制冷剂应用知识手册-hychill

制冷剂应用知识手册-hychill内容摘要：

，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 CFC1 CFC1 CFC11 CFC114和 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。 下面是现在仍在使用或过去曾用过的常用制冷剂的一个快速浏览。 表 1 提供了常用制冷剂的技术数据 . 3. 常用制冷剂 . 水 , R718 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， 以确定制冷剂知识 手册 第 5 页 共 42 页 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。 . 氨 , R717 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。 . 二氧化碳 , R744 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。 . 烃类物质 丙烷 (R290)和异丁烷 (R600a),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。 . 氯氟碳族 (CFC 族 ) 氯氟碳族 (CFC 族 )有许多物质，但在空调中最常用的是 R1 R1 R113 和 R114. 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。 . 氢氯氟碳族 (HCFC 族 ) 氢氯氟碳族 (HCFC 族 )几乎和 CFC 族同时出现。 HCFC22 是世界上使用最广泛的制冷剂。 HCFC123是 CFC11 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。 HCFC22 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。 . 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). 制冷剂知识 手册 第 6 页 共 42 页 HFC134a 是 CFC12和 R500 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 常用性质 制冷剂 化学名称 化学式 分子量 安全分组 大气寿命 (年 ) ODP GWP 11 三氯一氟甲烷 CCl3F A1 50 1 3800 12 二氯二氟甲烷 CCl2F2 A1 102 1 8100 22 一氯二氟甲烷 CHClF2 A1 .055 1500 32 二氟甲烷 CH2F2 52 A2 0 650 123 二氯三氟乙烷 CHCl2CF3 153 B1 .02 90 125 五氟乙烷 CHF2CF3 120 A1 0 2800 134a 1,1,1,2四氟乙烷 CF3CH2F 102 A1 0 1300 245fa 1,1,2,2,3五氟丙 烷 CHF2CH2CF3 B1 0 820 290 丙烷 CH3CH2CH3 44 A3 1 0 ~0 404a R125/143a/134a (44/52/4) A1 3260 407C R32/125/134a(23/25/52) A1 0 1530 410A R32/125 (50/50) A1 0 1730 500 R12/152a () A1 .74 6010 507a R125/143a (50/50) A1 600 丁烷 CH3CH2CH2CH3 A3 1 0 ~0 717 氨 NH3 17 B2 N/A 0 0 718 水 H2O 18 A1 N/A 0 1 744 二氧化碳 CO2 44 A1 N/A 0 1 具体物理性质 制冷剂 标准沸点 (F ) 音速 (ft/s) @ 40 176。 F 临界点 泡点 ( 176。 F) @ psi 露点 ( 176。 F) @ psi 温度滑差 ( 176。 F) 粘度 Lbm/ft*h @ 40 176。 F 液体 比热 at Btu/ib.176。 R @ 40176。 F 液体 导热系数 Btu/h*ft*176。 F @ 40176。 F 液体 温度(℃ ) 压力 (MPA) 11 443 198 .2059 .0548 12 448 .574 .2253 .0429 22 535 .503 .2825 .0537 32 688 .361 .3106 .0872 123 414 .2379 .0476 125 409 .457 .3044 .0397 134a 482 .620 .2194 .0521 245fa .3121 .0506 290 723 .291 .6077 .0600 404a 473 @ 100 @ 100 .405 .3349 .0438 407C 519 @ 90 @ 90 .479 .3403 .0582 制冷剂知识 手册 第 7 页 共 42 页 410A 553 @ 140 @ 140 .380 .3652 .0652 500 490 .557 .2579 .0480 507a 457 .401 .3331 .0432 600 659 .469 .5588 .0665 717 1319 .392 .3155 718 1352 .3293 744 109f 687 .222 .6460 .0607 4. 何谓好制冷剂。 . 概述 一提到性质，首先就会想到诸如毒性低、不可燃、效率高、价廉。 这些性质当然重要，且还是好的广告卖点。 但选择一种制冷剂用于制冷和空调，要考虑的性质远不止上述这些。 例如，“效率”就可能意味着许多东西，还可 能引起误解和混淆。 本章深入研究所谓好制冷剂的各个方面。 多数制冷剂用于蒸气压缩循环。 对循环的基本了解将有助于领会制冷剂问题的复杂性。 . 蒸气压缩制冷循环 除吸收式制冷机， 大多数商用空调系统是基于蒸气压缩循环。 循环过程从空气中收集热量（叫空调器），或从水中收集热量（叫制冷机）。 并向空气排出热量（风冷），或向水中排出热量（水冷）。 甚至可将循环过程作为一个加热器，将热量从冷流体（室外空气）转移到热流体（室内空气），这就是热泵。 以水冷式制冷机举例，制冷机利用蒸气压缩循环使水温下降，并 将从冷冻水和压缩机中收集的热量排到另一个水回路，由冷却塔冷却排入大气。 图 1 显示了基本的制冷回路。 回路由以下四个主要部件构成： 图 1基本制冷回路 制冷剂知识 手册 第 8 页 共 42 页 蒸发器 蒸发器是一个换热器，通过换热过程降低冷冻水的水温，从而取走建筑物的热量。 吸收的热量使制冷剂沸腾，从液体变成气体。 压缩机 压缩机装配体由一个主运动部件（一般是电机）和压缩机构成。 压缩机的作用是升高制冷剂气体的压力和温度。 冷凝器 和蒸发器一样 ,冷凝器是一个换热器。 那么，它从制冷剂中取走热量，使水温升高 ，制冷剂从气体冷凝成液体。 然后冷却水将热量从冷却塔排入大气。 膨胀装置 制冷剂冷凝成液体后，流过一个降压装置。 降压装置可能像孔板一样简单，或如电子膨胀阀一样复杂。 压焓图 压焓（ PH）图是观察制冷循环的另一种方式。 它的好处是用图表显示循环过程、制冷效果，以及所需消耗的功。 图 2 是图 1 所示制冷回路的压焓图 (PH)表示，图中示出了每个部件的过程。 从点 1 到点 2 是蒸发过程 .制冷剂从液体变成气体，压力（和温度）保持不变。 在相变时吸收热量（潜热）。 制冷效果就是点 2 和点 1 之间的焓 差。 从点 2 到 点 3 的曲线表示压缩过程。 压缩功是点 3 和点 2 之间的焓差乘以制冷剂流量。 压缩功增加了制冷剂中热值 . 曲线的垂直部分表示制冷剂压力（和温度）从点 2 升高到点 3。 下一个过程发生在冷凝器中。 过程的第一段（制冷剂气液分界线的外侧）是过热气体的降温过程。 一旦制冷剂达到饱和状态，制冷剂从气体变成液体。 和在蒸发器中一样 ,线为水平表明压力（或温度）不变。 最后一个过程是膨。