制冷剂的类型与参数_.docx
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制冷剂的类型与参数
按制冷剂包含的成份可分为：
1、单一制冷剂 2、混合制冷剂。
单一制冷剂只含有一种化学物质，其热物理性能参数恒定不变，如，R134a、R152a等制冷剂都具有较高的能量效率。
混合制冷剂是由两种或两种以上制冷剂组成的混合物。
根据它在气液相平衡时气相和液相的组成是否相等又分为：
1、共沸混合制冷剂：
气液相平衡时气液两相组成相等的属于共沸混合制冷剂（包括相平衡时气液两相组成近似相等的近共沸混合制冷剂），
2、非共沸混合制冷剂。
组成不相等的属于非共沸混合制冷剂。
共沸混合制冷剂的选用与节能
共沸混合制冷剂在一定的压力下蒸发和冷凝时，气相和液相的组成不变，且能保持恒定的温度。
它和单一制冷剂具有近似的热物理性能。
这类制冷制是研究和应用最早、最成熟的制冷剂，现将已研究的共沸混合制冷剂列入表1中。
对于非共沸混合制冷剂，其在蒸发器中的蒸发过程及在冷凝器中的冷凝过程都是非理想混合过程。
这两种非理想混合过程使得混合制冷剂在制冷系统中冷凝压力降低，蒸发压力升高，压缩机的排气温度降低。
这就使得制冷机的压比降低，制冷系数提高，从而提高了制冷系统的能量效率。
表1已研究的共沸混合制冷剂
组成
质量比
标准沸点（℃）
对工质热力性质的改善
R12/R152a
73.8/26.2
-33.3
比R12制冷量大17～18%
R12/R22
25/75
-41.5
蒸发温度比R22低
R22/R115
48.8/51.2
-45.6
制冷量比R22大13%
R23/R13
40.1/59.9
-88.7
制冷量比R13大
R32/R115
48.2/51.8
-57.2
单级压缩可达50℃以下
R12/R31
78/22
-29.6
空调工况制冷能力比R12大8%
R31/R114
55/45
-12.5
R124/RC318
60/40
-12.3
有较低的冷凝压力
R290/R22
31.8/68.2
-48.6
R22/R115/R290
44.9/47.1/8
-47.4
改善R592同润滑油互溶性
R13B1/R32
80/20
-64.0
R290/R115
31.6/68.4
-46.6
不同种类的混合制冷剂具有不同的热物理性质，这就会为制冷剂的优选提供了较大的余地。
对于某一固定的制冷系统，在其最佳运行工况下，要求制冷剂必须具有特定的热物理性质。
合理选用不同的共沸混合制冷剂使其满足这种特定的热物理性质，就可以提高制冷系统的热力学效率，从而达到节能的效果。
由于共沸混合制冷剂可使冷凝压力降低，而同时蒸发压力升高，这样在冷凝温度和蒸发温度不变的情况下，压缩机的压比就会减小，从而使压缩机的功耗降低。
因此获得同样的制冷量时就只需较少的功。
同时蒸发压力的升高会减小蒸发器的真空度，使蒸发器更稳定地工作，而冷凝压力的降低会使冷凝器在更安全的状态下远行。
印度的制冷专家C.P.ARORA在第十五届国际制冷学会上发表的论文中，以共沸混合制冷剂R22/R12（85/15）为例肯定了这个效果。
由于压比的降低，压缩机的容积效率得到改进，制冷量增加，性能系数提高，同时压缩机的电机温度也从87.5℃降低到70.3℃，电机启动线圈的温度从97.3℃降到58.3℃，对空调器的安全运转起了重要的作用。
采用共沸混合制冷剂能够使压缩机的排气温度降低，它与制冷剂的性质密切相关。
研究证明制冷剂的热容越大或绝热指数越小，则压缩机的排气温度就越低。
制冷剂R115、R114、RC318的热容都很大，它们作为混合制冷剂的组分都有降低压缩机排气温度的能力。
如共沸混合制冷剂R22/R115（48.8/51.2）在冷凝温度44℃、蒸发温度-12℃的情况下，其排气温度为108℃，而采用单一制冷剂R22，其排气温度为133℃；采用R12时排气温度为112℃。
非共沸混合制冷剂的应用与节能 非共沸混合制冷剂在蒸发和冷凝时，温度及气液相组成是不断变化的，正是由于它在蒸发器和冷凝器中的温度变化，在蒸发器和冷凝器中实现了非等温换热，表现出它自己独特的节能特点。
现将正在使用和研究的非共沸混合制冷剂列入表2中。
非共沸混合制冷剂在相变过程中出现各组分的混合与分离现象。
冷凝过程是高沸点组分冷凝和低沸点组分溶解的过程。
其中各组分既要放出自己的液化潜热又要放出混合热，最终使单位制冷剂的冷凝热增大。
而蒸发过程是低沸点组分解吸和高沸点组分蒸发的过程，此时各组分除吸收各自的汽化潜热外，还将吸收相应的分离热，结果使单位制冷剂的吸热量即制冷量增加。
这是制冷系统在没有增加功耗的情况下增加了制冷量。
同时制冷剂的单位容积制冷量也相应提高。
研究表明，使用非共沸混合制冷剂后，制冷系统显著降低了能耗。
例如R22/R114（50/50）非共沸混合制冷剂取代R22用于热泵，制冷系数提高了25%，R22/R11（50/50）在冰箱中取代R12后，功耗降低20%。
表2已进行研究的非共沸混合制冷剂
组成
质量比
用途及研究成果
R12/R11
90/10
用于热泵
R12/R12B1
不定
用于制冷
R12/R13B1
60/40
用于制冷及热泵
R12/R114
50/50
用于制冷比R12节能，用于热泵比R12节能16%
R12/R142
R12=50～70%
用于热泵与纯组分节能10%
R12/R143
R143〈25%
用于制冷
R12/R22
R22〉25%
用于制冷及热泵，主要用于改善循环参数
R22/R11
50/50
用于制冷，节能12%
R22/R114
50/50
用于热泵，节能25%
R13B1/R151a
60/40
用于热泵式空调器
R142/R143
R143〈35%
用于热泵
R22/R11
30/70
用于热泵，节能50%
非共沸混合制冷剂在相变过程中其气相和液相间的织成差异影响非共沸混合制冷剂的热力学性能。
在相变过程中出现的气相和液相的组成的明显差异使非共沸混合制冷剂的各组分比较容易混合与分离，从而达到调节混合比的目的。
一些民用空调器，在全年运行期间，外界的环境条件变化相当大，常规使用的单一制冷剂的空调器，如单一制冷剂R22的适用范围很小，它在某一特定气候条件下性能指标非常好。
而在气候条件变化时性能指标就会下降。
非共沸混合制冷剂因其相变时配比随之变化，对变工况运行的适应能力较强，可以根据气候条件变化来调整制冷剂各组分的浓度。
如使用R22/R13B1，在夏季制冷时，以高浓度R22运行，在冬季供暖时以高浓度R13B1运行。
使用这种非共沸混合制冷剂后，空调器全年能在较高的热力学效率下运行，具有显著的节能效果。
另外，采用非共沸混合制冷剂可以实现劳伦兹循环，其吸热平均温度较高，放热平均温度较低，因此具有较高的卡诺效率。
如图1所示，当制冷剂在（a）给出的变温热源下工作时，理论上可以实现的逆卡诺循环为（b）中的abcda，而劳伦兹循环为（c）中的ABCDA，由图可以看出，对于逆循环即制冷循环，劳伦兹循环比相应的逆卡诺循环省功。
常用制冷剂
氟利昂制冷剂
已淘汰的氟利昂CFC
Rl1、R12、R13
过渡期使用的氟利昂HCFC
R22、R123、R124、R142b
HCFC混合制冷剂
R401、R402、R403系列
可长期选择的氟利昂HFC
R134a、R125、R32、R143a
HFC混合制冷剂
R404A、R507A、R410A、R407系列
非氟利昂类制冷剂
非氟利昂类制冷剂
R717（NH3）、R290（C3H8）、R1270（C3H6）、R170（C2H6）、R600a（C4Hlo）、R744（CO2）
非氟利昂类混合制冷剂
R290、R600a
常用制冷剂知识
1．制冷剂R123不在《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》（1999年）受控的10种物质之内，R123符合《国家方案》的环保要求。
2．哥本哈根国际《议定书》修正案规定R123可使用到2040年，并且中国目前尚未签署《议定书》哥本哈根修正案。
3．环保制冷剂是指当制冷剂散发至大气层后，对臭氧层的破坏大小和对全球气候变暖的影响大小；R134a对臭氧层没有影，但对全球气候变暖的影响是R123的十几倍，所以《京都议定书》对R134a也作了限定使用；R123对臭氧层有较小的影响，但对全球气候变暖影响很小。
4．制冷剂R22、R123、R134a均有毒，有毒与环保是两个不同概念，有毒不等于不环保。
目前家用冰箱和家用空调均大量使R22，而安全性完全有保障。
5．制冷剂R123在离心式制冷机工作时蒸发器为负压，不存在制冷剂向外泄漏的问题。
6．中央空调的用户完全不与制冷剂相接触，根本不存在用户安全问题，与用户接触的是水。
7．中南大学制冷方面的教授对R22、R123和R134a的几点意见：
（1）制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。
与采用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的腐蚀性、与润滑油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系，可以理解为厂商的“个性”。
（2）有的制冷机组厂家声称采用无氟的制冷剂或如何环保的制冷剂，把冷水机组的销售变成了制冷剂选用的唯一比较，给不太了解制冷剂的用户造成困惑，而忽略了对机组本身的性能参数比较。
（3）目前采用的制冷剂或多或少都含有R22等，是一种混合工质。
（4）另外我国没有承诺何时终止使用R22、R123等制冷剂的时间，关于制冷剂选择的焦虑是没有必要的，用户大可不必把心思花费到考虑选用何种制冷剂上，这些事情应交由设备生产厂商去考虑，因为这些是他们最关心的。
常用制冷剂
氟利昂制冷剂
已淘汰的氟利昂CFC
Rl1、R12、R13
过渡期使用的氟利昂HCFC
R22、R123、R124、R142b
HCFC混合制冷剂
R401、R402、R403系列
可长期选择的氟利昂HFC
R134a、R125、R32、R143a
HFC混合制冷剂
R404A、R507A、R410A、R407系列
非氟利昂类制冷剂
非氟利昂类制冷剂
R717（NH3）、R290（C3H8）、R1270（C3H6）、R170（C2H6）、R600a（C4Hlo）、R744（CO2）
非氟利昂类混合制冷剂
R290、R600a
表2 R134a与R12和R22的物理特性比较
特性
R134a
R12
R22
分类
HFC
CFC
HCFC
分子式
CH2FCF2
C2Cl2F
CHClF2
分子量
102
102.9
86.48
沸点（℃）
-26.2
-29.8
-40.84
液体密度（40℃）kg/dm3
1.147
1.252
1.131
气体压力（0/40℃）bar
2.93/10.16
3.1/9.6
5.0/15.3
临界温度℃
101
112
96.13
临界压力bar
40.6
41.6
49.86
毒性ppm
1000
1000
1000
燃烧性
无
无
无
ODP（R11=1）
0
1.0
0.05
GWP（CO2=1）
1300
8500
1700
制冷剂对臭氧层的破坏程度用破坏臭氧层潜值（ODP）表示，其数值以R11的ODP值作为基准值。
制冷剂的排放会产生全球气候变暖的温室效应，其影响程度用全球变暖潜值（GWP）表示。
制冷剂R22、R123和R134a的性质：
几种制冷剂工作
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