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冷(leng)凍(dong)機組-螺桿冷(leng)凍(dong)機組常用冷(leng)媒介(jie)紹及相關說(shuo)明
螺(luo)桿冷(leng)(leng)(leng)凍機組用的制冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)又稱制冷(leng)(leng)(leng)工質，是(shi)制冷(leng)(leng)(leng)循環的工作介質，利用制冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的相變來傳(chuan)遞熱量(liang)，既制冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)在(zai)蒸(zheng)發器(qi)中汽化時吸熱，在(zai)冷(leng)(leng)(leng)凝器(qi)中凝結(jie)時放熱。當前能用作螺(luo)桿冷(leng)(leng)(leng)凍機組制冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的物質有80多(duo)種(zhong)，最常用的是氨、氟里昂類、水和少數碳氫化(hua)合物等。
1987年9月在加(jia)拿大(da)的(de)蒙(meng)特(te)利爾(er)室召(zhao)開(kai)了專門性的(de)國(guo)際會議，并簽署了《關于消耗臭(chou)氧層的(de)蒙(meng)特(te)利爾(er)協議書(shu)》，于1989年1月1日起生效，對氟里昂在的R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等(deng)CFC類的生產進行限制。1990年6月在倫(lun)敦召(zhao)開了(le)該議(yi)定書締(di)約國的(de)第二次會議(yi)，增加了(le)對全(quan)部(bu)CFC、四氯化(hua)碳(tan)（CCL4）和甲基氯仿（C2H3CL3）生產(chan)的(de)限制，要(yao)求締約國(guo)中的(de)發達國(guo)家在(zai)2010年完全停(ting)止生(sheng)產以上(shang)物質，發展中國家可推(tui)遲到2020年。另外對過渡性物質HCFC提出了2040年后的(de)控制(zhi)日程表。 HCFC中的R123和(he)R134a是R12和(he)R22的替代品。
熱力學的要求
1、在大氣壓(ya)力(li)下，螺桿(gan)冷凍機(ji)組的(de)(de)制冷劑的(de)(de)蒸發溫度(沸點)ts要低(di)。這是一個很重要的(de)性能指標。ts愈低，則不僅(jin)可(ke)以制取(qu)較低的溫度(du)(du)，而且還可(ke)以在一(yi)定的蒸(zheng)發溫度(du)(du)to下，使(shi)其蒸發(fa)壓力Po高于大氣(qi)壓力。以避免空(kong)氣(qi)進入制冷(leng)系(xi)統，發(fa)生泄漏時較容(rong)易發(fa)現(xian)。
2、要求制(zhi)冷劑(ji)在(zai)常溫下(xia)的冷凝(ning)壓力Pc應盡量(liang)低些，以(yi)免處于高(gao)壓(ya)(ya)下工作的(de)壓(ya)(ya)縮機、冷(leng)(leng)凝器(qi)及(ji)排氣(qi)管(guan)道(dao)等設備的(de)強度要求過(guo)高(gao)。并且，冷(leng)(leng)凝壓(ya)(ya)力過(guo)高(gao)也有導致制冷(leng)(leng)劑向外滲漏的(de)可能和引(yin)起消耗功的(de)增大。
3、對(dui)于大型活塞(sai)式壓縮機(ji)來說，制冷(leng)劑的單位容積制冷(leng)量qv要求盡可(ke)(ke)能(neng)大(da)，這樣可(ke)(ke)以縮(suo)(suo)小(xiao)(xiao)壓(ya)縮(suo)(suo)機尺(chi)寸和減少制(zhi)冷工質的循環量；而(er)對于(yu)小(xiao)(xiao)型或微型壓(ya)縮(suo)(suo)機，單位容積制(zhi)冷量可(ke)(ke)小(xiao)(xiao)一些；對于(yu)小(xiao)(xiao)型離心式壓(ya)縮(suo)(suo)機亦要求制(zhi)冷劑qv要小(xiao)，以(yi)擴大離心(xin)式壓(ya)縮機的(de)使用范(fan)圍，并避免(mian)小(xiao)尺寸葉輪制造之困難(nan)。
4、制冷劑(ji)的臨界溫(wen)(wen)度要高些、冷凝溫(wen)(wen)度要低(di)(di)些。臨界溫(wen)(wen)度的高低(di)(di)確定了制冷劑(ji)在(zai)常溫(wen)(wen)或普通(tong)低(di)(di)溫(wen)(wen)范(fan)圍內能否液化。
5、凝(ning)固(gu)溫(wen)度是制(zhi)冷劑(ji)使用范圍的下(xia)限，冷凝(ning)溫(wen)度越(yue)低制(zhi)冷劑(ji)的適用范圍愈大(da)。
制冷劑 分子式(shi) 分子量u 正常蒸發(fa)溫度ts(℃) 凝(ning)固點(dian)tf(℃) 臨(lin)界溫(wen)度 tkp(℃) 臨界壓力PKP絕對壓力 絕熱指數K
水（R718） H2O 18.02 +100 ±0 +374.1 225.6 1.33
氨(an)（R717） NH3 17.03 -33.4 -77.7 +132.4 115.2 1.31
R11 CFCL3 137.39 +23.7 -111 +198 44.6 1.17
R12 CF2CL2 120.92 -29.8 -155 +111.5 40.86 1.15
R13 CF3CL 104.47 -81.5 -180 +28.8 39.4 -
R22 CHF2CL 88.48 -40.8 -180 +96 50.3 1.19
R115 C2F5CL 154.48 -38 -106 +80 33 1
物理化學的要(yao)求
1、制冷劑的(de)粘度應盡(jin)可能(neng)小，以(yi)減少(shao)管(guan)道流動阻力、提換熱設備(bei)的(de)傳熱強度。
2、制冷劑的導熱(re)系數應當高，以提高換熱(re)設(she)備的效(xiao)率，減(jian)少傳熱(re)面積。
3、制(zhi)冷(leng)劑(ji)與油的(de)互(hu)溶性質：制(zhi)冷(leng)劑(ji)溶解(jie)于潤滑(hua)油的(de)性質應從(cong)(cong)兩個方面(mian)來分(fen)析。如果制(zhi)冷(leng)劑(ji)與潤滑(hua)油能任(ren)意互(hu)溶，其優點(dian)是潤滑(hua)油能與制(zhi)冷(leng)劑(ji)一起滲到壓縮(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)各個部件(jian)，為機(ji)(ji)(ji)體(ti)潤滑(hua)創造良好條件(jian)；且在蒸(zheng)(zheng)發器(qi)(qi)和冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)的(de)熱換(huan)熱面(mian)上不易形成油膜阻礙(ai)傳熱。其缺(que)點(dian)是從(cong)(cong)壓縮(suo)機(ji)(ji)(ji)帶出(chu)的(de)油量過多，并且能使蒸(zheng)(zheng)發器(qi)(qi)中的(de)蒸(zheng)(zheng)發溫(wen)度升高。部分(fen)或微溶于油的(de)制(zhi)冷(leng)劑(ji)，其優點(dian)是從(cong)(cong)壓縮(suo)機(ji)(ji)(ji)帶出(chu)的(de)油量少，故蒸(zheng)(zheng)發器(qi)(qi)中蒸(zheng)(zheng)發溫(wen)度較(jiao)穩定。其缺(que)點(dian)是在蒸(zheng)(zheng)發器(qi)(qi)和冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)換(huan)熱面(mian)上形成很難(nan)清除的(de)油膜，影響了傳熱。
類 別 溶(rong)解性 制冷劑 產生的影響
1 難溶 NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2 無
2 微(wei)溶（在壓縮機曲(qu)軸箱和(he)冷凝器內相互溶解，在蒸發器內分解）
R22、R114、R152、R502 溶解(jie)時降低潤滑油的沾度
3 完全溶解 R11、R12、R21、R113、烴(jing)類、CH3CI、R500
降低潤滑油的沾度(du)和凝固點(dian)，并使油中(zhong)石蠟下沉，蒸發溫度(du)升(sheng)高
4 應具有(you)一定的(de)吸水性，這樣(yang)就(jiu)不(bu)致在(zai)制冷系(xi)統中(zhong)形成“冰塞”，影響正常運(yun)行。
5 應(ying)(ying)具有化學穩定(ding)性：不(bu)燃(ran)燒、不(bu)爆炸，使用中不(bu)分解，不(bu)變質。同時制冷劑(ji)本身(shen)或與(yu)油(you)、水等相混時，對金屬不(bu)應(ying)(ying)有顯著(zhu)的腐蝕作用，對密(mi)封材料的溶(rong)脹(zhang)作用應(ying)(ying)小。
安全性的要求
1 由(you)于制冷劑在(zai)運(yun)行(xing)中可(ke)能(neng)泄漏(lou)，故要求工質對人(ren)身健(jian)康無損(sun)害、無毒(du)性(xing)、無刺激作用。
制(zhi)冷劑(ji)的分(fen)類
1 在壓(ya)(ya)(ya)縮式制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)中(zhong)(zhong)廣泛使用(yong)的制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)是氨、氟(fu)里(li)昂(ang)(ang)和(he)(he)烴類。按照化學成(cheng)分(fen)，制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)可(ke)分(fen)為五類：無機化合物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)、氟(fu)里(li)昂(ang)(ang)、飽和(he)(he)碳氫(qing)(qing)化合物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)、不飽和(he)(he)碳氫(qing)(qing)化合物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)和(he)(he)共沸(fei)混(hun)合物(wu)(wu)制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)。根據冷(leng)(leng)(leng)(leng)凝壓(ya)(ya)(ya)力，制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)可(ke)分(fen)為三(san)類：高(gao)溫（低壓(ya)(ya)(ya)）制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)、中(zhong)(zhong)溫（中(zhong)(zhong)壓(ya)(ya)(ya)）制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)和(he)(he)低溫（高(gao)壓(ya)(ya)(ya)）制(zhi)(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)劑(ji)(ji)。
2 無(wu)機化(hua)合物(wu)制冷劑：這類制冷劑使(shi)用得比(bi)較早，如氨（NH3）、水（H2O）、空氣、二氧化(hua)碳(tan)（CO2）和二氧(yang)化硫（SO2）等。對(dui)于無機化合物制冷劑(ji)，國際上規定的代號為R及后面的三(san)位數字，其中第一(yi)位為“7”后(hou)兩位(wei)數字(zi)為分子量。如(ru)水(shui)R718...等。
3 氟里(li)昂（鹵碳化合物制(zhi)冷劑）：氟里(li)昂是飽和碳氫化合物中(zhong)全部或部分氫元素（CL）、氟（F）和溴（Br）代替后衍(yan)生物(wu)的總(zong)稱。國際規(gui)定(ding)用“R”作為(wei)這類制冷(leng)劑的代號，如R22...等(deng)。
4 飽和(he)(he)碳氫化(hua)合(he)物(wu)：這類制冷劑中主要有(you)甲烷(wan)、乙(yi)烷(wan)、丙烷(wan)、丁烷(wan)和(he)(he)環狀有(you)機(ji)化(hua)合(he)物(wu)等(deng)。代號與氟里昂一樣采用“R”，這類制冷劑易燃易爆，安全性很差。如R50、R170、R290...等。
5 不(bu)飽(bao)和碳氫化合物(wu)制冷劑(ji)：這類制冷劑(ji)中(zhong)主要是乙烯（C2H4）、丙(bing)烯（C3H6）和它(ta)們(men)的鹵族元素衍生物，它(ta)們(men)的R后(hou)的數字多為(wei)“1”，如R113、R1150...等。
6 共沸(fei)混合物(wu)制(zhi)冷(leng)劑(ji)：這類制(zhi)冷(leng)劑(ji)是由兩(liang)種以(yi)(yi)上(shang)不同(tong)制(zhi)冷(leng)劑(ji)以(yi)(yi)一(yi)定(ding)比例(li)混合而成的(de)共沸(fei)混合物(wu)，這類制(zhi)冷(leng)劑(ji)在(zai)一(yi)定(ding)壓力下能保(bao)持一(yi)定(ding)的(de)蒸發溫度，其氣(qi)相(xiang)或液相(xiang)始終保(bao)持組(zu)成比例(li)不變，但(dan)它們的(de)熱力性質(zhi)(zhi)卻不同(tong)于(yu)混合前的(de)物(wu)質(zhi)(zhi)，利用共沸(fei)混合物(wu)可以(yi)(yi)改善制(zhi)冷(leng)劑(ji)的(de)特(te)性。如R500、R502...等。
7 高溫(wen)、中溫(wen)及低溫(wen)制(zhi)冷劑：是按制(zhi)冷劑的(de)標(biao)準(zhun)蒸(zheng)發溫(wen)度和常溫(wen)下(xia)冷凝壓力來分的(de)。
制冷劑 使用溫度范圍 壓(ya)縮機類型 用途 備注
R717（氨） 中、低溫 活(huo)塞式、離(li)心式 冷藏、制(zhi)冰 在普通制冷(leng)領域
R11 高溫 離(li)心(xin)式(shi) 空調
R12 高、中、低溫(wen) 活塞式(shi)(shi)、回轉式(shi)(shi)、離心式(shi)(shi) 冷藏、空(kong)調 高溫為：10-0℃
R13 超低溫 活(huo)塞式(shi)、回轉式(shi) 超低溫
R22 高、中、低溫 活塞(sai)式、回轉式、離心式 空(kong)調、冷藏、低溫冷凍機組中溫為：0--20℃
R114 高溫 活(huo)塞式 特(te)殊空(kong)調 低溫為：-20--60℃
R500 高(gao)、中(zhong)溫 活塞式、回轉式、離心式 空調(diao)、冷藏 超低溫冷凍(dong)機(ji)組為：-60--120℃
R502 高(gao)、中、低(di)溫 活(huo)塞式、回轉式 空調、冷藏(zang)、低(di)溫(wen)
氨(an)（R717）的特性
1 氨（R717、NH3）是中溫(wen)制冷劑(ji)之一，其(qi)蒸(zheng)發(fa)溫(wen)度ts為-33.4℃，使用(yong)范圍是+5℃到-70℃，當冷卻(que)水溫度
達高30℃時，冷凝器中的(de)工作壓力一般(ban)不超過(guo)1.5MPa。
2 氨的臨(lin)界溫(wen)度較高（tkr=132℃）。氨(an)是汽化潛熱(re)大，在大氣壓(ya)力下為(wei)1164KJ/Kg，單位容積制冷量也大，氨壓(ya)縮機(ji)之尺寸可(ke)以較小。
3 純氨對潤滑油無不良(liang)影(ying)響(xiang)，但有(you)水分(fen)時，會降低冷凍油的潤滑作用(yong)。
4 純氨對(dui)鋼鐵無腐蝕(shi)作用，但當氨中(zhong)含有(you)水分時將腐蝕(shi)銅和(he)銅合(he)金（磷青銅除外），故(gu)在氨制(zhi)冷系統中(zhong)對(dui)管(guan)道及(ji)閥件均不采(cai)用銅和(he)銅合(he)金。
5 氨的(de)(de)蒸氣(qi)無(wu)色，有強(qiang)烈的(de)(de)刺激臭味。氨對人(ren)體有較(jiao)大的(de)(de)毒(du)性，當氨液飛(fei)濺到皮膚上時(shi)會引起凍傷。當空氣(qi)中(zhong)氨蒸氣(qi)的(de)(de)容積(ji)達到0.5-0.6%時可引起爆(bao)炸。故機(ji)房內(nei)空氣中(zhong)氨(an)的濃度不得(de)超過0.02mg/L。
6 氨(an)在(zai)常溫下(xia)不易燃燒，但加熱至350℃時，則分解為(wei)氮和氫氣，氫氣于空氣中的氧氣混合(he)后會發(fa)生爆炸。
氟哩昂的特性(xing)
1 氟哩昂是一種(zhong)透明(ming)、無味、無毒、不易燃(ran)燒、爆(bao)炸和化(hua)學性穩定的(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)。不同的(de)化(hua)學組成和結構的(de)氟里昂制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)熱力性質相(xiang)差很大，可適用于(yu)高溫(wen)、中溫(wen)螺桿冷(leng)凍(dong)機組和低(di)溫(wen)螺桿冷(leng)凍(dong)機組，以適應不同制(zhi)(zhi)冷(leng)溫(wen)度的(de)要求。
2 氟(fu)里昂對水(shui)的溶解度(du)小(xiao)，制冷裝(zhuang)(zhuang)置中進入水(shui)分后會產生酸性物質，并容易造成低溫系統的“冰堵”，堵塞節流閥或管道。另(ling)外(wai)避免(mian)氟(fu)里昂與天然(ran)橡膠(jiao)(jiao)起作用(yong)，其(qi)裝(zhuang)(zhuang)置應采用(yong)丁晴橡膠(jiao)(jiao)作墊片或密(mi)封圈。
3 常用的氟里昂制冷劑有(you)R12、R22、R502及R1341a，由(you)于其他型(xing)號(hao)的制冷(leng)劑現在已經停用或禁用。在此不(bu)做(zuo)說明。
4 氟里(li)昂12（CF2CL2，R12）：是氟里昂(ang)制(zhi)冷劑中(zhong)應用較多的一(yi)種(zhong)，主要(yao)以中(zhong)、小型(xing)食(shi)品庫(ku)、家用電(dian)冰箱以及(ji)水(shui)、路冷藏運輸等制(zhi)冷裝置中(zhong)被廣泛采用。R12具有較好(hao)的熱力學(xue)性能，冷藏壓力較低，采用風冷或自(zi)然冷凝(ning)壓力約0.8-1.2KPa。R12的(de)標準蒸發(fa)溫度(du)為-29℃，屬中溫(wen)制(zhi)冷劑(ji)，用(yong)于(yu)中、小型(xing)活(huo)塞式壓縮機可(ke)獲得-70℃的低溫。而對(dui)大型離心(xin)式壓(ya)縮機可獲得-80℃的(de)低溫。近年來電冰箱的(de)代替冷媒為(wei)R134a。
5 氟里昂22（CHF2CL，R22）：是(shi)氟里昂制冷(leng)劑(ji)中應(ying)用(yong)較多的一種，主要(yao)以家(jia)用(yong)空調和低溫冰箱中采用(yong)。R22的熱力學性能與氨相近。標準氣化溫度為-40.8℃，通常(chang)冷凝壓力(li)不超(chao)過1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨(an)安全可靠(kao)。R22的單位容積比R12約高60%，其低溫(wen)時(shi)單(dan)位容積制冷量(liang)和飽和壓力均(jun)高于R12和氨。近(jin)年來對大型空調螺桿(gan)冷凍(dong)機組的冷媒大都(dou)采(cai)用(yong)R134a來代替。
6 氟里昂(ang)502（R502）：R502是由R12、R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶(rong)液(ye)。R502與R115、R22相比具有更(geng)好的熱力(li)學性能，更(geng)適用(yong)于低(di)溫(wen)。R502的標準蒸發溫度為-45.6℃，正(zheng)常工作壓力與R22相近。在相同的(de)工況下的(de)單(dan)位容積(ji)制冷(leng)量比R22大，但排氣溫度(du)卻比R22低。R502用(yong)于(yu)全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發溫度可低達-55℃。R502在冷(leng)藏柜中使用(yong)較多。
7 氟里(li)昂134a（C2H2F4，R134a）：是一種較新型的制冷劑，其(qi)蒸發(fa)溫度為-26.5℃。它的主要熱(re)力學(xue)性質與R12相似，不會(hui)破壞空(kong)氣中(zhong)的臭氧層，是(shi)近年來鼓吹(chui)的環(huan)保冷媒(mei)，但會(hui)造成溫(wen)室效應。是(shi)比較理(li)想的R12替代制冷劑(ji)。
8 氟(fu)里昂(ang)與水(shui)(shui)(shui)的(de)關(guan)系：氟(fu)里昂(ang)和水(shui)(shui)(shui)幾(ji)乎完全(quan)相互不溶解(jie)，對水(shui)(shui)(shui)分的(de)溶解(jie)度極小(xiao)。從低溫側進入(ru)裝(zhuang)置(zhi)的(de)水(shui)(shui)(shui)分呈水(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)氣狀態(tai)，它和氟(fu)里昂(ang)蒸(zheng)氣一起被壓縮而進入(ru)冷凝器，再(zai)冷凝成液(ye)態(tai)水(shui)(shui)(shui)，水(shui)(shui)(shui)以液(ye)滴壯混于氟(fu)里昂(ang)液(ye)體中，在(zai)膨脹閥(fa)處因低溫而凍結成冰，堵塞閥(fa)門，使(shi)制(zhi)冷裝(zhuang)置(zhi)不能(neng)正常工(gong)作。水(shui)(shui)(shui)分還(huan)能(neng)使(shi)氟(fu)里昂(ang)發(fa)生(sheng)水(shui)(shui)(shui)解(jie)而產生(sheng)酸，使(shi)制(zhi)冷系統內發(fa)生(sheng)“鍍銅”現(xian)象。
9 氟里(li)昂與潤滑油的(de)(de)(de)關系：一般是易溶(rong)于冷(leng)凍油的(de)(de)(de)，但在高溫(wen)時，氟里(li)昂就會從(cong)冷(leng)凍油內(nei)分解(jie)出來。所以(yi)在大型(xing)螺(luo)桿冷(leng)凍機組中的(de)(de)(de)油箱里(li)都有加熱器(qi)，保持在一定的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)來防止(zhi)氟里(li)昂的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)。
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