第二章制冷劑和載冷劑基本要求：1．制冷劑對蒸氣壓縮式制冷系統的組成及運行經濟性有很大的影響，應從熱力學、物理化學、安全性等方面了解對制冷劑的要求。2．目前常用的制冷劑有R717、R22、R134a等，應熟悉這些制冷劑的主要性質及使用時應注意的事項。3．了解載冷劑的種類、使用場合及選擇方法。

蒸發器冷凝器冷卻介質壓縮機節流閥空氣末端被冷卻介質被冷卻介質泵直接冷卻間接冷卻制冷劑載冷劑第一節制冷劑制冷劑又稱制冷工質，它是在制冷系統中完成制冷循環的工作介質。制冷劑在蒸發器內汽化吸收被冷卻介質的熱量而制冷，又在冷凝器中把熱量放給周圍介質，重新成為液態制冷劑，不斷進行制冷循環。一、對制冷劑的要求

（1）冷凝壓力不太高，蒸發壓力不低于大氣壓力，冷凝壓力和蒸發壓力之比不要過大；（2）單位容積制冷量要大；（3）臨界溫度要高，凝固溫度要低；（4）粘度和密度要小；（5）導熱系數大；（6）無腐蝕性，不起化學作用，高溫下不分解；（7）無害，不燃燒和爆炸；（8）易于取得，價廉。

（9）對大氣臭氧層沒有破壞作用。（10）對全球氣候變暖影響程度小.

制冷劑的安全及環境特性指標

1.TLV-TWA一低限值的時間加權平均值,即一個標準工作日8h,一周40h的時間加權平均濃度，在此條件下所有工人日復一日地工作，無不良影響。

2.LFL--燃燒低限，在指定的實驗條件下，能夠在制冷劑和空氣組成的均勻混合物中傳播火焰的制冷劑最小濃度(％),LFL越小，表明其可燃性越高。

3破壞臭氧(03)

潛值ODP(OzoneDepletionPotential)的大小表示該制冷劑破壞大氣03分子潛能的程度，即對大氣03層破壞的大小。其數值是以R11的值作為基準值1.0，經計算模化而得。4全球變暖潛值GWP(GlobalWaringPotential)，GWP是衡量制冷劑對全球氣候變暖影響程度大小的指標值。以往其大小常使用以R1l的值作為基準值1.0時，計算出的數值，為示區別一般寫成為HGWP；近年來都將作用100年的C02作為基準，并將C02的GWP=1.0，從而計算出各種制冷劑的GWP值。5大氣壽命是指制冷劑排放到大氣中，一直到分解前的時間，也就是制冷劑在大氣中存留的時間。制冷劑壽命長，說明其潛在的破壞作用大。

二、制冷劑的種類

1．無機化合物氨和水是當前常用的制冷劑。無機化合物類制冷劑的代號中，“R”后的第一位數字為7，后面的數字是該物質分子量的整數部分。

2．氟利昂氟利昂是飽和碳氫化合物的鹵族衍生物的總稱，目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。在這些衍生物中用氟、氯和溴的原子代替原來化合物中的全部或一部分氫原子，使化合物的性質起了很大的變化。

飽和碳氫化合物的分子通式為CmH2m＋2，氟利昂的化學分子式為CmHnFxClyBrz，其原子數之間應符合下列關系：2m+2=n+x+y+z3．共沸溶液共沸溶液制冷劑是由兩種或兩種以上不同的制冷劑按一定比例相互溶解而成的混合物。它和單一化合物一樣，在一定壓力下蒸發溫度一定。常用的有R500、R502等。

共沸溶液制冷劑

制冷劑代號分子量標準大氣壓下沸點(℃)組分組分的總量百分比R50099.3-33.3R12/R15273.8%/26.2%R502111.6-45.6R22/R11548.8%/51.2%R50387.5-88.7R23/R1359.9%/40.1%R50479.2-57.2R32/R11548.2%/51.8%4．碳氫化合物碳氫化合物制冷劑有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和丙烯等，主要用于石油化工工業。優點是易于獲得，價格低廉，凝固溫度低。缺點是安全性差，易燃燒和爆炸。

碳氫化合物制冷劑制冷劑代

號制冷劑化

學

分子式分子量標準大氣壓下沸點(℃)臨界溫度(℃)臨界壓力P(x10-5Pa)絕熱指數KR50甲烷CH416.04-161.5-82.546.2—R170乙烷C2H630.06-88.632.149.331.25R290丙烷C3H844.1-42.1796.842.561.13R1150乙烯C2H428.05-103.79.550.6—R1270丙稀C3H642.08-47.791.446.0—在同一溫度下，標準大氣壓力下飽和溫度低的制冷劑，其飽和蒸氣壓力高。根據這一規律，可以把制冷劑劃分為三類：高溫制冷劑用于空氣調節用制冷裝置和熱泵中；中溫制冷劑用于一般的單級和雙級壓縮制冷劑中；低溫制冷劑用于復疊式制冷裝置的低溫部分。

制冷劑的分類類別制冷劑標準大氣壓下沸點(℃)30℃

時的冷凝壓力(MPa)高溫制冷劑(低壓制冷劑)R11,R21,R113,R114>0≤0.3中溫制冷劑(中溫制冷劑)R717,R12,R22,R502-60~00.3~2低溫制冷劑(高壓制冷劑)R13,R14,R23,R503≤-602~7三、常用制冷劑的性質

1．氨（R717）：中溫制冷劑單位容積制冷量大與水可以任何比例相互溶解，但對銅及銅合金有腐蝕作用難溶于潤滑油，密度比潤滑油小氨蒸氣無色，有強烈的刺激性臭味，會引起中毒，有可燃和爆炸的危險性絕熱指數高，排氣溫度也較高容易獲得，價格便宜2．氟利昂性能隨其所含的氟、氯、氫的原子數不同而變化很難與水溶解，會產生冰塞現象，對金屬有腐蝕作用

氟利昂和潤滑油的溶解性與制冷劑的種類、潤滑油的成分及其溫度有關：a．難溶：R13，R14，R115，有明顯的分層；b．有限溶解：R22，R114，R152，R502，高溫時無限溶解，低溫時分離成兩層；c．完全溶解：R11，R12，R113，R500，形成均勻溶液。

優點：無毒，不燃燒，對金屬不腐蝕；絕熱指數小，因而排氣溫度低；具有較大分子量，適用于離心式制冷壓縮機。缺點：部分制冷劑（R12）單位容積制冷量較小，因而循環量大；密度大，流動阻力較大；吸水性能差，價格昂貴，極易滲漏又不易被發現。

氟利昂22（CHF2Cl）R134a(CH2FCF3)

R134a的熱力性質與R12相近，毒性與R12相同，R134a的ODP=0；GWP=1300，比R22(1700)小。R134a的氣、液體的導熱系數高于R12，因此在蒸發器和冷凝器中的放熱系數比R12約分別高35％～40％和25％～35％。常規制冷劑大都使用礦物性潤滑油，但R134a與礦物油不相溶，必須使用PAG(PolyolkeneGlycol--聚乙二醇)醇類合成潤滑油、POE(PolyoeEster--多元醇酯)酯類合成潤滑油和改性POE油(在原POE油中添加了抗磨劑)。

R134a吸水性極強，其使用的PAG和POE潤滑油比常規使用的礦物油的吸水性也高得多，特別是PAG油。系統內有水分，在潤滑油的作用下，會產生酸，對金屬發生腐蝕和鍍銅現象，一般R134a系統中的最大含水量不超過20x10-6。因此，R134a對系統的干燥及清潔度要求比R12、R22都高，系統中使用的干燥過濾器，其干燥劑必須使用與R134a相溶的產品，如XH一7或XH一9型分子篩等，潤滑油宜使用POE酯類潤滑油。R134a液體密度小，故系統中充注的制冷劑質量比R12略少；因R134a中無氯原子，故其檢漏應采用R134a專用的檢漏儀。R404AR404A組成物質及質量分數為R125／R143a／R134a(44／52／4)，ODP=0，GWP=3260，屬溫室氣體，毒性為A1/Al。R404A的相變滑移溫度為0.5(℃)屬近共沸混合物，系統內制冷劑的泄漏對系統性能影響較小。R404A的熱力性質與R22接近，在中溫范圍時的能耗比R22增加8%～20%,但在低溫范圍時，兩者相當。在同溫度工況下，由于R404A的壓縮比比R22低,因而,壓縮機的容積效率比R22高。過冷溫度對R404A的性能影響大，因此R404A系統宜增設過冷器，R404A可用于—45／+10(℃)的蒸發溫度范圍的商用及工業用制冷系統，也可替代R22。由于R404A含有R134a，故其制冷系統用的潤滑油、干燥劑及清潔度要求等與R134a相同。．R407C

R407C是由R32、R125、R134a三種工質按23％、25％和52％的質量分數混合而成的非共沸混合物，其相變滑移溫度為7.1(℃)。ODP=0，GWP=1530，毒性Al／Al,R407C的熱力性質在工作壓力范圍內與R22非常相似，其制冷劑的COP與R22相近。使用R22的制冷設備改用R407C，需要更換潤滑油，調整制冷劑的充灌量、節流組件和干燥劑等。由于R407C的相變滑移溫較大，在發生泄漏、部分室內機不工作的多聯系統以及使用滿液式蒸發器的場合，混合物的配比可能發生變化，而影響預期的效果,另外，非共沸混合物在傳熱表面的傳質阻力增加可能會造成蒸發、冷凝過程的熱交換效率降低。由于R407C中含有Rl34a，故系統使用的潤滑油、干燥劑及對清潔度等的要求同R134a。

．R410A

R410A是由R32和R125兩種工質按各50％的質量分數組成，屬HFCs混合物，其ODP=0，GWP=1730，毒性Al／A1，R410的相變滑移溫度0.2(℃)，屬近共沸混合物制冷劑，熱力性能十分接近純工質。與R22相比，R410A的冷凝壓力增大近50％，是一種高壓制冷劑，需提高設備及系統的耐壓強度。由于R410A的高壓、高密度，使系統制冷劑的管路直徑可減少許多，壓縮機的排量也有很大降低。同時，R410A的傳熱和流動特性優于R22。3．共沸溶液共沸溶液制冷劑在標準大氣壓下的蒸發溫度一般比組成其組分的蒸發溫度低。在同一蒸發溫度下，其單位容積制冷量比其任一組分的都大。壓縮機排氣溫度降低。應用共沸溶液是制冷劑發展的方向之一，它的應用將促進制冷技術的發展。（1）共沸溶液制冷劑在標準大氣壓下的蒸發溫度一般比組成其組分的蒸發溫度低。例如R502在標準大氣壓的蒸發溫度為－45.6(℃)，而組成其組分的R22和R115分別為－40.8(℃)和－38(℃)。（2）在同一蒸發溫度下，由于共沸溶液制冷劑的蒸發壓力比其組成組分的蒸發壓力高，所以其單位容積制冷量比其任一組分的都大，使用同一制冷壓縮機，其制冷量提高。例如與R22相比，采用R502的單級壓縮機，制冷量可增加5％～30％，在低溫下制冷量增加較大。（3）壓縮機排氣溫度降低。例如在相同工況下，R502的排氣溫度約比R22低10～25(℃)。由于排氣溫度低，使曲軸箱內油溫、電機繞組溫度均有明顯下降，改善了機器的工作條件。R502雖然具有較好的熱力學特性，但目前價格較高，僅在－40～－45(℃)的封閉式制冷機組中使用。四、氯氟碳化合物的禁用及其對策氯氟碳化合物是氟利昂族中的一大類，即含氯而無氫的氟利昂，它們會破壞同溫層中的臭氧。

CFC：含氯而無氫的氟化碳；

HCFC：含氫、氯的氟化碳；

HFC：含氫而無氯的氟化碳。

為了保護03層，國際社會于1985年和1987年締結了《保護03層維也納公約》和《關于消耗03層物質的蒙特利爾議定書》(以下簡稱議定書).隨著保護03日益緊迫的要求，《議定書》締約方大會又先后通過了《倫敦修正案》(1990年)、《哥本哈根修正案》(1993年)、《蒙特利爾修正案》(1997年)和《北京修正案》(1999年)。這些修正案對《議定書》所列消耗03層物質(OzoneDeletingSubstanceo——簡稱ODS)的種類、消耗量基準和禁用時間等做了進一步的調整和限制。在尋求CFC替代劑的同時，可以采取一些措施，如提高制冷系統的密封性，減少機器故障，回收制冷劑等，以降低CFC向大氣的擴散。從國際制冷學會最近匯總的調查結果表明，如采取各種措施，有可能降低30％～50％的CFC的擴散。

(1)．《蒙特利爾議定書》及《倫敦修正案》主要規定了逐步削減與禁用CFC和哈龍（即BCFC）兩類物質的要求和時間表，對HCFC類物質、沒有提出相應的限制。(2)．1993年的《哥本哈根修正案》第一次將HCFC類物質納入受控物質清單，并規定了逐步削減與禁用時間表，其內容如下：

1)對CFC(含BCFC)包括CFC一11、CFC一12、CFC一113、CFC一114、CFC-115

等氯氟化碳類物質以及哈龍1211(BCFC一12B1)、哈龍1301(BCFC一13B1)、哈龍2402(BCFC一114B2)等工質，規定發達國家從1996年1月1日起完全停止生產與消費;發展中國家(CFC年人均消耗量小于0.3kg)最后停用日期為2010年1月1日。

2)對HCFC包括HCFC一22、HCFC一123、HCFC一142b等。發達國家從1996年開始凍結生產量，2004年開始削減，2030年完全停業使用;發展中國家從2016年開始凍結生產量，2040年完全禁用。3)．1997年的《蒙特利爾修正案》則更進一步地將上述HCFC的禁用時間提前，發達國家從2030年提前到2020年，發展中國家從2040年提前到2030年。4)．1999年的《北京修正案》規定對HCFCs,允許所有國家其凍結后可以繼續生產其凍結水平的15％，以滿足國內基本需求。.溫室效應及京都議定書

CFC的排放會加劇地球的溫室效應，CFC是產生溫室效應的氣體，使地球的平均氣溫升高，海平面上升，土地沙漠化加速，危害生物，破壞生態平衡。在目前估計的氣溫變暖的因素中，20％-25％是CFC類物質作用的結果。CFCs的禁用及替代物的使用，不僅要考慮ODP值，而且應考慮到GWP值，即對溫室效應的影響。

1997年12月聯合國氣候變化框架公約締約國第三次會議在日本東京都召開，會議通過了《京都議定書》。《議定書》確定C02、HFCs等6種氣體為受管制的溫室氣體，并將限制上述溫室氣體排放總量。要求各國降低其能源需求，調整能源結構等技術措施，降低其溫室氣體排放總水平。具體指標是在2008-2012年之間，工業國溫室氣體排放量必須比1990年的排放總量減少5.2％，其中美國排放總量比1990年水平減少7％；歐盟減少8％；日本、加拿大減少6％；俄羅斯維持在1990年的水平上。因此,CFCs及HCFCs的長期替代物HFCs制冷劑的排放、生產和使用將會受到限制，因此，HFCs物質作為永久性替代制冷劑問題，國際上尚存著不同看法。我國于2002年9月正式核準《京都議定書》，并承擔相應的國際義務。中國逐步淘汰消耗03層物質的國家方案

我國于1991年6月成為《蒙特利爾議定書》的參加國，并批準了《倫敦修正案》。1992年組織編制了《中國逐步淘汰消耗03層物質的國家方案》，1993年1月經國務院批準實施。1998年對上述《國家方案》進行了修定。其要點如下：中國1991年主要生產和消費CFC-11、CFC-12、CFC-13、CFC-113.哈龍-1211、哈龍-1301、CFC-10(四氯化碳)、CFC-140(三氯乙烷)等八種受控物質，按ODP值計算，消耗03層物質(ODS)總量為60.352萬t，國內生產40.373萬t，生產量占消耗量的66.9％；其中制冷空調(包括工業、商業和家用制冷空調設備)消耗量12.869萬t，占總消費量的21.3％。

逐步淘汰ODS的主要措施:

近期的解決方法是采取措施，減少向大氣中的CFCs的排放量。比如，盡量減少制冷系統中的CFCs的充灌量，逐年減少CFCs的生產和使用；把原生產CFCs的工廠轉產HCFC-22。中期的解決方法是采用對大氣03