制冷劑 基礎知識.doc

碳氫制冷劑基礎知識(一)制冷劑概述制冷劑概述制冷劑概述制冷劑概述1、什么是制冷劑？答：制冷劑又稱制冷工質，它是在制冷系統中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實現制冷的工作物質?？照{制冷中主要是采用鹵代烴制冷劑，其中不含氫原子的稱為氯氟烴(CFC)，含氫原子的稱為氫氯氟烴(HCFC)，不含氯原子的稱為氫氟烴(HFC)。制冷劑在蒸發(fā)器內吸收被冷卻介質（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質直接關系到制冷裝置的制冷效果、經濟性、安全性及運行管理，因而對制冷劑性質要求的了解是不容忽視的。2、對制冷劑性質有哪些要求？（1） 環(huán)保性 要求工質的臭氧消耗潛能值（ODP）與全球變暖潛能值（GWP）盡可能小，以減小對大氣臭氧層的破壞及引起全球氣候變暖。（2）具有優(yōu)良的熱力學特性 具有優(yōu)良的熱力學特性以便能在給定的溫度區(qū)域內運行時有較高的循環(huán)效率。具體要求為：臨界溫度高于冷凝溫度、與冷凝溫度對應的飽和壓力不要太高、標準沸點較低、流體比熱容小、絕熱指數低、單位容積制熱量較大等。（3）具有優(yōu)良的熱物理性能具體要求為：較高的傳熱系數、較低的粘度及較小的密度。（4）具有良好的化學穩(wěn)定性要求工質在高溫下具有良好的化學穩(wěn)定性，保證在最高工作溫度下工質不發(fā)生分解。（5）與潤滑油有良好互溶性。（6）安全性。工質應無毒、無刺激性、無燃燒性及爆炸性。（7）有良好的電氣絕緣性。（8）經濟性。要求工質低廉，易于獲得。3、制冷劑是怎樣分類的？ 在壓縮式制冷劑中廣泛使用的是氨、氟里昂和烴類。一、按照化學成分，制冷劑可分為五類：無機化合物制冷劑、氟里昂、飽和碳氫化合物制冷劑、不飽和碳氫化合物制冷劑和共沸混合物制冷劑。（1）無機化合物制冷劑：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。對于無機化合物制冷劑，國際上規(guī)定的代號為R及后面的三位數字，其中第一位為“7”后兩位數字為分子量。如水R718.等。（2）氟里昂（鹵碳化合物制冷劑）：氟里昂是飽和碳氫化合物中全部或部分氫元素（CL）、氟（F）和溴（Br）代替后衍生物的總稱。國際規(guī)定用“R”作為這類制冷劑的代號，如R22.等。又有人稱之為氟利昂的。（3）飽和碳氫化合物制冷劑：這類制冷劑中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和環(huán)狀有機化合物等。代號與氟里昂一樣采用“R”，這類制冷劑易燃易爆。如R50、R170、R290.等。（4）不飽和碳氫化合物制冷劑：這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后的數字多為“1”，如R113、R1150.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，但它們的熱力性質卻不同于混合前的物質，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。如R500、R502.等。2、 根據冷凝壓力，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。高溫、中溫及低溫制冷劑：根據制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時飽和壓力Pk和正常蒸發(fā)溫度T0的高低，一般分為三大類：（1）低壓高溫制冷劑。適用于空調系統的離心式制冷壓縮機中。（2）中壓中溫制冷劑。如717、12、22等，這類制冷劑一般用于普通單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機中。（3）高壓低溫制冷劑。如13（CF3Cl）、14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復迭式制冷裝置的低溫部分或以下的低溫裝置中。4、空調制冷劑對環(huán)境有什么影響空調制冷劑對環(huán)境有什么影響空調制冷劑對環(huán)境有什么影響空調制冷劑對環(huán)境有什么影響？ 空調制冷劑對大氣環(huán)境的影響主要有兩個方面，一是對大氣臭氧層的破壞，另一方面是使全球氣候變暖的溫室效應。 在鹵代烴中，隨著氯原子數的增加，其對大氣臭氧層的破壞就愈嚴重，因此，CFC對大氣臭氧層的破壞最嚴重，HCFC對大氣臭氧層的破壞程度相對較小，HFC不破壞臭氧層。制冷劑對臭氧層的破壞程度用破壞臭氧層潛值(Ozone depletionpotentia，簡稱ODP)表示。制冷劑的排放會產生全球氣候變暖的溫室效應，其影響程度用全球變暖潛值(Globalwarmingpotential，簡稱GWP)表示。5、 制冷劑發(fā)展歷史是如何劃分的？制冷劑的發(fā)展經歷了三個階段： 第一階段，從1830年到1930年，主要采用NH3、CO2、H2O等作為制冷劑，它們有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了約100年的時間。 第二階段，從1930年到1990年，主要采用CFCs和HCFCs制冷劑，使用了約60年。 第三階段，從1990年至今，進入了以HFCs（含氟烴）為主的時期。6、常用汽車空調制冷劑有哪些？（1）氟利昂12（代號：12）12為烷烴的鹵代物，學名二氟二氯甲烷。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。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。12的標準蒸發(fā)溫度為29.8，冷凝壓力一般為0.780.98MPa，凝固溫度為-155，單位容積標準制冷量約為288kcal/3。12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以時，則分解出劇毒的光氣。12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(guī)定12中含水量不得大于0.0025。R12對一般金屬不腐蝕，但能腐蝕鎂及含鎂超過2%的鋁鎂合金。它對天然橡膠和塑料有膨潤作用，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。R12的滲透性很強，甚至鑄件的極細縫隙，螺紋接合處等都可能泄漏，因此要求機器的密封性要良好。否則，會造成密封墊片的膨脹引起制冷劑的泄漏。由于R12在大氣中分解后釋放出的氯原子對臭氧層具有破壞作用，導致大氣中臭氧濃度下降及形成臭氧空洞危害地球環(huán)境。根據蒙特利爾協議，發(fā)達國家1996年開始停止使用包括R12在內的CFC系列制冷劑，發(fā)展中國家在2000年基本停止使用CFC系列制冷劑，到2030年將全面停止使用HCFC系列制冷劑。因此，必須開發(fā)適合汽車空調系統的制冷劑R12的替代品。目前，有兩種物質可作為R12的替代物應用于汽車空調。一是R134A（四氟乙烷），二是碳氫化合物。（2）R134A（四氟乙烷） R-134A制冷劑，別名R134A、HFC134A、HFC-134A、由于R-134A屬于HFC類物質（非ODS物質Ozone-depletingdepletingSubstances）因此完全不破壞臭氧層，是當前世界絕大多數國家認可并推薦使用的環(huán)保制冷劑，也是目前主流的環(huán)保制冷劑，廣泛用于新制冷空調設備上的初裝和維修過程中的再添加，是目前使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑。其主要特點是：不含氯原子；具有良好的安全性能；物理性能與CFCl2比較接近，所以制冷系統的改型比較容易；傳熱性能比CFCl2好，制冷劑的用量可大大減少。HFC134A和CFCl2有相近的蒸發(fā)壓力并且ODP值為零，GWP值僅0.29，且無明顯毒性(長期慢性毒性試驗仍在進行中)。由于R134A良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的CFC-12的替代品。目前R134A已商品化，廣泛地應用于制冷空調中，尤其是成功地用于汽車空調。這是因為一是由于R-134A特性使然，二是通過選擇單一的冷媒，可以避免制冷劑經過膠皮軟管時組成發(fā)生變化，目前全球生產的R-134a制冷劑中50%用于汽車空調，由于汽車空調的特殊工況，一般情況下每兩年就要加注一次制冷劑。2006年中國新車消費R-134A約6550噸，維修用量約2950噸，合計9500噸，同比增長25%，約占R-134A消費總量的56%。由此可見中國汽車空調市場是巨大的，對制冷劑的需求也是巨大的。根據歐盟已通過的含氟溫室氣體控制法規(guī)的要求，自2017年1月1日起，歐盟將禁止新生產的汽車空調使用GWP值大于150的制冷劑，由于現在使用的R-134A的GWP值為1300，故將被禁用；在2011年1月1日至2017年1月1日的6年間，在用汽車空調將按比例逐步淘汰GWP值大于150的制冷劑；自2017年1月1日起，將禁止所有汽車空調使用GWP值大于150的制冷劑。因而，汽車空調使用低GWP值的制冷劑成為趨勢和必然。（3）R600a（異丁烷） 碳氫制冷劑臭氧層的破壞和全球氣候變化，是當前世界所面臨的主要環(huán)境問題。由于制冷空調廣泛采用CFC與HCFC類物質對臭氧層有破壞作用以及產生溫室效應，使全世界的這一行業(yè)面臨嚴重的挑戰(zhàn)。CFC與HCFC的替代已成為當前國際性的熱門話題。國際普遍認為：21世紀將是天然制冷工質的世紀。各國都在積極跟蹤，注意天然工質的研究開發(fā)。在各種天然制冷劑中,烷烴(又稱碳氫化合物,縮寫HC).是引起各國科學家注意的天然制冷工質,并對它的應用技術進行了詳細的研究.烷烴:“鯊魚”牌HCR-22，丙烷(R290),異丁烷(R600a)正丁烷(R600),是從自然界獲得的成分之一.具有零臭氧耗損值(ODP)和極低的溫室效應值(GWP).歐洲是發(fā)展烷烴制冷劑應用于家用電器最早的地區(qū).世界綠色和平組織也積極推薦碳氫化合物作為替代的制冷工質,德國AEG公司于1990年開始對碳氫制冷劑的研究,進行一系列試驗表明異丁烷(R600a)用于冰箱永久替代氟利昂(CFC).歐洲地區(qū)特別是德國90%以上的冰箱使用R600a作為制冷劑.世界各國也逐步擴大使用R600a制冷劑我國目前的冰箱也大部分都使用R600a.7、制冷劑的發(fā)展趨勢是什么？總得來說，制冷劑的發(fā)展趨勢應該滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，并且推動其進一步發(fā)展。根據可持續(xù)發(fā)展中經濟發(fā)展與保護資源、保護生態(tài)環(huán)境的協調一致的核心要求，制冷劑的發(fā)展方向有兩個：一個是環(huán)保。使用綠色環(huán)保的制冷劑已經是大勢所趨，綠色環(huán)保制冷劑可以是合成的，也可以是天然的，雖然合成的環(huán)保制冷劑也對臭氧不會造成破壞，但從地球生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展來看天然制冷劑是最理想的選擇，因為天然制冷劑本來就是地球生態(tài)系統中存在的，無論是使用還是排放到環(huán)境中，取之于自然回之于自然，對環(huán)境的影響比合成制冷劑都小的多，相信隨著技術的不斷進步，天然制冷劑必將大有發(fā)展。一直以來制冷劑的替代研究工作也是沿著環(huán)保的方向發(fā)展的，并且已經對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展起到了很大的促進作用，2003年9月為紀念“國際臭氧層日”，聯合國環(huán)境規(guī)劃署和國際氣象組織在巴黎發(fā)表了由37個國家250名專家聯合作出的關于大氣臭氧層狀況的評估報告。報告指出，自從保護臭氧層的蒙特利爾協議得到183個國家簽署之后，各國做了很多努力，大氣臭氧層已出現了恢復的跡象，但在今后幾十年中依然很脆弱。1998年以來的研究表明，破壞同溫層臭氧層的氣體水平幾乎已經達到頂點，但是破壞對流層內臭氧層的化學物質總量正在以緩慢的速度下降。其表現形式是：南極上空的臭氧層空洞近幾十年來一直在擴大，但近年來速度已經放慢低于上世紀80年代水平；北極上空的臭氧層空洞正在縮小，表明臭氧層正在恢復。第二是節(jié)能。隨著人們生活水平的提高制冷空調等設備越來越普及，同時其消耗的大量的能源也越來越引起人們的注意，今夏我國18個省市出現電力緊缺問題，中國電監(jiān)會的一項調查顯示，供需矛盾加劇造成今夏電力吃緊，其中空調制冷負荷快速增長是不可忽視因素。今夏我國華東、華中、華南地區(qū)持續(xù)高溫，空調制冷負荷猛增。華東電網、南方電網、華中電網空調制冷負荷比重已超過30，個別省電網甚至接近40。而電能的產生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃燒產物如CO2等還可引起溫室效應等環(huán)境問題。因此除了改進制冷技術外還可從制冷劑上下手，通過研制新型節(jié)能制冷劑降低制冷空調設備的能耗也是一個發(fā)展方向。綜上所述，制冷劑的發(fā)展是與環(huán)境保護和地球生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展密切相關的，制冷劑的發(fā)展趨勢體現了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求。8、R-134A替代品選擇原則是什么？（1） 環(huán)保方面要符合環(huán)保要求，要從ODP、GWP和POCP三方面來進行綜合評價。（2） 安全性方面 要求能夠安全使用。制冷劑是否可燃，一般和其GWP值呈反比關系。對于GWP值很低的可燃制冷劑，只要我們采取可靠的技術手段，就可以使其得到安全使用。（3） 使用性能方面能效和容積制冷量要求高于R-134A。（4） 使用量方面要求系統充注量小于R-134A，以節(jié)約資源，建議選用相對單位質量制冷量大而密度小的物質，以盡可能減少系統加注量。（5） 減少替代成本方面 要求實現灌注式直接替代，既在現有的汽車空調制冷系統中不更換壓縮機、潤滑油等主要零部件，僅通過更換制冷劑進行替代。（二）碳氫制冷劑介紹 1、綠色環(huán)保的替代工質由于CFC和HCFC對地球臭氧層的破壞和導致溫室效應,在制冷空調與熱泵行業(yè)采用全無環(huán)害工質(ODP=0,GWP=0)的要求十分迫切,因此尋找高效、綠色環(huán)保制冷工質成為當前國際社會共同關注的問題,世界各國的科學家加緊研究其替代工質。碳氫化合物類自然工質如“鯊魚”牌HCR-22，R600a和R290，從熱力循環(huán)方面都是良好的制冷劑，具有零ODP值和基本為零的GWP值，并與常用潤滑油有良好的相容性。目前作為制冷劑應用的碳氫化合物主要是“鯊魚”牌HCR-22，丙烷(R290)、丁烷(R600)和異丁烷(R600a)等,特別是丙烷,已經在石化工業(yè)大型制冷裝置應用多年。丙烷具有優(yōu)良的熱力性能,相對分子質量比氨大,但仍比鹵代烴小得多,傳熱性能亦稍次于氨,但比CFC,HCFC和HFC要好得多。 2、簡要歷史 其實碳氫化合物制冷劑自19世紀末就已經得到應用了。通常是和氨一起混和使用的。是在1930年代開始引入化學制冷劑之前使用最廣泛的制冷劑。碳氫化合物R600A（異丁烷）自1933年開始在家用冷藏工業(yè)領域用于替代R12和R-134A。今天在歐洲，碳氫制冷劑已經在冷藏冷凍行業(yè)中占主導地位。特別是德龍公司已經有了生產灌注碳氫制冷劑的家用空調超過10年歷史。其制冷范圍從500W到3200W，制冷劑灌注量從100克到500克。 3、科學研究試驗結果在HCs制冷劑熱物性分析的基礎上,對不同比例的R290（丙烷）和R600a（異丁烷）混合物的飽和蒸氣壓、單位容積制冷量進行了分析,并與R134a進行了比