车站冷热源设备-制冷剂、载冷剂和冷冻润滑油

制冷剂2019年2月目录专题引入1制冷剂2载冷剂3冷冻润滑油4总结5一、专题引入思考：？二、制冷剂制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作物质，其工作原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发，在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水，而被冷却为液体，往复循环，借助于状态的变化来达到制冷的作用。制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂(又称制冷工质)，它在系统的各个部件间循环流动以实现能量的转换和传递，达到制冷机向高温热源放热；从低温热源吸热，实现制冷的目的。

二、制冷剂(一)

制冷剂的发展(二)对制冷剂的要求(三)

制冷剂的种类及代号(四)制冷剂的选用(五)CFCs、HCFCs的限用与替代1、制冷剂历史1834年美国人珀金斯发明世界上第一台制冷机，采用的制冷剂为乙醚(CH3OCH3)。1866年二氧化碳(CO2)被用作制冷剂。1872年波义耳发明以氨(NH3)为制冷剂的压缩机。1876年使用二氧化硫(SO2)为制冷剂。氯甲烷(CH3Cl)在1878年开始使用。到20世纪30年代，一系列的卤代烃，美国杜邦公司称其为卤代烃(Freon)的制冷剂相继问世。卤代烃12(即R12)于1931年，R11于1932年，R114于1933年，R113于1934年，R22于1936年，R13于1945年，R14于1955年陆续出现。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。

20世纪80年代的CFC问题的出现及其替代技术的发展。（一）、制冷剂的发展（1）热力学方面①蒸发压力和冷凝压力要适中；②单位容积制冷量要大。③临界温度要高而凝固要低。④绝热指数要小。（2）物理与化学方面的要求①制冷剂的粘度和密度应尽可能小。②导热系数和放热系数要高。③具有一定的吸水性。④具有化学稳定性。⑤溶解于油的性质具有正反两面性。（3）其他方面的要求①制冷剂对人的生命和健康应无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性。②制冷剂应易于制取且价格便宜。（二）对制冷剂的要求(三)

制冷剂的种类及代号空调用制冷系统中使用的制冷剂有很多种，归纳起来可分为七类，即无机化合物类制冷剂、氟里昂制冷剂、饱和碳氢化合物、环状化合物、非饱和碳氢化合物及它们的卤族元素衍生物、共沸制冷剂、非共沸制冷剂。根据制冷剂的分子结构可将制冷剂分为无机化合物和有机化合物

根据制冷剂的组成可分为单一制冷剂和混合制冷剂根据制冷剂的物理性质可将制冷剂分为高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂。

高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂————按制冷剂标准沸点的不同区分类别Ts（°C）环境温度在30°C时的冷凝压力（bar)制冷剂高温（低压）制冷剂1>0约<3R11,R113,R114,R21中温（中压）制冷剂2-60-0约在3-20R12,R22,R717,R142,R502低温（高压）制冷剂3<-60约>20R13,R14,R503,烷,烯1离心式制冷机的空调系统2普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷系统,-60°C以上3覆叠式装置的低温级举例(三)

制冷剂的种类及代号(三)

制冷剂的种类及代号制冷剂的代号最早是针对氟里昂而规定的，目前世界通用的是美国供暖制冷工程协会于1967年制定的标准(ASHRAEStandard34-67)中的规定。标准的编号方法是将制冷剂的代号同它的种属和化学构成联系起来，只要知道它的化学分子式，就可以写出它的代号。代号是由字母“R’和其后边的数字组成的。R代表制冷剂(制冷介质)“Refrigerant"。命名规则见后附：(三)

制冷剂的种类及代号（1）无机化合物常用制冷剂有氨和水。它们的代号分别用R7XX表示，其中7表示无机化合物，其余两个数字表示组成该物质的分子量的整数。例如，氨的代号为R717，水的代号为R718。(三)

制冷剂的种类及代号（2）氟里昂制冷剂氟里昂是饱和碳氢化合物(烷族)的卤族元素的衍生物的总称。饱和碳氢化合物的分子式是CmH2m+2，当H2m+2被氟、氯或溴等部分或全部取代后，所得的衍生物就是CmHnFxClyBrz，这就是氟里昂的分子通式，且有n+x+y+z=2m+2。对于甲烷系，因为m=1，所以n+x+y+z=4对于乙烷系，因为m=2，所以n+x+y+z=6氟里昂的代号是由R(m-1)(n+1)(x)B(z)组成的。如果z=0，则B可以省略，例如：二氟一氯甲烷，分子式为CHF2Cl，m-1=0，n+1=2，x=2，z=0，因而代号为R22；二氟二氯甲烷，分子式为CF2C12，m-1=0，n+1=1，x=2，z=0，因而代号为R12。(三)

制冷剂的种类及代号（3）饱和碳氢化合物代号的编号规则与氟里昂相同，如：甲烷CH4为R50；乙烷为R170；丙烷为R290。但丁烷不按上述规则书写，而写成为R600。另外，如果属于同素异构物，在代号后边加字母“a”或在个位数上加一个数字氟乙烷为R152a，异丁烷为R601等。(三)

制冷剂的种类及代号（4）环状化合物环状有机化合物是在R后边加上字母“C”，然后按氟里昂的编号规则书写。如：六氟二氯环丁烷写作RC316；八氟环丁烷写作RC318等。（5）非饱和碳氢化合物及其卤族元素衍生物这类制冷剂在R后边先写一个“1”，然后按氟里昂的编号规则书写。如：乙烯为R1150；丙烯为R1270；二氟二氯乙烯为R1112a等。(三)

制冷剂的种类及代号（6）共沸制冷剂由两种或两种以上互溶的单一制冷剂在常温下按一定比例混合而成，它的性质与单一制冷剂的性质一样，在恒定的压力下具有恒定的蒸发温度，且气相和液相的组份液相同。共沸制冷剂在标准中规定在R后边的第一个数字为“5”，其后边的两位数字按使用的先后次序编号。如：R500、R501、R502……R507。(三)

制冷剂的种类及代号（7）非共沸制冷剂由两种或两种以上相互不形成共沸溶液的单一制冷剂混合而成的溶液，溶液被加热时，在一定的蒸发压力下，较易挥发的组份蒸发的比例大，难挥发的组份蒸发的比例小，因此，气、液两相的组成不相同，且制冷剂在蒸发过程中温度是变化的，在冷凝过程中也有类似的特性。在制冷剂编号标准中对非共沸制冷剂还未加以编号，只是留出R后边的400号的编号顺序，供增补编号使用。如：R400、R401、R402、…R411。(三)

制冷剂的种类及代号为了区别各类氟利昂对臭氧的作用，把不含氢的氟利昂写成CFC，读作氯氟烃，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层禁用。如：CF2C12：R12改写为CFCl2；CFCl3：R11改写为CFC11。把含氢的氟利昂写成HCFC，读作氢氯氟烃，含氢，低公害物质属于过渡性物质。如：CHF2Cl：R22改写为HCFC22。把不含氯的氟利昂写成HFC读作氢氟烃，不含氯，无公害作为替代物，待研究开发。如C2H2F4：R134a改写为HFCl34a。这种新的命名方法正逐渐地被人们采用。(三)

制冷剂的种类及代号课堂练习：试根据编号规则写出CF3CL、CH4、CHF3、C2H3F2CL、H2O、CO2的代号？(四)

制冷剂的选用(四)

制冷剂的选用制冷剂种类虽多，但由于性质各异，故适用于不同类型的制冷系统。制冷剂化学式代号相对分子质量标准蒸发温度/℃临界温度/℃临界压力/MPa临界比体积/（L/kg）凝固温度/℃水H2OR71818.02100374.1222.123.00.0氨NH3R71717.03-33.35132.411.294.13-77.7二氧化碳CO2R74444.01-78.5231.07.382.456-56.6一氟三氯甲烷CFCL3R11137.3923.7198.04.371.805-111.0二氟二氯甲烷CF2CL2R12120.92-29.8112.044.121.793-155.0二氟一氯甲烷CHF2CLR2286.48-40.896.04.9861.905-160.0四氟乙烷C2H2F4R134a102.0-26.5100.63.9442.05-101.0表6-3常用制冷剂的热力性质（五）CFCs、HCFCs的限用与替代CFC，氯氟烃性能稳定，可进入平流层只有受紫外线照射方分解出Cl离子对15-50km处臭氧层破坏作用较大HCFC，氢氯氟烃相对不稳定，到达平流层前已经分解对臭氧层破坏作用较小（1）CFCs对臭氧层的破坏作用及温室效应3、《蒙特利尔议定书》联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，我国1992年正式宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》对于CFCs：发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年；对于HCFCs：发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。

以上时间表可能还会提前。（2）环境保护及CFC替代物的选择保护臭氧层是一项全球性的环境保护问题，1987年联合国在加拿大蒙特利尔举行“大气臭氧层保护会议”，会上三十多个国家签定了一项“限制破坏臭氧层物质蒙特利尔议定书”，五种氟利昂（CFC11、CFC12、CFC113、CFC114、CFC115）被限制生产和使用。自1990年至1992年召开了三次“蒙特利尔议定书”缔约国会议。通过的修正案，不断扩大控制物质的范围和缩短限制期限。最后规定CFC到1996年1月1日停用，HCFC在2030年停用。衡量物质破坏臭氧的能力用消耗臭氧潜能值（ODP）衡量，并以CFC11为基准，规定CFC11的ODP值为1；产生温室效应的能力用温室效应潜能值（GWP）表示，其大小是相对于CO2的温室效应而言，规定CO2的GWP值为1。一些制冷剂的ODP和GWP值在表6-4中示出。可以看出，CFC制冷剂的两项数值均较高，而HFC类ODP值为零，但具有一定的温室效应。制冷剂ODP值（R11=1）GWP值（CO2=1）是否受控R12（CFC12）1.04500是R22（HCFC22）0.05510(否)R113CFC1130.82100是R123（HCFC123）0.0229(否)R124（HCFC124）0.02150(否)R134a（HCFC134a）0420(否)R143a（HFC143a）01800是R152a（HFC152a）047(否)R600a（HC600a）015(否)常见制冷剂的环保指标CFC，氯氟烃性能稳定，可进入平流层只有受紫外线照射方分解出Cl离子对臭氧层破坏作用较大HCFC，氢氯氟烃相对不稳定，到达平流层前已经分解对臭氧层破坏作用较小卤代烃-氟利昂(3)甲烷族氟利昂(4)CFC96.1.1全面限制HCFC2030.1.1全面限制HFCODP=0HCC有毒PCC强毒PFCODP=0甲烷乙烷乙烷族氟利昂(5)CFC96.1.1全面限制HCFC2030.1.1全面限制HFCODP=0HCC有毒PCC强毒PFCODP=0氟利昂的性质氟利昂的性质(2)(1)热力性质及其对循环的影响

要求制冷剂临界温度高TS12'3wcTkT0q0kpkp024特鲁顿(Trouton)定律

压缩终温

粘性和导热性

（2）制冷剂的化学、安全和环境性质热稳定性与水的溶解作用

和润滑油的溶解性

对金属和非金属的作用

电绝缘性

毒性和可燃性

环境性能及指标：ODP/GWP/TEWI/LCCP一些制冷剂使用的最高温度制冷剂最高使用温度/℃制冷剂最高使用温度/℃R11105R113105R12130R114120R13150R502150R22150R717150R123105R600a130R134a130R290130R404A150R407C150“冰堵”当R12液体中水分含量超过20-40mg/g时，由于节流阀节流后温度下降，在R12中的溶解度减小，部分水析出并结冰，堵塞膨胀阀家用冰箱的毛细管只要结0.005克冰就足以冰堵。R2,R134a等含水时均易产生冰堵。与润滑油的互溶性R134a与不同润滑油的溶解性曲线不同制冷剂与与酯基油SE55的油溶解性曲线对金属和非金属的作用氨对钢铁无腐蚀作用，对铜、铝或铜合金有轻微的腐蚀作用。但如果氨中含水，则对铜及铜合金（除磷青铜外）有强烈的腐蚀作用。卤代烃类制冷剂对几乎所有的金属无腐蚀作用，只对镁和含镁超过2%的铝合金有腐蚀。卤代烃类制冷剂在含水情况下会水解成酸性物质，对金属有腐蚀作用。所以，含水的制冷剂和润滑油的混合物能够溶解铜，当制冷剂在系统中与铜或铜合金接触时，铜便会溶解在混合物中，然后沉积在温度较高的钢铁部件上，形成一层铜膜，这就是所谓的镀铜现象。镀铜现象在压缩机的曲轴的轴承表面，吸、排气阀等光洁表面特别明显，它会影响压缩机的运动部件的配合间隙，以及吸排气阀的密封，严重时使压缩机无法正常工作。.“镀铜”

–主要产生在阀板、活塞销、气缸等部位导致表面缺陷，运动件部隙减小，密封不良。R134a中的压缩机镀铜现象对橡胶等非金属件的膨润作用不同卤代烃类制冷剂是一种很好的有机溶剂，很容易溶解天然橡胶和树脂；使高分子材料变软、膨胀或起泡。所以，在选择制冷机的密封材料和电器绝缘材料时，不使用天然橡胶、树脂化合物，而要用耐卤代烃腐蚀的氯丁烯、氯丁橡胶、尼龙、塑料等材料。烃类制冷剂对金属材料无腐蚀制冷剂的电绝缘性

在封闭式压缩机中，电机的线圈与制冷机直接接触，要求制冷剂应具有良好的电绝缘性能。电击穿强度表示制冷剂电绝缘性能的一个指标。一些制冷剂气体在压力1

105Pa、温度0℃是的电击穿强度见表。值得说明的是杂质、润滑油的存在会使制冷剂的电绝缘强度下降。毒性和可燃性分级

LFL——燃烧低限

TLV-TWA---低限值的时间加权平均值,即一个标准工作日8h，一周40h的时间加权平均浓度，在此条件下所有工人日复一日地工作无不良影响。

主要制冷剂的应用范围

制冷剂使用温度范围压缩机类型用途备注R717高、低温活塞式、离心式冷藏、制冰普通制冷中的高温为10℃-0℃；中温0℃—-20℃；低温-20℃

-60℃R134a高、中、低温活塞式、回转式、离心式冷藏、空调R22高、中、低温活塞式、回转式空调、冷藏、低温R404A高、中、低温活塞式、回转式空调、冷藏、低温R600a中温活塞式、回转式冷藏（电冰箱）R744高、低温活塞式空调、低温R12高、中、低温活塞式、回转式、离心式冷藏、空调4、CFC12及其替代物的性质R12-CF2Cl2(-29.8/-158)应用最广的中温制冷剂,多级活塞式系统中可达-70°C.ODP=1.0，GWP=7100无色,有芳香味,含量20%以上人感觉,毒性小,不燃,不爆,40°

C以上遇明火分解出极毒的光气.在水中溶解度很小,一般不能超过0.005g/L(101.3kPa,30C).含有水份易造成“冰堵”现象,与水作用分解成盐酸与氟酸,产生“镀铜”现象.系统管路必须经过严格干燥,且须设干燥器.能跟矿物润滑油以任意比互溶,大型压缩机需对曲轴箱加热.对金属一般没有腐蚀作用,但腐蚀镁及含镁超过2%的铝镁合金.对天然橡胶有膨润作用.制冷机中使用含耐腐蚀的丁腈橡胶或氯醇橡胶,全封闭压缩机中的导线绕组要用耐氟绝缘漆.电机B级或E级绝缘.R134a(CH2FCF3)—R12替代物主要热力性质与R12相近，标准沸点-26.5°C。安全性好，无色，无味，不燃烧，不爆炸，基本无毒性，化学性质稳定。ODP=0，GWP=1300。R134a不溶于矿物油，吸水性比R12大，分子直径比R12小。替代R12时需更换润滑油、干燥过滤器，干燥剂需用XH-7或XH-9型分子筛。碳氢制冷剂—R12替代物（2）自然工质，ODP=0，GWP=3常用丙烷(R290）和异丁烷（R600a)的混合工质作为R12在汽车空调中的替代物，质量比为60%/40%。压比小于R12、排气温度低于R12，系统节能充注量为R12的40%左右。毒性低，但易燃，安全性A3。与矿物油、PAO、PAG、POE等各种润滑油互溶性都佳与水的溶解性差，须防“冰堵”.R744（CO2）-R12替代物自然工质，ODP=0，GWP=1临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MP其理论循环COP约为R134a的35-46%。新系统一般采用跨临界循环,系统压力很