第2讲：制冷剂、载冷剂、冷冻机油及压焓图

制冷剂、载冷剂、冷冻机油 第 7 页 共 7 页第2讲：制冷剂、载冷剂、冷冻机油2-1 制冷剂制冷剂又称制冷工质，用英文单词（Refrigcrant）的首位字母“R”作为代号。它是一种在制冷循环过程中利用液体气化吸收热量，又在外功的作用下，把气体液化放出的热量传给周围介质的物质。它易于气化，又易于液化。在制冷装置中，没有制冷剂就无法实现制冷。制冷剂的分类分 类举 例说 明无机化合物制冷剂氨R717、水R718等。这类制冷工质是人类采用最早的制冷剂，有些已被淘汰，但氨和水仍为当前重要的制冷工质。如“氨”是氨吸收式制冷系统中的制冷剂；“水”是溴化锂吸收式制冷系统中的制冷剂。卤碳化合物（氟利昂）制冷剂R12、R22、R13、R134a、R600a等。这类制冷工质都是甲烷、乙烷和丙烷的衍生物，是是饱和碳氢化合物中全部或部分氢元素被卤族元素氟、氯、演取代后衍生物的总称。它们又分为：氯氟烃（CFC）由氯、氟、碳元素构成，如R12等；氢氯氟烃（HCFC）由氢、氯、氟、碳元素构成，如R22等；氢氟烃（HFC）由氢、氟、碳元素构成，如R134a等。这类制冷剂是目前制冷设备（电冰箱、空调器等）中使用的主要制冷工质。*值得一提的是：近几年来，在电视、广播和报刊上出现的“禁用氟利昂”，并不是指禁用所有的氟制冷剂，而是指“禁用含氯的氟制冷剂”。 由于CFC类物质对大气中臭氧和地球高空的臭氧层有严重的破坏作用，会导致地球表面的紫外线辐射强度增加，破坏人体免疫系统，还会导致大气温度升高，加剧温室效应。因此，减少和禁止CFC类物质的使用和生产，已成为国际社会环保的紧迫任务。同时，根据蒙特利尔议定书规定发达国家在2030年停止用过渡性物质HCFC。碳氢化合物制冷剂甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）等。这类制冷工质有烷烃类和链烃类之分，它们主要用于石油化工工业。共沸溶液制冷剂R500、R501、R502等。这类制冷工质是由两种或两种以上的氟利昂按一定比例混合而成的。它们的性质与单一的氟利昂一样，在固定压力下，蒸发时保持一定的蒸发温度，而且其气相和液相有相同的组成。也就是说，蒸发和冷凝过程中其组成成分保持不变，犹如单一的制冷剂。此外，按蒸发温度和冷凝压力分类有：高温低压制冷剂；中温中压制冷剂；低温高压制冷剂。按可燃性和毒性分类，分为不可燃、可燃、易燃、低毒、高毒等组别。常用制冷剂及其性质制冷剂名称代号特 性氨（NH3）R717是目前广泛采用的制冷剂之一。其正常蒸发温度t0为-33.4，使用范围是+5-70，当冷却水温度高达30时，冷凝器中的工作压力一般不超过15kg/cm2，压力比较适中。氨的临界温度较高（tkr=132），气化潜热大，在正常大气压力下为1371.177kJ/kg，单位容积制冷量大，故氨的压缩机尺寸可以较小。氨对钢铁基本不腐蚀，但当其含有水份时，对铜和铜合金（磷青铜例外），有腐蚀作用。氨具有强烈的刺激性臭味，对人体有一定毒性，氨具有可燃性，与空气混合后易爆炸。氨在润滑油中的溶解度很小，因此在氨制冷装置的管路及换热器表面会形成油膜，影响传热效果。氨能以任何比例与水相互溶解，所以不会在调节阀中形成“冰塞”。氨制造容易，价格低廉，便于购买，所以广泛用于蒸发温度-65以上大型、中型活塞式、螺杆式制冷压缩机中。氟利昂12（CCI2F2）R12是一种无色、无味、无臭、无毒的物质，容积浓度在10%时，人没有感觉，浓度达到20%时开始有感觉，浓度过大时（容积浓度超过80%），对人有窒息危险。氟利昂12不含氢原子，不会燃烧，亦不会爆炸。在温度达到400以上，且与明火接触才能分解有毒的光气。水在氟利昂12中的溶解度很小，其溶解度随温度的高低而变化。温度越低，水的溶解度越小，容易结冰堵塞管道，形成“冰塞”。为防止“冰塞”，规定氟利昂12产品的含水量不得大于0.0025%。氟利昂12极易溶解于油，使润滑油性能降低。另外，它的渗透能力强，且无味无臭，渗透时不易发现，因此对制冷系统的密封要求很严。氟利昂12应用较早且甚广泛，用于中小型活塞式、螺杆式压缩机及离心式压缩机。氟利昂22（CHCIF2）R22是具有无色无臭、不燃烧、不爆炸特性，毒性比R12稍大，水在R22液体中溶解度比在R12中大，对电绝缘材料的腐蚀性也比R12大。氟利昂22能部分地与润滑油相互溶解。氟利昂22对金属的作用及泄漏特性与R12相同。在常温下，R22的饱和蒸汽压力与氨很接近，单位容积的制冷量也差不多，但在较低的温度下，R22的饱和蒸汽压力及单位容积制冷量都比较高，故R22较氨更适用于低温。在相同温度时，R22的饱和蒸汽压力比R12约大60%，因此，在较低温度工作时，R22比R12更好。虽然R22的价格较高，但因其上述优点，R22的应用亦日趋广泛。R22目前用于-80以上的空调、冷藏、小型活塞式制冷机和离心式制冷机中。环保型制冷剂R134a它与R12相比具有较相似的热物理性质，而且消耗臭氧潜能ODP和温室效应潜能GWP均很低，并且基本上无毒性。但对使用R12的装置，则需对原设备作一定改动，否则不能用R134a替代。R600aR600是一种环保型的制冷剂，其化学名称为四氟乙烷。它与R12相比,具有较相似的热物理性质，但是浓度过高时易发生爆炸，由于其消耗臭氧潜能ODP和温室效应潜能GWP均很低，为大多制冷制备厂商看好。制冷剂的选用原则制冷剂应具备一些基本要求，可以从热力学、物理化学、安全和经济等方面来考虑。（1）热力学的要求在大气压下，制冷工质的蒸发温度（沸点）t0要低。这样不仅可以获取比较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度t0下，使其蒸发压力P0高于大气压力，以避免空气进入制冷系统影响换热设备的换热效果和设备的使用寿命。同时，在一定的蒸发温度下，蒸发压力高于大气压力，系统一旦发生泄漏时容易发现。要求制冷剂在常温条件下，要有比较低的冷凝压力Pk，以免对处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排出管道等设备的强度要求过高。通常按正常蒸发温度t0和常温下的冷凝压力Pk将制冷工质分为以下三种：a.高温制冷工质（或称低压制冷工质）：t00,Pkt0-70，Pk1520 kg/cm2。如氨（R717）、氟利昂12（R12）、氟利昂22（R22）、氟利昂500（R500）、氟利昂502（R502）等，这类制冷剂使用范围比较广，适用于活塞式制冷压缩机制电冰箱、食堂小冷库、空调用制冷系统、大型冷藏库等制冷装置中。c.低温制冷工质（或称高压制冷工质）：t020kg/cm2.如氟利昂13(R13)、氟利昂14(R14)、氟利昂23（R23）、氟利昂503（R503）等，这类制冷剂只适用于复叠式制冷装置中的低温部分或在-70以下的低温制冷设备。对大中型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量。所谓单位容积制冷量是指压缩机吸入一立方米的制冷剂蒸发所能产生的冷量。制冷剂的临界温度要高些，凝固温度要低些。因为当制冷剂处在临界温度以上时，不会进行相变，所以临界温度高，便于在环境温度下冷凝成液体；凝固温度低，宜制取较低温度，扩大制冷剂的使用范围，减少节流损失，提高制冷系数。（2）物理化学要求制冷剂的粘度尽可能小，以减小管道流动阻力，提高换热设备的传热强度，有利于制冷剂的循环和降低压缩机的功率消耗，并可缩小系统管径，降低金属消耗量。制冷剂导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积。与油的互溶性。应具有一定的吸水性，这样就不致予在制冷系统中形成“冰塞”，影响正常运行。（注意：系统中的水分还有可能与氟利昂制冷剂发起化学反应，生成混合沉积物而堵塞。规定：氟利昂中的含水量不得超过0.0025%。）应具有化学稳定性，不燃烧，不爆炸，使用中不分解，变质。（3）安全性要求。要求制冷剂对人的健康无损害，无毒性，无刺激性臭味。（4）经济性方面的要求。要求制冷剂价廉且容易获取。制冷剂使用注意事项制冷剂属于化学制品，在一般温度下呈气体状态。有些制冷剂还有可燃性、毒性、爆炸性，所以在保管、使用、运输中必须注意安全，防止造成人身和财产损失的事故。制冷剂在保管和使用时应注意：（1）盛放制冷剂的钢瓶必须经过检验，确保能承受规定的压力；（2）各种制冷剂的钢瓶外应标有明显的品名、数量、质量卡片，以防错用；（3）制冷剂钢瓶应放在阴凉处，避免高热和太阳直晒。搬动和使用时应轻拿轻放；（4）保存制冷剂，钢瓶阀处绝对不应有慢性泄漏现象，否则会漏完制冷剂和污染环境；（5）分装或充加制冷剂时，室内空气必须畅通，禁止在室内泄漏有毒的气体。如果发生严重泄漏，应立即设法通风、防止中毒；（6）分装和充加制冷剂时，要戴手套、眼镜，注意防护，以防制冷剂喷出造成冻伤；（7）制冷剂使用后，应立即关闭控制阀，重新装上钢瓶帽盖或铁罩，加以保护；（8）在检修系统时，如果需要从系统中将制冷剂抽出压入钢瓶时，钢瓶应得到充分的冷却，并严格控制注入钢瓶的重量，决不能装满，一般按钢瓶容积装60%左右为宜，使其在常温下有一定的膨胀余地，避免发生意外事故。2-2 载冷剂载冷剂又称传热剂或冷媒，是制冷系统中传递冷量的中间媒介物质。其工作原理是载冷剂在制冷系统的蒸发器中被冷却，获得冷量，再送到需要冷却的设备中去。此时载冷剂在需要冷却设备中吸收热量，接着返回至蒸发器，并将吸收的热量传递给制冷剂，而后进入需入要冷却设备，对需冷设备不停地冷却。对载冷剂的基本要求(1)比热容大。它是衡量载冷剂性能优劣的重要指标之一。(2)传热系数大。(3)粘度和密度小。(4)凝固点低，可以扩大使用范围。(5)化学腐蚀作用小，可以延长设备的使用寿命。(6)无毒无臭，对人体无害。(7)价格低易获取，可以减少制冷设备运行中的费用。载冷剂的种类载冷剂的种类很多，按其工作温度大致可分为3类。（1）高温载冷剂。高温载冷剂(如水)，适用于0以上的制冷循环，被广泛用于空调装置。（2）中温载冷剂。中温载冷剂(如氯化钠、氯化钙的水溶液)，适用于5-50制冷装置中。（3）低温载冷剂。低温载冷剂(如R11、三氯乙烯)，适用于低于-50的制冷装置。常用载冷剂的主要性质(1)空气。空气是一种容易获得的载冷剂，具有凝固点低、对金属腐蚀性小、设备简单等优点。缺点是比热容小、放热系数低，需要加大换热器空气一侧的传热面积。(2)水。水是一种理想的载冷剂，具有比热容大、相对密度小、放热系数高、传热性能好、安全无毒、来源充裕、价格低等优点。被广泛地采用，特别是空气调节系统。缺点是凝固点高(O就凝固)，因而使用时受到一些限制。(3)盐水溶液。盐水溶液一般是氯化钠、氯化钙或氯化镁与水配制而成的。在0以下的温度系统中，一般都用盐水作载冷剂。盐水具有比热容大、传热性能好、冰点较水低等优点。盐水的凝固温度随盐的质量分数的增加而有所增高。缺点是对金属腐蚀性较严重、相对密度大、而比热较水小，故动力消耗相对淡水循环系数要大。2-3 冷冻机油润滑油（即润滑油）在制冷压缩机中起摩擦表面，减少零件磨损；冷却摩擦零件，降低压缩机功耗；密封摩擦面间隙，阻挡制冷剂泄漏；冲刷摩擦表面，不断带走磨屑保证压缩机正常工作、延长使用寿命等作用。通常把制冷压缩机用的润滑油称为冷冻油，它是一种深度精制的专用润滑剂。对润滑油的基本要求（1）润滑油的凝固点要低。如果凝固点高，就会造成低温流动性差，在蒸发器等低温处失去流动能力，形成沉积，影响制冷效率和制冷能力。此外，当压缩机温度低时，会影响机件润滑，造成磨损。（2）要有适当的粘度。如果粘度太小，在磨擦面不易形成正常的油膜厚度，会加速机械磨损，甚至发生拉毛气缸、抱轴等故障；如果粘度太大，润滑和密封性能虽好，但制冷压缩机的单位制冷量消耗的功率会增大，耗电量增加。润滑油的粘度过大或过小都会引起气缸温度过度升高，造成排气温度过高，影响制冷压缩机的正常运行。（3）有较好的粘温性能和较高的闪点。制冷压缩机在工作中，汽缸等处的温度高达130150左右，所以要求润滑油的粘度在温度变化时要小，闪点要高。这才能保证在各种不同温度条件下，具有良好的润滑性能，不会使润滑油在温度高的情况下炭化。（4）要有良好的化学稳定性和抗氧化安定性。润滑油在制冷系统内与制冷剂经常接触，在全封闭式的制冷压缩机内，要求能够使用1015年以上，长期不换油。所以必须要有良好的化学稳定性和抗氧化安全性。（5）不含水及酸之类杂质，要有良好的电气绝缘性能。在半封闭和全封闭式制冷压缩机中，电动机绕组要与润滑油经常接触，所以要求润滑油不能破坏电动机的绝缘物，并有良好的绝缘性能。润滑油的种类目前国产压缩机润滑油分石油部标准（SYB）和企业标准二类。石油部标准有13号、18号、25号、30号四种。其中13号润滑油又有凝点-40以下和-25两种。凝点-25的13号润滑油主要用于蒸发温度较高的冷藏、空调制冷系统。18号润滑油的指标比其它牌号的润滑油要高，主要用于对润滑油要求较高的R12制冷压缩机，对其它制冷剂的压缩机也适用。25号、30号润滑油，主要用于转速高、负荷大的新系列活塞式制冷压缩机、离心式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机。润滑油选用原则（1）粘度的选择。选择粘度时要考虑到制冷压缩机的负荷及转速。负荷大、转速高的选用粘度高的油，反之，负荷小、转速低的制冷压缩机则选用粘度较低的润滑油。如13号润滑油主要用于氨和二氧化碳制冷剂、转速低、负荷小的活塞式制冷压缩机。选择粘度还应考虑到制冷剂的种类、轴与轴承、活塞环与汽缸间隙以及排气温度等。间隙大或排气温度高的要用粘度较高的油；氟利昂制冷压缩机用的润滑油粘度要比氨制冷压缩机的润滑油粘度高。（2）凝点和浊点的选择。考虑的因素是蒸发温度和制冷剂的种类。蒸发温度低，要用凝点和浊点低的润滑油。采用氟利昂制冷剂时，润滑油的凝点和浊点要稍高于蒸发温度；采用氨制冷剂时，润滑油的凝点和浊点要低于蒸发温度。目前国产的润滑油凝点仅有二种规格，即-40和-25。-25润滑油可用于蒸发温度高于-20的氨制冷压缩机和蒸发温度低于-20的氟利昂制冷压缩机。当氨制冷压缩机的蒸发温度低于-20时，就应选用-40的润滑油。（3）抗氧化安定性的选择。主要是考虑排气温度和制冷压缩机的密封程度。尤其是全封闭式制冷压缩机中的润滑油所处的工作环境要求的条件较高，长期不换油，所以一定要抗氧化安定性好的油。（4）闪点的选择。主要因素是排气温度。排气温度的高低，和制冷压缩机的型式有关，并和选择的润滑油是否合适有关。排气温度高，要求润滑油闪点也高。一般都要求排气温度比润滑油的闪点低1530左右。（5）电气性能的选择。半封闭式和全封闭式制冷压缩机要求润滑油具有良好的电气绝缘性能（击穿电压要高），这样不会损坏绝缘材料的性能。总之，润滑油的牌号是根据粘度和凝点来划分的。粘度和凝点是选择润滑油的两个标准。在选择润滑油时，首先要根据制冷压缩机的种类、型式、负荷、转速、制冷剂种类和所需蒸发温度来确定粘度和凝点，而后结合其他方面的要求来确定润滑油的牌号和种类。更不能用普用机油替代制冷压缩机润滑油。思考题一、判断题1、制冷剂蒸气的压力和温度间存在着一一对应关系( )2、制冷剂R717、R12是高温低压制冷剂( )。3、氟利昂中的氟是破坏大气臭氧层的罪魁祸首( )。4、混合制冷剂有共沸溶液和非共沸溶液之分( )。5、氟利昂的特性是化学性稳定，不会燃烧爆炸，不腐蚀金属，不溶于油( )。6、蒙特利尔议定书规定发达国家在2030年停止用过渡性物质HCFCs( )。7、CFC类、HCFC类物质对大气臭氧层均有破坏作用，而HFC类物质对大气臭氧层没有破坏作用( )。8、市场上出售的所谓“无氟冰箱”就是没有采用氟利昂作为制冷剂的冰箱( )。9、R134a的热力性质与R12很接近，在使用R12的装置中，可使用R134a替代R12而不需对原设备作任何改动( )。10、溴化锂吸收式制冷系统的制冷剂是水( )。11、溴化锂水溶液的温度越高，其腐蚀性越强( )。12、溴化锂水溶液的温度越高，其吸水蒸气的能力越强( )。13、盐水的凝固温度随盐的质量分数的增加而降低( )。14、比热容是衡量载冷剂性能优劣的重要指标之一( )。15、制冷压缩机使用的冷冻油不能用普用机油来替代( )。二、选择题1、制冷剂吸热或放热，其温度不变，只是集态变化，这种传递的热量称为（ D ）。(A) 吸热 (B) 放热 (C)显热 (D) 潜热2、下列制冷剂中，（ C ）属于共沸溶液。(A)R12 (B) R22 (C)R502 (D) R7173、R134a制冷剂属于氟利昂制冷剂中的（ C ）类。(A)CFC (B) HCFC (C) HFC (D) HC4、氟利昂中的含水量应控制在（ D ）以下。(A)2.5% (B) 0.25% (C) 0.025% (D) 0.0025%5、对大气臭氧层没有破坏作用的制冷剂是（ D ）。(A)R12 (B) R22 (C)R502 (D) R7176、空调系统中最好的载冷剂是（ C ）。(A)空气 (B)水 (C)盐水 (D)有极化合物7、盐水作为载冷剂使用时的主要缺点是（ A ）。(A) 腐蚀性越强 (B)载热能力小 (C)凝固温度较高 (D)价格较高8、有机化合物及其水溶液为载冷剂使用时的主要缺点是（ D ）。(A) 腐蚀性越强 (B)载热能力小 (C)