制冷劑的選用原則

制冷劑

1. 制冷劑的選用原則

在蒸汽壓縮式制冷機中，除了要有較好的熱力性質和物理化學性質外，更應具有優良的環境特性。具體要求如下：

（1） 對人類生態環境無破壞作用。不破壞大氣臭氧層，不產生溫室效應。

（2） 臨界溫度較高。在常溫或普通低溫下能夠液化。希望臨界溫度比環境溫度高的多，才能減少制冷劑節流損失，提高循環經濟性。

（3） 在工作溫度范圍內，具有適當的飽合蒸汽壓力，z*起碼蒸發壓力不得低于大氣壓力，以免外部空氣滲入系統中；冷凝壓力不宜過高，否則會引起壓縮機耗功增加，并要求系統具有較高的承壓能力，增加設備成本。

（4） 單位容積制冷量大。可以減少壓縮機輸氣量。

（5） 粘度和密度小。減少系統中流動阻力損失。

（6） 熱導率高。可以提高換熱器的傳熱系數，減少換熱設備的傳熱面積降低材料消耗。

（7） 不燃燒，不爆炸，無毒。對金屬材料不腐蝕，對潤滑油不發生化學作用，高溫下不分解。

（8） 等熵指數小。可降低排氣溫度，減少壓縮過程耗功，有利安全運行和提高使用壽命。   

（9） 凝固溫度低。避免在蒸發溫度下出現凝固。

（10） 具有良好的絕緣性能。

（11） 價格低易獲得。

（12） 單位容積壓縮功小。

目前，完全滿足以上十二項要求的制冷劑還未發現。但選擇時，可以根據用途使用條件等加以全面考量。

如小型封閉壓縮機家用裝置，多選用氟制冷劑。大型工業制冷多選用氨，石油化工多選用碳氫化合物。

2. 種類及分類

按成分有以下幾種。

（1） 無機化合物。水、氨、二氧化碳等。

（2） 飽和碳氫化合物的衍生物，俗稱氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。

（3） 飽合碳氫化合物。如丙烷，異丁烷等

（4） 不飽和碳氫化合物。如乙烯，丙烯等。

（5） 共沸混合制冷劑。如R502等。

（6） 非共沸混合制冷劑。如R407c，R410等。

通常按照制冷劑的標準蒸發溫度，又分為高、中、低溫三類。標準蒸發溫度是指標準大氣壓力下的蒸發溫度，也就是沸點。

（1） 高溫（低壓）：標準蒸發溫度（tS）>0℃,冷凝壓力(PC)≦0.2～0.3Mpa,常用的R123等。

（2） 中溫（中壓）：0℃> tS>-60℃，0.3Mpa< PC<2.0 Mpa,常用的有氨，R12, R22, R134a,丙烷等。

（3） 低溫（高壓）：tS≦-60℃，常用的有R13，乙烯, R744(CO2)等。

3. 編號，命各標示方法;

按照國際統一規定用字母“R”代表制冷劑，加上后面的數字和字母組成在GB7778-1987中做了明確規定。簡述如下：

（1） 無機化合物。

規定為R700加上無機化合物的相對分子質量的整數部分組成

NH3(氨)           H2O（水）          CO2（二氧化碳）

分子量     17                18                      44

編號      R717              R718                   R744                

(2)氟利昂和烷氫類：

烷氫類化合物的分子通式：CmH2m+2

氟利昂是飽合碳氫化合物(烷族)的鹵族元素衍生物的總稱，分子通式為R（m-1）(n+1)(X),若有Br（溴）原子，再加字母B和原子數，若（m-1）=0，則“0”略去不寫。

下面列舉幾種編號

名稱         分子式            m,n,x,z值           編號

一氯二氟甲烷     CHF2Cl         m=1,n=1,x=2,z=0         R22

二氯撒氟乙烷     C2HF3 Cl2       m=2,n=1,x=3,z=0         R123

三氟一溴甲烷     CF3Br          m=1,n=0,x=3,z=1         R13B1

丙烷             C3H8          m=3,n=8,x=0,z=0          R290

(3)混合制冷劑。

混合制冷劑以獲取命名的順序編號的

共沸混合制冷劑編號為R5，從R500開始R501,R502等。

非共沸混合制冷劑編號為R4，從R401，R404，R410等。

同素異構體加注小寫數字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a

4. 常用制冷劑性質

（1） 氨：標準蒸發溫度為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃，壓力適中，單位容積制冷量大，流動阻力小，熱導率大。價格低廉對大氣臭氧層無破壞作用，故被廣泛應用在蒸發溫度-65℃以上的大中型制冷機中。

缺點是毒性較大，可燃，可爆，有強烈刺激性臭味，等熵指數較大，對鋅銅有腐蝕作用。

（2） 氟利昂：重點分析熱水器目前常用的

1）R22：對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產生溫室效應，被列為第二批限用禁用的制冷劑。我國將在2040年1月1日起禁止生產和使用。

   R22是應用z*廣泛的中溫制冷劑，沸點-40.8℃，凝固點-160℃，無色，氣味弱，不燃燒，不爆炸，屬安全制冷劑。它與潤滑油部分互溶，需采取回油措施。

2）R142b.沸點較高-9.25℃.凝固點-130.8℃z*大特點是在很高的冷凝溫度下，冷凝壓力并不高。如80℃時只有1.35 Mpa，因此它適合在熱泵裝置和高環境溫度下使用。

對大氣臭氧層有微弱的破壞作用，也將在2040年禁用。

3）R134a。沸點-26.5℃，凝固點-101℃，無色，無味，不燃，不爆，

但與礦物性潤滑油不相溶，必須采用聚脂類合成油（如聚烯烴乙二醇），與丁腈橡膠不相溶，故密封件須改為聚丁腈橡膠，吸水性較強，易與水反映生成酸，腐蝕管絡及壓縮機，對系統干燥度要求更高，系統中的干燥劑要換成XH-7或XH-9分子篩。壓縮機電機線圈絕緣材料必須加強絕緣等級，是一種不太成熟的制冷劑。

4）目前認為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。

R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的質量百分比組成的三元非共沸制冷劑，蒸發壓力和制冷壓力與R22非常接近。但在制熱工況下單位容積制冷量和COP都小于R22。在相同設計運行能力的熱泵熱水系統中，采用R407c熱水加熱系統耗功明顯高于R22系統。使得在高水溫時COP低于R22系統。

R410A是R32和R125按照50：50的質量百分比組成的近共沸混合制冷劑。其溫度滑移不超過0.2℃，這給制冷劑充灌，設備更換提供了方便。但是R410A制熱工況下的COP 比R22約小9%，其蒸發壓力，冷凝壓力以及容積制冷量都比R22大的多，同溫度下它的壓力值比R22約高60%，傳熱性能及流動性較好。不能直接用于R22系統。必須重新設計壓縮機，換熱器，管路和系統。

5）C02制冷劑

綠色環保天然工質C02以其無毒，對臭氧層與影響，不產生溫室效應和良好的熱力學性質等優點，再度受到人們的重視。此外，C02給臨界環境系統所具有的較高的排氣溫度和氣體冷卻器較大的溫度滑移。它在熱泵熱水器領域具有其他工質無法比擬的優勢。

主要優勢：

① 無毒，不可燃。具有很好的安全性。消耗臭氧潛能值ODP=0，q*變暖潛能值GWP=1，有著良好的的經濟性，而不存在回收問題，具有環境友好性。

② 物理化學性能穩定。與潤滑油共溶性良好。粘度很低，這樣可以提高流速，壓降不會太大，改善傳熱，進一步減小部件尺寸和系統重量。

③ 絕緣指數（K）值較高，雖有使壓縮機排氣溫度偏高的問題，但符合制取較高溫度熱水的要求。同時，由于C02低于工作壓力P0很高，壓縮機壓縮比相對其他系統低的多，壓縮機效率高。

④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相對于一定的蒸發溫度，它的蒸發（汽化）潛熱比較大，此外，高的工作壓力，使壓縮機吸氣比容較小，單位容積制冷量較大，可以減少尺寸，使系統結構緊湊。

⑤ C02低的臨界溫度，使其在熱泵系統循環中處于跨臨界狀態。在放熱過程中較大的溫度滑移，可以和變溫熱源較好的匹配。

C02應用研究的一個重要領域是熱泵熱水器（HPWH）。C02跨臨界循環中氣體冷卻器所具有的較高的排氣溫度，較大的溫度滑移和冷卻介質的溫升過程相匹配，使其在熱泵循環方面具有獨特的優勢。

通過調整循環的排氣壓力，可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應外部熱源的溫度和溫升需要。研究結果表明，當用環境空氣作熱源，0℃環境進水溫度8℃，熱水出水溫度為60℃時，該系統COP值高達4.3.一個更大優點是毫無困難的產出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產水溫度在55℃以下。

因而C02熱泵系統可較好的滿足采暖，空調和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質在熱泵中的應用將有效的解決空調冷熱源面臨的資源與環境壓力，應用前景良好。