī)例外），單位質(zhì)量制冷量q0要大（四）臨界溫度要高：使其在常溫或普通低溫下易液化（五）凝固點(diǎn)要低：以便取得較低的蒸發(fā)溫度二、物理化學(xué)性質(zhì)方面的要求（一）粘度和密度要?。簻p少流動(dòng)阻力（二）有較強(qiáng)的換熱性能（三）有一定的吸水性：避免“冰塞“發(fā)生（四）化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要好：在工作范圍內(nèi)，不然不爆，高溫下不分解，不腐蝕制冷機(jī)材料，對(duì)密封材料的溶解、膨脹作用小，不與潤滑油起化學(xué)反應(yīng)（五）無毒、無臭、對(duì)環(huán)境無污染部分制冷劑液體的粘度制冷劑飽和蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)制冷劑飽和液體的導(dǎo)熱系數(shù)制冷劑與潤滑油的溶解曲線

三、經(jīng)濟(jì)性方面的要求價(jià)格低廉，容易獲得完全符合以上要求的制冷劑不可能存在，在實(shí)際選用時(shí)，應(yīng)將需要和可能的原則結(jié)合起來，如大中型冷庫，一般采用價(jià)廉和便于補(bǔ)給的制冷劑，如R717、R22等；對(duì)于設(shè)在人口密集場所的制冷裝置（小型冷庫、冰箱、空調(diào)等），要考慮安全性，一般選用R12、R22等第三節(jié)常用制冷劑及性質(zhì)一、氨（NH3）代號(hào)R717（一）熱力學(xué)性質(zhì)標(biāo)態(tài)下蒸發(fā)溫度為-33.4℃，蒸發(fā)壓力大于1個(gè)大氣壓，冷凝壓力不超過15×105Pa，臨界溫度高，汽化潛熱大，單位容積制冷量大（2166kJ/m3），導(dǎo)熱系數(shù)大，但壓縮終溫高；適用于-65~10℃之間的制冷（二）物理化學(xué)方面的性質(zhì)1.粘度密度小，流動(dòng)阻力小2.氨與潤滑油不相溶使系統(tǒng)中存在油膜，影響傳熱，積存在系統(tǒng)中的潤滑油應(yīng)定期排出3.氨與水以任意比互溶可避免“冰塞“（但氨含水使蒸發(fā)溫度升高、潤滑油潤滑效果下降并對(duì)銅和銅合金（磷青銅外）有腐蝕作用，含水率＜0.2%）4.安全性差氨無色，有毒、有刺激性，當(dāng)空氣中的氨濃度達(dá)到一定量時(shí)引起人中毒、易燃易爆等，規(guī)定＜20mg/m35.氨價(jià)廉易得6.易檢漏可用肥皂水檢漏，也可用試紙檢漏，石蕊試紙由紅變藍(lán)，而酚酞試紙變?yōu)槊倒寮t二、R12（CF2Cl2）

（一）熱力學(xué)性質(zhì)

標(biāo)態(tài)下蒸發(fā)溫度為-29.8℃，蒸發(fā)壓力接近1個(gè)大氣壓，冷凝壓力不超過12×105Pa，臨界溫度高，單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量小，導(dǎo)熱系數(shù)大，壓縮終溫低（二）物理化學(xué)方面的性質(zhì)安全性好無色、無毒、無臭，不燃不爆，但與明火接觸或溫度高于400℃以上時(shí)，分解出有毒的光氣，在有R12處嚴(yán)禁明火2.可與潤滑油以任意比互溶潤滑油變稀影響潤滑效果，使制冷劑蒸發(fā)溫度升高、傳熱系數(shù)下降，系統(tǒng)無須設(shè)集油器，但制冷劑應(yīng)有足夠高的流動(dòng)速度3.不溶于水，易產(chǎn)生“冰塞“

含水時(shí)引起金屬腐蝕，要求含水率<0.0025%，充灌前要干燥處理并在系統(tǒng)中安裝干燥過濾器4.能溶解多種有機(jī)物

系統(tǒng)不能使用一般的橡皮墊圈（片），應(yīng)用氯丁二烯人造橡膠或丁腈橡膠5.比重大，流動(dòng)阻力大6.易泄漏且不易發(fā)現(xiàn)

檢漏用鹵素?zé)羰褂脮r(shí)若鹵素?zé)艋鹧鏋樗{(lán)色或紅色為正常，若火焰顏色呈藍(lán)綠色，則該處有制冷劑泄漏，顏色越深，泄漏量越多三、R22（CHF2Cl）

（一）熱力學(xué)性質(zhì)標(biāo)態(tài)下蒸發(fā)溫度為-40.8℃，蒸發(fā)壓力接近1個(gè)大氣壓，冷凝壓力不超過15.68×105Pa，臨界溫度高，單位容積制冷量與R717相近，比R12大60%，但壓縮終溫較高；一般用于-60℃以上的制冷。廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)（二）物理化學(xué)方面的性質(zhì)1.無色、無味，不燃不爆，毒性比R12略高2.可與潤滑油有限互溶對(duì)潤滑油的潤滑效果有一定的影響，在制冷系統(tǒng)的低溫側(cè)，R22與潤滑油有分層現(xiàn)象；系統(tǒng)無須設(shè)集油器，但制冷劑應(yīng)有足夠高的流動(dòng)速度3.水溶性比R12大，易產(chǎn)生“冰塞“要求含水率<0.0025%，充灌前要干燥處理并在系統(tǒng)中安裝干燥過濾器4.易泄漏并不易發(fā)現(xiàn)：檢漏方法與R12同四、

R13（CF3Cl）

（一）熱力學(xué)性質(zhì)1.蒸發(fā)溫度為-81.5℃2.凝固溫度為-180℃3.常溫下壓力較高4.臨界溫度低（二）物理化學(xué)性質(zhì)1.不燃不爆，毒性比R12小，不溶于潤滑油，水溶性與R12相同2.適用于-120~-80℃的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，作為低溫級(jí)的制冷劑五、共沸溶液制冷劑R502（一）組成：48.8%的R22（-40.8℃）+51.2%的R115（-38℃）的質(zhì)量比混合而成（二）蒸發(fā)溫度-45.6℃，單位容積制冷量比R22大（5%~30%），排氣溫度比R22低（10~25℃）；與R22共用潤滑油（三）

不燃燒，無毒，無腐蝕性，比R22有更好的熱力學(xué)性能；適于-40~-45℃的封閉式制冷機(jī)組中（四）價(jià)格較貴六、非共沸混合工質(zhì)

不存在固定的沸點(diǎn)，在等壓條件下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，氣相與液相組分不同且不斷變化（一）非共沸混合工質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)

1.因其在蒸發(fā)和冷凝過程中相變溫度是變化的，有可能較好地適應(yīng)變溫?zé)嵩匆詼p少傳熱溫差，提高循環(huán)的熱力完善度

2.有可能增大壓縮機(jī)的制冷量

3.可降低壓縮比，使單級(jí)壓縮制冷能得到較低的蒸發(fā)溫度（二）常用的非共沸混合工質(zhì)R12/R22、R12/R13、R22/R13、R22/R114、R22/R152a、R11/R12等等七、環(huán)境污染與CFC替代（一）CFCS（鹵代烴中的氯氟烷烴類物質(zhì)）制冷劑的命名CFC類指全鹵化的氯氟化烴類物質(zhì)，即不含氫原子的CFCS制冷劑，對(duì)臭氧層的破壞能力和溫室效應(yīng)都很強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，在大氣中的壽命在數(shù)十年到數(shù)百年；（R11、R12）HCFC類指含氫的氯氟化烴類物質(zhì)，對(duì)臭氧層的破壞能力和溫室效應(yīng)比CFC類弱，化學(xué)穩(wěn)定性也比CFC類差，在大氣中的壽命在十幾年的到數(shù)十年，但長期使用仍有嚴(yán)重后果（如R22）3.HFC類指含氫不含氯的氟化烴類物質(zhì)，對(duì)臭氧層不產(chǎn)生破壞作用，溫室效應(yīng)也很弱，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在大氣中的壽命在數(shù)年到數(shù)十年；如R134a（二）CFC替代

1.替代原因1）對(duì)臭氧層破壞造成臭氧空洞

2）溫室效應(yīng)（即全球氣候變暖）造成溫室效應(yīng)的原因：（1）二氧化碳散發(fā)、森林的采伐（占64%）（2）碳?xì)浠衔镌斐桑ㄕ?9%）（3）制冷劑造成（占11%)(4)氧化氮引起（占6%）（三）CFC破壞臭氧層是全球性的環(huán)境污染問題，引起國際社會(huì)的共同關(guān)注

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃暑（UNEF）多次召開國際會(huì)議1985年3月通過《關(guān)于保持臭氧層的維也納公約》1987年30多個(gè)國家外長簽署《關(guān)于消耗臭氧物質(zhì)蒙特利爾議定書》，即對(duì)R11、R12、R113、R114、R115等進(jìn)行限制1989年5月通過《保護(hù)臭氧層的赫爾辛基宣言》1990年6月通過《蒙特利爾議定書修正案》（四）CFC替代

指用相對(duì)安全的制冷劑替代危害性大的制冷劑1.使用氫氯氟碳類（HCFCs）制冷劑替代CFC類制冷劑作為短期解決途徑如R22可使用一定的年限

2.使用氫氟碳類（HFCs）制冷劑替代CFC類制冷劑作為長期解決途徑如用R134a或R152a替代R12，用R123替代R11，用R410a或R32替代R22（五）制冷劑的發(fā)展趨勢

使用天然的制冷劑空氣（R729）水蒸氣（R718）烴類二氧化碳（R744）氨（R717）八、制冷劑的檢漏和存放（一）檢漏對(duì)有刺激性氣味的制冷劑（氨）依靠人的嗅覺檢漏利用肥皂水尋找漏氨部位（產(chǎn)生氣泡）或用酚酞試紙（有漏氨處試紙變紅）對(duì)無任何氣味的制冷劑用肥皂水檢漏用鹵素?zé)簦ɑ鹧骖伾兙G）用電子檢漏儀（靈敏度極高）觀察接縫處是否有潤滑油滲漏

（二）制冷劑的存放注意事項(xiàng)1.鋼瓶必須經(jīng)過耐壓試驗(yàn)并定期檢查2.不同的制冷劑應(yīng)采用固定的專用鋼瓶，并在鋼瓶上標(biāo)明所存放的制冷劑的名稱3.儲(chǔ)存制冷劑的鋼瓶不得露天安放或爆曬在陽光下，安放地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離熱源第四節(jié)載冷劑

一、載冷劑（冷媒）——在間接制冷系統(tǒng)中用來傳遞冷量的中間介質(zhì)二、對(duì)載冷劑的要求冰點(diǎn)要低，揮發(fā)性要小。在使用溫度范圍內(nèi)，不凝固、不汽化（冰點(diǎn)應(yīng)低于使用溫度4~8℃；沸點(diǎn)應(yīng)高于系統(tǒng)可能達(dá)到的最高溫度）比熱要大?？蓽p少冷媒的循環(huán)量，從而減少泵的功耗密度小、粘度小。減小流動(dòng)阻力導(dǎo)熱系數(shù)大。減少換熱器的面積不腐蝕設(shè)備，無毒、無臭、無刺激性，化學(xué)穩(wěn)定性好價(jià)廉易得三、常用的載冷劑（一）水1.優(yōu)點(diǎn)

價(jià)廉易得、無毒無味、不燃不爆、性質(zhì)穩(wěn)定、比熱大、密度??；廣泛用于0℃以上的空調(diào)工況2.缺點(diǎn)

不能得到低的制冷溫度（二）無機(jī)鹽水溶液（CaCl2和NaCl水溶液）鹽水的性質(zhì)與鹽水中鹽的濃度有關(guān)1.優(yōu)點(diǎn)

可獲得較低的制冷溫度。如當(dāng)NaCl水溶液的共晶濃度為23.1%（質(zhì)量濃度）時(shí)其共晶溫度為-21.2℃；又如CaCl2水溶液的共晶濃度為29.9%（質(zhì)量濃度）時(shí)其共晶溫度為-55℃2.缺點(diǎn)

濃度大密度大阻力大；濃度大比熱小流量增加功耗增加；對(duì)設(shè)備的腐蝕性大且隨濃度的增加、含氧量增加和pH值的下降而增大3.降低鹽水溶液腐蝕作用的方法1）保證鹽水溶液應(yīng)呈堿性（pH=8.5）2）減少鹽水與空氣的接觸（采用密閉的鹽水循環(huán)系統(tǒng)）3）添加防腐劑（重鉻酸鈉和氫氧化鈉）對(duì)NaCl鹽水溶液1立方米鹽水中加重鉻酸鈉3.2kg和氫氧化鈉0.896kg對(duì)CaCl2鹽水溶液每立方米鹽水中加重鉻酸鈉1.6kg和氫氧化鈉0.489kg（三）有機(jī)物載冷劑

1.甲醇水溶液有燃燒性，使用時(shí)注意防火

2.乙二醇水溶液無色、無味、不燃燒，略帶毒性但無危害

有機(jī)物載冷劑主要用于不允許使用腐蝕性載冷劑的場合第五節(jié)貯冷劑在制冷系統(tǒng)中用于暫時(shí)貯存冷量的物質(zhì)

作用：①制冷機(jī)工作時(shí)用于貯存冷量，而制冷機(jī)停機(jī)時(shí)可融化吸熱以維持被冷物體的低溫②可節(jié)省能量③可減少被冷物體的溫度波動(dòng)④當(dāng)系統(tǒng)冷負(fù)荷突然增加時(shí)可用來彌補(bǔ)制冷機(jī)制冷量的不足

一般采用共晶冰作為貯冷劑第六節(jié)潤滑油（冷凍機(jī)油）

一、潤滑油的作