实用房间空调器原理与维修技术样本.docx

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实用房间空调器原理与维修技术样本

第二章

空调器用制冷剂相关知识

制冷剂是制冷系统中完成制冷循环的工作介质,又称制冷工质。

制冷剂在蒸发器内吸收被冷却对象的热量而蒸发汽化,在冷凝过程中将热量传递给冷凝器周围介质而冷凝成液体,制冷系统就是利用制冷剂在状态变化过程中的吸、放热特性实现热量的转移,达到制冷目的的,而制冷系统所产生的冷量就是制冷剂的汽化潜热。

一、制冷剂的热力状态术语

1、饱和状态

制冷剂在一定压力和温度下气、液两相处于动态平衡时的状态称为饱和状态。

动态平衡是建立在一定的温度及压力条件下的,如果温度或压力改变时,平衡条件就会受到破坏,经过一段时间后,又会达到新的平衡,出现新的饱和状态。

2、饱和温度

制冷剂处于饱和状态时的温度称作饱和温度。

3、饱和压力

制冷剂处于饱和状态时的压力称作饱和压力。

4、饱和液体

制冷剂在一定压力下具有饱和温度的液体称作饱和液体。

5、干饱和蒸气

制冷剂在一定压力下具有饱和温度的蒸气称作干饱和蒸气。

6、湿蒸气

处于饱和状态下的制冷剂气、液混合物称作湿蒸气,它是由干饱和蒸气和许多细小的液体微滴组成的。

7、干度

制冷剂湿蒸气中含有干饱和蒸气的比例。

8、过热蒸气

比干饱和蒸气在相同压力下具有更高温度的蒸气称作过热蒸气。

9、过热度

过热蒸气与干饱和蒸气的温度差称作过热度。

10、过冷液体

比饱和液体在相同压力下具有更低温度的液体称作过冷液体。

11、过冷度

过冷液体与饱和液体的温度差称作过冷度。

12、临界状态

随着蒸气压力的升高,蒸气的比容逐渐接近于其液体的比容,当压力增高到某一值时,饱和蒸气和饱和液体之间就没有明显的区别了,这种状态称为临界状态。

13、临界点

临界状态所处的状态点称作临界点。

每一种气体都有自己的临界点。

临界点对气体的液化有着非常重大的意义。

在临界点以上的蒸气,无论施加多大的压力,都不会使其达到液化。

14、临界温度、临界压力、临界比容

各种气体,对应于其各自的临界点的温度、压力和比容,分别称作临界温度、临界压力、临界比容。

二、制冷剂的选择要求

1、制冷剂的工作温度和工作压力要适中

在大气压力下,制冷剂的蒸发温度要足够低,以满足冷却的温度要求;

在常温下,制冷剂要有比较低的冷凝压力,因为冷凝压力过高时对制冷系统的密封性能及结构强度要求就高。

一般要求制冷剂的冷凝压力为:

12×105~15×105Pa;

在常温下,制冷剂要有比较高的蒸发压力,因为如果蒸发器内的压力低于大气压力时,外界的空气容易经过缝隙进入制冷系统,使系统中的压力升高,减少制冷量,增加功耗。

同时空气中的水分会造成制冷系统产生冰堵及其它恶果。

2、制冷剂要有比较大的单位容积制冷量

同一规格的制冷设备,当选用的制冷剂单位容积制冷量大时,能够获得较大的制冷量。

在同一工况下,当制冷量一定时,制冷剂的单位容积制冷量大,就能够减少系统的制冷剂容积,减小系统管路的口径,也能够相应的缩小压缩机的尺寸。

3、制冷剂的临界温度要高,凝固点要低

临界温度高,便于制冷剂在环境温度下冷凝成液体;凝固点低,能够制取较低的温度,扩大制冷剂的使用温度范围,减少节流损失,提高制冷系数。

4、制冷剂的粘度和密度要尽量小

粘度和密度小,能够使系统中制冷剂循环的流阻小,降低循环耗功量,适当的缩小管道口径,并允许管路有较小的弯曲半径（而这一点对于降低蒸发器的压力损失是非常重要的）,还能减轻制冷机对压缩机中阀组的冲击力,延长压缩机的使用寿命。

5、制冷剂的导热系数和放热系数要高

导热系数和放热系数高,能够适当减小制冷系统中换热器的结构,并可提高换热器的换热效率。

6、对制冷剂其它方面的要求

不燃烧、不爆炸、无毒、无腐蚀性作用、价格适宜、易于购买等。

三、制冷剂的分类

制冷剂按常温下冷凝压力的大小和在大气压力下蒸发温度的高低,可分成三大类:

1、低压高温制冷剂

蒸发温度高于0℃,冷凝压力低于29.41995×104Pa。

2、中压中温制冷剂

蒸发温度-50~0℃,冷凝压力（196.113~29.41995）×104Pa。

3、高压低温制冷剂

蒸发温度低于-50℃,冷凝压力高于196.133×104Pa。

（一）制冷剂的命名与代号

制冷剂的代号最早是针对氟里昂而规定的,当前世界上通用的是美国供暖制冷工程协会于1967年制定的标准（ASHRAEStandard34-67）中的规定。

这一标准的编号方法是将制冷剂的代号同它的种属和化学构成联系起来,只要知道它的化学分子式,就能够写出它的代号。

代号是由字母”R”和其后边的数字组成的。

1、无机化合物类制冷剂

代号中字母”R”后边的第一个数字是”7”,7后边的数字为其分子量的整数部分。

如:

R717（氨）。

当有两种或两种以上的制冷剂的分子量整数部分相同时,可在其余的制冷剂编号后边加上一个a,b,c,……字母加以区别。

2、氟里昂制冷剂

氟里昂是饱和碳氢化合物（烷族）的卤族元素的衍生物的总称。

饱和碳氢化合物的分子式是:

CmH2m+2,当H2m+2被氟、氯或溴等元素部分或全部取代后,所得的衍生物就是CmHnFxClyBrz,这就是氟里昂的分子通式,且n+x+y+z=2m+2。

对于甲烷系,因为m=1,因此n+x+y+z=4（CH4——甲烷的分子式）

对于乙烷系,因为m=2,因此n+x+y+z=6（C2H6——乙烷的分子式）

同样,丙烷系m=3,n+x+y+z=8;丁烷系m=4,n+x+y+z=10（分子式分别为C3H8和C4H10）

氟里昂的代号是由R（m-1）（n+1）（x）B（z）组成的。

如果z=0,则B能够省略,例如:

二氟一氯甲烷,分子式为CHF2Cl,m-1=0,n+1=2,x=2,z=0,因而代号为R22。

二氟二氯甲烷,分子式为CF2Cl2,m-1=0,n+1=1,x=2,z=0,因而代号为R12。

如果属于同素异构物,在代号后边加字母”a”,如:

异二氟乙烷的代号为R152a;异四氟乙烷的代号为R134a。

3、饱和碳氢化合物

代号的编号规则与氟里昂相同,如:

甲烷（NH4）为R50,乙烷（N2H6）为R170,丙烷（N3H8）为R290;但丁烷（N4H10）不按上述规则书写,而写成为R600。

另外,如果属于同素异构物,在代号后边加字母”a”或在个位数上加一个数字,如:

异丁烷为R600a或R601等。

4、环状化合物

环状有机化合物是在R后边加上一个字母”C”,然后按氟里昂的编号规则书写,如:

六氟二氯环丁烷写作RC316,八氟环丁烷写作RC318等。

5、非饱和碳氢化合物及它们的卤族元素衍生物

这一类制冷剂在R后边先写一个”1”,然后按氟里昂的编号规则书写,如:

乙烯为R1150,丙烯为R1270,二氟二氯乙烯为R1112a等。

6、共沸制冷剂

由两种或两种以上互溶的单一制冷剂在常温下按一定比例混合而成,它的性质与单一制冷剂的性质一样,在恒定的压力下具有恒定的蒸发温度,且气相和液相的组份也相同。

共沸制冷剂在标准中规定在R后边的第一个数字为”5”,其后边的两位数字按实用的先后次序编号。

常见的共沸制冷剂有:

R500（R12/R152a73.8%/26.2%）、

R502（R22/R11548.8%/51.2%）等。

7、非共沸制冷剂

由两种或两种以上相互不形成共沸溶液的单一制冷剂混合而成的溶液,溶液被加热时,在一定的蒸发压力下,较易挥发的组份蒸发的比例大,难挥发的组份蒸发的比例小,因之,气、液两相的组份不相同,且制冷剂在蒸发过程中温度是变化的,在冷凝过程中也有类似的特性。

在制冷剂编号标准中对非共沸制冷剂还未加以编号,只是留出R后边的400号的编号顺序,供增补编号使用。

常见的非共沸制冷剂有:

R407C（R32/R125/R134a23%/25%/52%）、

R410A（R32/R12550%/50%）等。

（二）制冷剂的物理性质

表2-1所列的是空调器所用的部分制冷剂的物理性质。

表2-1部分制冷剂物理性质表

代号

名称

化学分子式

分子

质量

沸点（℃）

凝固点（℃）

临界温度（℃）

临界压力（MPa）

临界比容（L/kg）

R134a

异四氟乙烷

C2H2F4

102.0

-26.5

-101

100.6

3.944

2.05

R22

二氟一氯甲烷

CHF2Cl

86.48

-40.76

-160

96

4.974

1.904

R407C

R32/R125/R134a

23%/25%/52%

—

-43.8

87.3

4.63

R410A

R32/R125

50%/50%

—

-51.6

72.5

4.95

四、制冷剂的热力学性质

制冷剂的热力学性质可经过热力参数之间的关系来描述,而制冷剂的热力参数之间的关系是经过实验方法测定出来的。

分析制冷剂的热力学性质一般经常会用到制冷剂热力学性质图和制冷剂热力学性质表。

在制冷剂热力学性质图表中明确标注了制冷剂的各种热力学状态参数,为我们在实际应用中进行分析、计算提供了各种数据,大大方便了对制冷系统原理的理解及系统维修时对系统循环状况的判定。

（一）焓和熵的概念

蒸气压缩式制冷的整个循环分四个步骤,分别是压缩、冷凝、节流、蒸发。

蒸气压缩式制冷理论循环的主要特征是:

低压蒸发、高压冷凝、等熵压缩、等焓节流。

在分析制冷循环原理时引入了”焓”和”熵”两个制冷剂热力状态参数,这对于我们正确理解制冷剂在循环过程中的热力特性以及制冷剂在各循环步骤中的热力状态,包括对制冷循环进行各种热力计算,都提供了很大的方便。

因此,要想真正掌握制冷维修技术,必须要了解”焓”和”熵”的概念及其在制冷维修中的应用。

焓是一种能量,用来表明制冷剂所处状态的热力状态参数,它表示制冷剂所具有总能量的大小,即:

制冷剂的焓等于制冷剂内能与外能的总和。

焓用符号”h”或”i”表示,单位是”J/kg”或”kJ/kg”。

在热力学中,焓的物理意义是指在特定温度下物质所含有的热量。

在制冷过程中,制冷工质在系统中流动时,其内能和外功总是同时出现的,因此,引入”焓”这个状态参数,能够使热力计算得到简化:

dQ=dh（式中Q为热量、h为焓、d为变量）

焓是状态参数,只与系统的初、终状态有关而与过程无关。

例如:

某一制冷剂由状态1（含热量为h1）经过吸热变化为状态2（含热量为h2）,那么,其在吸热过程中所吸收的热量（热变量）dQ就是吸热前与吸热后两个状态点的焓差,即:

dQ=h2–h1,而与吸热的过程没有关系。

熵也是一种用来表明制冷剂所处状态的热力状态参数,用符号”s”表示,单位”J/kg·K”或”kJ/kg·K”。

熵所描述的是在某一温度条件下制冷剂所具有的热量。

当制冷剂吸收热量时,熵值增大,制冷剂放出热量时,熵值减小,只要制冷剂既不吸热也不放热,