制冷剂的选用原则

制冷剂

1. 制冷剂的选用原则

在蒸汽压缩式制冷机中，除了要有较好的热力性质和物理化学性质外，更应具有优良的环境特性。具体要求如下：

（1） 对人类生态环境无破坏作用。不破坏大气臭氧层，不产生温室效应。

（2） 临界温度较高。在常温或普通低温下能够液化。希望临界温度比环境温度高的多，才能减少制冷剂节流损失，提高循环经济性。

（3） 在工作温度范围内，具有适当的饱合蒸汽压力，最起码蒸发压力不得低于大气压力，以免外部空气渗入系统中；冷凝压力不宜过高，否则会引起压缩机耗功增加，并要求系统具有较高的承压能力，增加设备成本。

（4） 单位容积制冷量大。可以减少压缩机输气量。

（5） 粘度和密度小。减少系统中流动阻力损失。

（6） 热导率高。可以提高换热器的传热系数，减少换热设备的传热面积降低材料消耗。

（7） 不燃烧，不爆炸，无毒。对金属材料不腐蚀，对润滑油不发生化学作用，高温下不分解。

（8） 等熵指数小。可降低排气温度，减少压缩过程耗功，有利安全运行和提高使用寿命。

（9） 凝固温度低。避免在蒸发温度下出现凝固。

（10） 具有良好的绝缘性能。

（11） 价格低易获得。

（12） 单位容积压缩功小。

目前，完全满足以上十二项要求的制冷剂还未发现。但选择时，可以根据用途使用条件等加以全面考量。

如小型封闭压缩机家用装置，多选用氟制冷剂。大型工业制冷多选用氨，石油化工多选用碳氢化合物。

2. 种类及分类

按成分有以下几种。

（1） 无机化合物。水、氨、二氧化碳等。

（2） 饱和碳氢化合物的衍生物，俗称氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。

（3） 饱合碳氢化合物。如丙烷，异丁烷等

（4） 不饱和碳氢化合物。如乙烯，丙烯等。

（5） 共沸混合制冷剂。如R502等。

（6） 非共沸混合制冷剂。如R407c，R410等。

通常按照制冷剂的标准蒸发温度，又分为高、中、低温三类。标准蒸发温度是指标准大气压力下的蒸发温度，也就是沸点。

（1） 高温（低压）：标准蒸发温度（tS）>0℃,冷凝压力(PC)≦0.2～0.3Mpa,常用的R123等。

（2） 中温（中压）：0℃> tS>-60℃，0.3Mpa< PC<2.0 Mpa,常用的有氨，R12, R22, R134a,丙烷等。

（3） 低温（高压）：tS≦-60℃，常用的有R13，乙烯, R744(CO2)等。

3. 编号，命各标示方法;

按照国际统一规定用字母“R”代表制冷剂，加上后面的数字和字母组成在GB7778-1987中做了明确规定。简述如下：

（1） 无机化合物。

规定为R700加上无机化合物的相对分子质量的整数部分组成

NH3(氨) H2O（水） CO2（二氧化碳）

分子量 17 18 44

编号 R717 R718 R744

(2)氟利昂和烷氢类：

烷氢类化合物的分子通式：CmH2m+2

氟利昂是饱合碳氢化合物(烷族)的卤族元素衍生物的总称，分子通式为R（m-1）(n+1)(X),若有Br（溴）原子，再加字母B和原子数，若（m-1）=0，则“0”略去不写。

下面列举几种编号

名称 分子式 m,n,x,z值 编号

一氯二氟甲烷 CHF2Cl m=1,n=1,x=2,z=0 R22

二氯撒氟乙烷 C2HF3 Cl2 m=2,n=1,x=3,z=0 R123

三氟一溴甲烷 CF3Br m=1,n=0,x=3,z=1 R13B1

丙烷 C3H8 m=3,n=8,x=0,z=0 R290

(3)混合制冷剂。

混合制冷剂以获取命名的顺序编号的

共沸混合制冷剂编号为R5，从R500开始R501,R502等。

非共沸混合制冷剂编号为R4，从R401，R404，R410等。

同素异构体加注小写数字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a

4. 常用制冷剂性质

（1） 氨：标准蒸发温度为-33.4℃，凝固温度为-77.7℃，压力适中，单位容积制冷量大，流动阻力小，热导率大。价格低廉对大气臭氧层无破坏作用，故被广泛应用在蒸发温度-65℃以上的大中型制冷机中。

缺点是毒性较大，可燃，可爆，有强烈刺激性臭味，等熵指数较大，对锌铜有腐蚀作用。

（2） 氟利昂：重点分析热水器目前常用的

1）R22：对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应，被列为第二批限用禁用的制冷剂。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。

R22是应用最广泛的中温制冷剂，沸点-40.8℃，凝固点-160℃，无色，气味弱，不燃烧，不爆炸，属安全制冷剂。它与润滑油部分互溶，需采取回油措施。

2）R142b.沸点较高-9.25℃.凝固点-130.8℃最大特点是在很高的冷凝温度下，冷凝压力并不高。如80℃时只有1.35 Mpa，因此它适合在热泵装置和高环境温度下使用。

对大气臭氧层有微弱的破坏作用，也将在2040年禁用。

3）R134a。沸点-26.5℃，凝固点-101℃，无色，无味，不燃，不爆，

但与矿物性润滑油不相溶，必须采用聚脂类合成油（如聚烯烃乙二醇），与丁腈橡胶不相溶，故密封件须改为聚丁腈橡胶，吸水性较强，易与水反映生成酸，腐蚀管络及压缩机，对系统干燥度要求更高，系统中的干燥剂要换成XH-7或XH-9分子筛。压缩机电机线圈绝缘材料必须加强绝缘等级，是一种不太成熟的制冷剂。

4）目前认为较有前途的R22潜代品为R407c和R410A。

R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的质量百分比组成的三元非共沸制冷剂，蒸发压力和制冷压力与R22非常接近。但在制热工况下单位容积制冷量和COP都小于R22。在相同设计运行能力的热泵热水系统中，采用R407c热水加热系统耗功明显高于R22系统。使得在高水温时COP低于R22系统。

R410A是R32和R125按照50：50的质量百分比组成的近共沸混合制冷剂。其温度滑移不超过0.2℃，这给制冷剂充灌，设备更换提供了方便。但是R410A制热工况下的COP 比R22约小9%，其蒸发压力，冷凝压力以及容积制冷量都比R22大的多，同温度下它的压力值比R22约高60%，传热性能及流动性较好。不能直接用于R22系统。必须重新设计压缩机，换热器，管路和系统。

5）C02制冷剂

绿色环保天然工质C02以其无毒，对臭氧层与影响，不产生温室效应和良好的热力学性质等优点，再度受到人们的重视。此外，C02给临界环境系统所具有的较高的排气温度和气体冷却器较大的温度滑移。它在热泵热水器领域具有其他工质无法比拟的优势。

主要优势：

① 无毒，不可燃。具有很好的安全性。消耗臭氧潜能值ODP=0，全球变暖潜能值GWP=1，有着良好的的经济性，而不存在回收问题，具有环境友好性。

② 物理化学性能稳定。与润滑油共溶性良好。粘度很低，这样可以提高流速，压降不会太大，改善传热，进一步减小部件尺寸和系统重量。

③ 绝缘指数（K）值较高，虽有使压缩机排气温度偏高的问题，但符合制取较高温度热水的要求。同时，由于C02低于工作压力P0很高，压缩机压缩比相对其他系统低的多，压缩机效率高。

④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相对于一定的蒸发温度，它的蒸发（汽化）潜热比较大，此外，高的工作压力，使压缩机吸气比容较小，单位容积制冷量较大，可以减少尺寸，使系统结构紧凑。

⑤ C02低的临界温度，使其在热泵系统循环中处于跨临界状态。在放热过程中较大的温度滑移，可以和变温热源较好的匹配。

C02应用研究的一个重要领域是热泵热水器（HPWH）。C02跨临界循环中气体冷却器所具有的较高的排气温度，较大的温度滑移和冷却介质的温升过程相匹配，使其在热泵循环方面具有独特的优势。

通过调整循环的排气压力，可使气体冷却器的排热过程较好适应外部热源的温度和温升需要。研究结果表明，当用环境空气作热源，0℃环境进水温度8℃，热水出水温度为60℃时，该系统COP值高达4.3.一个更大优点是毫无困难的产出90℃的热水COP值仍较高。而普通的热泵热水器限制产水温度在55℃以下。

因而C02热泵系统可较好的满足采暖，空调和生活热水的加热要求。C02作为制冷工质在热泵中的应用将有效的解决空调冷热源面临的资源与环境压力，应用前景良好。

R407C，R410A，R22的一般性质和理论循环的比较表
参数	R407C	R410A	R22
成分	HFC32/125/134a	HFC32/125	HcFC22
质量混合比例	23/25/52	50/50	100
相对分子量	86.2	72.59	86.48
标准沸点℃	-43.77	-51.56	-40.76
凝固点℃	-115		-160
临界温度℃	86.08	70.22	96
临界压力Mpa	4.653	4.852	4.974
临界密度Kg/m^3	506	547.5	525
饱和液体密度Kg/m^3	1137.6	1060.2	1191
饱和蒸汽密度Kg/m^3	51.374	65.97	44.44
粘度（饱和液体）mPa.s	0.164	0.178	0.178
粘度（饱和汽体）mPa.s	0.0128	0.0132	0.0128
比热容（饱和液体） KJ/(Kg.K)	1.53	1.692	1.256
比热容（饱和汽体） KJ/(Kg.K)	1.143	1.306	0.662
蒸发潜热KJ/Kg	185.11	186.85	233.5
导热系数（饱和液体） W/(m.K)	0.0863	0.081	0.0869
导热系数（饱和汽体） W/(m.K)	0.0131	0.0128	0.0113
ODP	0	0	0.0113
GWP	1500	1700	1700
理论循环数据
蒸发压力Kpa	499	804	498
冷凝压力Kpa	2112	3061	1943
温度滑移	4.3	0.07	0
排气温度	67.4	72.5	70.3
制冷COP	3.94	3.69	4.14
容积制冷量KJ/m^3	2947	4190	3010
制热COP	5.03	4.69	5.14
容积制热量KJ/m^3	3762	5326	3737

设计与生产工艺的对比
	R22	R407C	R410A
压缩机		专用压缩机 润滑油更换为POE,PVE	同407C
冷凝器		·系统设计压力增大到3.3Mpa, 对铜管压力重新校核 ·增大换热面积，加大风扇，减小冷凝温度 ·增对温度滑移，采用工质与空气逆向流动	由于冷凝压力增大60%，系统耐压增加到4.15Mpa,一般采用直径8mm,7mm铜管
蒸发器		·铜管耐压重新校核 ·通过改变换热器结构，流动提 高换热系数	铜管的耐压重新校核
节流装置		·采用膨胀阀， ·节流毛细管加工精度提高，直径加大	·节流装置的耐压重新校核 ·采用膨胀阀，节流毛细管加工精度提高，直径加大
四通阀		专用	专用
铜管		·系统耐压提高10% ·提高壁厚	·铜管耐压重新校核 ·厚度提高到0.7mm以上
干燥过滤器		HFC32的分子直径小，采用分子筛XH-10C,11C过滤器	同407C
高分子材料	CR 合 成橡胶	HNBR 合成橡胶
两器加工		·残留水分，杂质减少 ·加工设备改用POE挥发油	·残留水分，杂质减少 加工设备改用POE挥发油
焊接工艺		采用氯离子助焊剂	采用氯离子助焊剂