制冷劑的要求
熱力學(xué)的要求
在大氣壓力下，制冷劑的蒸發(fā)溫度(沸點)ts要低。這是一個很重要的性能指標。ts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to下，使其蒸發(fā)壓力Po高于大氣壓力。以避免空氣進入制冷系統(tǒng)，發(fā)生泄漏時較容易發(fā)現(xiàn)。
要求制冷劑在常溫下的冷凝壓力Pc應(yīng)盡量低些，以免處于高壓下工作的壓縮機、冷凝器及排氣管道等設(shè)備的強度要求過高。并且，冷凝壓力過高也有導(dǎo)致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大。
對于大型活塞式壓縮機來說，制冷劑的單位容積制冷量qv要求盡可能大，這樣可以縮小壓縮機尺寸和減少制冷工質(zhì)的循環(huán)量；而對于小型或微型壓縮機，單位容積制冷量可小一些；對于小型離心式壓縮機亦要求制冷劑qv要小，以擴大離心式壓縮機的使用范圍，并避免小尺寸葉輪制造之困難。
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。
制冷劑 分子式 分子量u 正常蒸發(fā)溫度ts(℃) 凝固點tf(℃) 臨界溫度 tkp(℃) 臨界壓力PKP絕對壓力 絕熱指數(shù)K
水（R718） H2O 18.02 +100 ±0 +374.1 225.6 1.33
氨（R717） NH3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31
R11 CFCL3 137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17
R12 CF2CL2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15
R13 CF3CL 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 -
R22 CHF2CL 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19
R115 C2F5CL 154.48 -38 -106 +80 33 1
物理化學(xué)的要求
制冷劑的粘度應(yīng)盡可能小，以減少管道流動阻力、提換熱設(shè)備的傳熱強度。
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。
制冷劑與油的互溶性質(zhì)：制冷劑溶解于潤滑油的性質(zhì)應(yīng)從兩個方面來分析。如果制冷劑與潤滑油能任意互溶，其優(yōu)點是潤滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機的各個部件，為機體潤滑創(chuàng)造良好條件；且在蒸發(fā)器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。其缺點是從壓縮機帶出的油量過多，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)點是從壓縮機帶出的油量少，故蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度較穩(wěn)定。其缺點是在蒸發(fā)器和冷凝器換熱面上形成很難清除的油膜，影響了傳熱。
類 別 溶解性 制冷劑 產(chǎn)生的影響
1 難溶 NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2 無
2 微溶（在壓縮機曲軸箱和冷凝器內(nèi)相互溶解，在蒸發(fā)器內(nèi)分解） R22、R114、R152、R502 溶解時降低潤滑油的沾度
3 完全溶解 R11、R12、R21、R113、烴類、CH3CI、R500 降低潤滑油的沾度和凝固點，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高
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”，影響正常運行。
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)。同時制冷劑本身或與油、水等相混時，對金屬不應(yīng)有顯著的腐蝕作用，對密封材料的溶脹作用應(yīng)小。
安全性的要求
由于制冷劑在運行中可能泄漏，故要求工質(zhì)對人身健康無損害、無毒性、無刺激作用。
制冷劑的分類
在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類。按照化學(xué)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。根據(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。
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(shù)字，其中第一位為“7”后兩位數(shù)字為分子量。如水R718...等。
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。
飽和碳氫化合物：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，安全性很差。如R50、R170、R290...等。
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(shù)字多為“1”，如R113、R1150...等。
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。
高溫、中溫及低溫制冷劑：是按制冷劑的標準蒸發(fā)溫度和常溫下冷凝壓力來分的。
制冷劑 使用溫度范圍 壓縮機類型 用途 備注
R717（氨） 中、低溫 活塞式、離心式 冷藏、制冰 在普通制冷領(lǐng)域
R11 高溫 離心式 空調(diào)
R12 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 冷藏、空調(diào) 高溫為：10-0℃
R13 超低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 超低溫
R22 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏、低溫 中溫為：0--20℃
R114 高溫 活塞式 特殊空調(diào) 低溫為：-20--60℃
R500 高、中溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式、離心式 空調(diào)、冷藏 超低溫為：-60--120℃
R502 高、中、低溫 活塞式、回轉(zhuǎn)式 空調(diào)、冷藏、低溫
氨（R717）的特性
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℃到-70℃，當(dāng)冷卻水溫度高達30℃時，冷凝器中的工作壓力一般不超過1.5MPa。
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，氨壓縮機之尺寸可以較小。
純氨對潤滑油無不良影響，但有水分時，會降低冷凍油的潤滑作用。
純氨對鋼鐵無腐蝕作用，但當(dāng)氨中含有水分時將腐蝕銅和銅合金（磷青銅除外），故在氨制冷系統(tǒng)中對管道及閥件均不采用銅和銅合金。
氨的蒸氣無色，有強烈的刺激臭味。氨對人體有較大的毒性，當(dāng)氨液飛濺到皮膚上時會引起凍傷。當(dāng)空氣中氨蒸氣的容積達到0.5-0.6%時可引起爆炸。故機房內(nèi)空氣中氨的濃度不得超過0.02mg/L。
氨在常溫下不易燃燒，但加熱至350℃時，則分解為氮和氫氣，氫氣于空氣中的氧氣混合后會發(fā)生爆炸。
氟哩昂的特性
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氟哩昂是一種透明、無味、無毒、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)的氟里昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。
氟里昂對水的溶解度小，制冷裝置中進入水分后會產(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。另外避免氟里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。
常用的氟里昂制冷劑有R12、R22、R502及R1341a，由于其他型號的制冷劑現(xiàn)在已經(jīng)停用或禁用。在此不做說明。
氟里昂12（CF2CL2，R12）：是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以中、小型食品庫、家用電冰箱以及水、路冷藏運輸?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的標準蒸發(fā)溫度為-29℃，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機可獲得-70℃的低溫。而對大型離心式壓縮機可獲得-80℃的低溫。近年來電冰箱的代替冷媒為R134a。
氟里昂22（CHF2CL，R22）：是氟里昂制冷劑中應(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。標準氣化溫度為-40.8℃，通常冷凝壓力不超過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%，其低溫時單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。近年來對大型空調(diào)冷水機組的冷媒大都采用R134a來代替。
氟里昂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的標準蒸發(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-55℃。R502在冷藏柜中使用較多。
氟里昂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，不會破壞空氣中的臭氧層，是近年來鼓吹的環(huán)保冷媒，但會造成溫室效應(yīng)。是比較理想的R12替代制冷劑。
氟里昂與水的關(guān)系：氟里昂和水幾乎完全相互不溶解，對水分的溶解度極小。從低溫側(cè)進入裝置的水分呈水蒸氣狀態(tài)，它和氟里昂蒸氣一起被壓縮而進入冷凝器，再冷凝成液態(tài)水，水以液滴壯混于氟里昂液體中，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。水分還能使氟里昂發(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。
氟里昂與潤滑油的關(guān)系：一般是易溶于冷凍油的，但在高溫時，氟里昂就會從冷凍油內(nèi)分解出來。所以在大型冷水機組中的油箱里都有加熱器，保持在一定的溫度來防止氟里昂的溶解。
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