| 词条 | 制冷剂 |
| 释义 | § 制冷剂-发展历史 十九世纪中叶出现了机械制冷。雅各布.帕金斯（Jacob Perkins）在1834年建造了首台实用机器。它用乙醚作制冷制冷剂 剂，是一种蒸气压缩系统。二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。其他化学制品包括化学氰（石油醚和石脑油）、二氧化硫(R-764)和甲醚，曾被作为蒸气压缩用制冷剂。其应用限于工业过程。多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存。 二十世纪初，制冷系统开始作为大型建筑的空气调节手段。位于德克萨斯圣安东尼奥的梅兰大厦是第一个全空调高层办公楼. 1926年, 托马斯.米奇尼（Thomas Midgely）开发了首台CFC（氯氟碳）机器，使用R-12. CFC族（氯氟碳）不可燃、无毒（和二氧化硫相比时）并且能效高。该机器于1931年开始商业生产并很快进入家用。威利斯.开利（Willis Carrier）开发了第一台商用离心式制冷机，开创了制冷和空调的纪元。 20世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为氟利昂（Freon）。这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度区域，显著地改善了制冷机的性能。几种制冷剂在空调中变得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、 CFC-113、CFC-114和HCFC-22.20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。 空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业，使用的都是以上几种制冷剂。到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98%。 到1970年代中期, 对臭氧层变薄的关注浮出水面，CFC族物质可能要承担部分责任。这导致了1987年蒙特利尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。新的解决方案是开发HFC族，来担当制冷剂的主要角色。HCFC族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。 在1990年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。虽然全球变暖的因素很多，但因为空调和制冷耗能巨大（美国建筑物耗能约占总能耗的1/3），且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。虽然ASHRAE标准34把许多物质分类为制冷剂，但只有少部分用于商业空调 § 制冷剂 英文名 refrigerant 原理 制冷机中完成热力循环的工质。它在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气。在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物），共沸混合工质（由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷循环中始终为气态；在吸收式制冷机中，使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作为工质，如氨和水、溴化银和水等；蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂。制冷剂的主要技术指标有饱和蒸气压强、比热、粘度、导热系数、表面张力等。1960年以后，人们对非共沸混合工质的应用进行了大量的试验研究，并已将其用于天然气的液化和分离等方面。应用非共沸混合工质单级压缩可得到很低的蒸发温度，且可增加制冷量，减少功耗。 概述 制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。 对制冷剂性质的要求 １.临界温度要高，凝固温度要低。这是对制冷剂性质的基本要求。临界温度高，便于用一般的冷却水或空气进行冷凝；凝固 制冷剂温度低，以免其在蒸发温度下凝固，便于满足较低温度的制冷要求。 ２.在大气压力下的蒸发温度要低。这是低温制冷的一个必要条件。 ３.压力要适中。蒸发压力最好与大气压相近并稍高于大气压力，以防空气渗入制冷系统中，从而降低制冷能力。冷凝压力不宜过高（一般≯12～15绝对大气压），以减少制冷设备承受的压力，以免压缩功耗过大并可降低高压系统渗漏的可能性。 ４.单位容积制冷量ｑv要大。这样在制冷量一定时，可以减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。 ５.导热系数要高，粘度和密度要小。以提高各换热器的传热系数，降低其在系统中的流动阻力损失。 ６.绝热指数ｋ要小。由绝热过程中参数间关系式可知，在初温和压缩比相同的情况下，K↑→T2↑。可见，ｋ小可降低排气温度。 ７.具有化学稳定性。不燃烧、不爆炸、高温下不分解、对金属不腐蚀、与润滑油不起化学反应、对人身健康无损无害。 ８.价格便宜，易于购得。且应具有一定的吸水性，以免当制冷系统中渗进极少量的水分时，产生“冰塞”而影响正常运行。 § 一般分类 根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的高低，一般分为三大类： 制冷剂 １.低压高温制冷剂 冷凝压力Pk≤２～３Kg/cm2（绝对），T0>０℃ 如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３０℃时，Pk≤3.06Kg/cm2。 ２.中压中温制冷剂 冷凝压力Pk-60℃。 如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。 ３.高压低温制冷剂 冷凝压力Pk≥20Kg/cm2（绝对），T0≤－70℃。 如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或－70℃以下的低温装置中。 常用制冷剂的特性 目前使用的制冷剂已达70～80种，并正在不断发展增多。但用于食品工业和空调制冷的仅十多种。其中被广泛采用的只有以下几种： １.氨（代号：Ｒ717） 氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7℃，标准蒸发温度为－33.3℃，在常温下冷凝压力一般为1.1～1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达３０℃时也决不可能超过1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/ｍ3。 氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中含水量不应超过0.2％。 氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到0.5％～0.6％时，人在其中停留半个小时即可中毒，达到11％～13％时即可点燃，达到16％时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。 总上所述，氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。制冷剂２.氟利昂－12（代号：Ｒ12） Ｒ12为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。Ｒ12的标准蒸发温度为－29.8℃，冷凝压力一般为0.78～0.98MPa，凝固温度为-155℃，单位容积标准制冷量约为288kcal/ｍ3。 Ｒ12是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80％时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400℃以上时，则分解出对人体有害的气体。 Ｒ12能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此，在小型氟利昂制冷装置中不设分油器，而装设干燥器。同时规定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系统中不能用一般天然橡胶作密封垫片，而应采用丁腈橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。 ３.氟利昂－22（代号：Ｒ２２） Ｒ22也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为－41℃，凝固温度约为－160℃，冷凝压力同氨相似，单位容积标准制冷量约为454kcal/ｍ3。 Ｒ22的许多性质与Ｒ12相似，但化学稳定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。但是，Ｒ22的单位容积制冷量却比Ｒ12大的多，接近于氨。当要求－40～－70℃的低温时，利用Ｒ22比Ｒ12适宜，故目前Ｒ22被广泛应用于－40～－60℃的双级压缩或空调制冷系统中。 § 常用制冷剂 1. 水, R-718制冷剂 多数制冷过程是吸收循环或蒸气压缩循环。商业吸收循环一般用水作为制冷剂，溴化锂为吸收剂. 水无毒、不可燃、来源丰富。是一种天然制冷剂.吸收式制冷机即使是双效制冷机，其挑战是COP（性能系数）只比1稍大（离心式制冷机的COP大于5）。从寿命周期的观点来看，吸收式制冷机需要一个彻底的调查， 以确定其解决方案在经济上是否可行。从环保观点来看，用水作为制冷剂是好的。吸收式制冷机的低COP值可能表明比离心制冷机需要消耗更多的化石燃料。但是不一定，因吸收式制冷机直接使用化石燃料，而电制冷机使用电能。选择用哪种制冷机实际上取决于电能是如何产生的。 2. 氨, R-717 制冷剂 氨(NH3)被认为是一种效率最高的天然制冷剂。它是一种今天仍在使用的“原始”制冷剂。多用于正位移压缩机的蒸气压缩过程。 ASHRAE标准34将其分类为B2 制冷剂 (毒性高低可燃). ASHRAE标准15要求对氨制冷站有特殊的安全考虑。尽管在商业空调也使用很多，但氨在工业制冷上的应用更广泛些。 3. 二氧化碳, R-744 制冷剂 二氧化碳(CO2)是一种天然制冷剂. 它在19世纪末20世纪初停止使用，现在正在研究重新对它的使用。用于蒸气压缩循环正位移压缩机。在32℃ 时CO2的冷凝压力超过6MPA，这是一个挑战。而且，CO2的临界点很低，能效差。尽管如此，仍可能有一些应用，如复叠制冷，CO2将是有用的。 4.烃类物质 制冷剂 丙烷(R-290)和异丁烷(R-600a),以及其他氢碳物质,能够在蒸气压缩过程中作为制冷剂使用。在北欧，大约有35%的制冷机使用氢碳物质。它们毒性低且能效高，但容易燃烧。后者严重限制了它们在北美的使用，因受现今安全规范的制约。 5. 氯氟碳族 (CFC族) 制冷剂 氯氟碳族(CFC族)有许多物质，但在空调中最常用的是R-11、R12、R-113和R-114. CFC族到20世纪中叶时已经普遍使用。发达国家在1995应蒙特利尔议定书的要求停止了CFC族的生产。在发展中国家它们仍被生产和使用（按时间表将很快淘汰）。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。常用CFC族物质都稳定、安全（从制冷剂标准的角度看）、不可燃且能效高。不幸的是，它们破坏臭氧层。 6. 氢氯氟碳族 (HCFC族)制冷剂 氢氯氟碳族(HCFC族)几乎和CFC族同时出现。 HCFC-22是世界上使用最广泛的制冷剂。HCFC-123是CFC-11的过渡替代制冷剂。它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 HCFC-22能效高，被分类成A1 (低毒不燃). HCFC123能效高，被分类成B1 (高毒不燃).和CFC族一样, 这些制冷剂按蒙特利尔议定书的要求将逐步淘汰。在发达国家已被限量生产且很快将减产。发展中国家也有一个淘汰时间表，但淘汰时限延长。 7. 氢氟碳族(HFC族) 氢氟碳族(HFC族)是相对较新的制冷剂，因CFC族的淘汰将日益受到关注。HFC族制冷剂无臭氧消耗潜值(ODP=0). HFC-134a是CFC-12和R-500的替代制冷剂. 它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。 常用HFC族制冷剂能效高被分类成A1 (低毒不燃).但对全球变暖有影响。 表 1 – 制冷剂性质 制冷剂 化学名称 化学式 11 三氯一氟甲烷 CCl3F 12 二氯二氟甲烷 CCl2F2 22 一氯二氟甲烷 CHClF2 32 二氟甲烷 CH2F2 123 二氯三氟乙烷 CHCl2CF3 125 五氟乙烷 CHF2CF3 134a 1,1,1,2-四氟乙烷 CF3CH2F 245fa 1,1,2,2,3-五氟丙烷 CHF2CH2CF3 290 丙烷 CH3CH2CH3 404a R-125/143a/134a(44/52/4) 407C R-32/125/134a(23/25/52) 410A R-32/125 (50/50) 500 R-12/152a (73.8/26.2) 507a R-125/143a (50/50) 600 丁烷 CH3CH2CH2CH3 717 氨 NH3 718 水 H2O 744 二氧化碳 CO2 注：其中制冷剂 22 就是我们常说的 氟 全名：氟利昴 。又名：F22。 化学名称：一氯二氟甲烷 化学式：CHClF2 |
| 随便看 |
百科全书收录594082条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。