【文章內(nèi)容簡介】 。 這意味著試圖滿足京都議定書的國家必須仔細(xì)考慮如何使用HFC族制冷劑，但就京都議定書的要求而言，并沒有說要淘汰HFC族制冷劑。 現(xiàn)在或?qū)矶疾荒苷fHFC族物質(zhì)不是一個可行的替代方案。關(guān)于制冷劑溫室效應(yīng)的一個更科學(xué)的指標(biāo)是TEWI。 制冷劑的GWP并不排斥其使用，但在評價(jià)時應(yīng)予以考慮。更重要的指標(biāo)是TEWI (總當(dāng)量變暖影響)，這將在隨后討論. . 材料相容性 制冷劑是否和制冷回路中的其他物質(zhì)起反應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用時是非常重要的。制冷劑將和銅、鋼、冷凍油、墊片和電機(jī)絕緣層等相接觸。所有這些物質(zhì)都應(yīng)仔細(xì)確認(rèn)和制冷劑的相容性。外來物質(zhì)如濕氣也應(yīng)當(dāng)加以考慮。 CFC族制冷劑的一個重要好處是穩(wěn)定和不易起反應(yīng)。這有利于和其他材料的相容性。不幸的是，CFC族制冷劑的這種固有的穩(wěn)定性和很長的大氣壽命是導(dǎo)致其被淘汰的一個原因。當(dāng)使用對環(huán)境更友好的制冷劑時，材料相容性的挑戰(zhàn)一般會增加。材料相容性討論 在大部分情況下，當(dāng)設(shè)計(jì)一個制冷系統(tǒng)時，材料的相容性都能夠預(yù)先確定。但在將老系統(tǒng)置換成新制冷劑時，改造技師有責(zé)任仔細(xì)考慮材料的相容性。當(dāng)將CFC制冷劑換成HCFC123和 HFC134a時，考慮的重點(diǎn)應(yīng)是材料相容性，因?yàn)镠CFC123與R11制冷機(jī)中的絕緣層和墊片一點(diǎn)也不相容。已經(jīng)找到了許多同時與R11或R123相容的材料，新R11制冷機(jī)中都已經(jīng)使用了這些新材料，這避免了將R11換成R123時的大量改造費(fèi)用。 今天，幾乎還有一半的CFC制冷機(jī)仍在使用。許多將在其使用壽命結(jié)束時替換掉。這些老機(jī)器如果考慮改造的話，應(yīng)進(jìn)行全面評價(jià)。原用材料和HCFC123不相容的制冷機(jī)在改造時會花費(fèi)巨大的費(fèi)用。. 和電機(jī)繞組的相容性 很多壓縮機(jī)使用的是閉式電機(jī)，與起冷卻作用的制冷劑直接接觸。 制冷劑和絕緣層會互相影響，制冷劑會從絕緣層中析取聚合物，或者是絕緣層吸收制冷劑。當(dāng)聚合物被析出時，絕緣層會變脆、分層和其他方面退化，這些變化將導(dǎo)致電機(jī)失效。析出的聚合物會沉積在制冷系統(tǒng)的其他地方，使流動變粘或引起阻塞。 如果制冷劑被絕緣層吸收，絕緣層的介電強(qiáng)度和物理性狀會下降。當(dāng)繞組變熱時，制冷劑的快速釋放會使絕緣層起泡而導(dǎo)致繞組過早失效。 磁性線圈的絕緣層一般是一種熱烤琺瑯。與和空氣接觸不一樣，琺瑯和制冷劑接觸時絕緣性能會下降。所以在充注制冷劑前后測量的繞組絕緣電阻值將會顯著不同。 要特別關(guān)注基于所選制冷劑認(rèn)真考慮電機(jī)的絕緣。當(dāng)更換制冷劑時也要特別注意原設(shè)計(jì)中所用絕緣材料和新制冷劑的相容性。 . 和橡膠及塑料的相容性 墊片、O形圈等可能是用橡膠制成. 制冷劑、冷凍油或兩者的混和物可能會析取橡膠成分而使橡膠的性質(zhì)發(fā)生不利變化。這將導(dǎo)致橡膠的收縮或膨脹變形而使墊片失效。部分氯丁橡膠在HFC制冷劑中會收縮，而丁腈橡膠和R123接觸時會膨脹。制冷劑對塑料的影響一般隨著制冷劑分子中氟原子的減少而減小。 . 制冷劑和金屬的相容性 烴類制冷劑與金屬接觸時一般非常穩(wěn)定。 在諸如極熱的極端條件下，制冷劑和金屬會起反應(yīng)。通過提高溫度，ANSI/ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)97 提供了一種材料相容性加速壽命實(shí)驗(yàn)方法。在Imagination Resources ，按照標(biāo)準(zhǔn)97的程序， R1R500、R123 及R134a與銅、鋼、鋁、太陽牌4GS油進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，只有R123 顯示出不相容的跡象。鹵代烴制冷劑在含水時會水解形成酸性物質(zhì)，對金屬有腐蝕作用。和油形成的混合物能夠溶解銅，然后沉積在溫度較高的鋼鐵部件上，形成一層銅膜，這就是銅鍍現(xiàn)象.. 冷凍油 和汽車發(fā)動機(jī)一樣，制冷系統(tǒng)的機(jī)械部件必須進(jìn)行潤滑。這些部件包括整個系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和各種閥門 (含熱力膨脹閥)。好冷凍油的目標(biāo)是保護(hù)運(yùn)動零件、增加壓縮機(jī)內(nèi)部的密封性（與粘度有關(guān)）、與制冷劑及系統(tǒng)中其他材料化學(xué)相容、在制冷劑中的溶解度低且是安全的。 在干式制冷回路中(即直接膨脹式–參見16頁 蒸發(fā)器溫度滑差)，冷凍油經(jīng)常隨制冷劑在回路中流動，并沿路對部件進(jìn)行潤滑。在進(jìn)行管路設(shè)計(jì)時必須注意確保油能回到壓縮機(jī)而不會積存在回路的某些地方。 在滿液式制冷系統(tǒng)中，油很容易積存在蒸發(fā)器中而不能回到壓縮機(jī)，油的積存也會使蒸發(fā)器的換熱效率下降。滿液式系統(tǒng)中一般有回油系統(tǒng)來將冷凍油從制冷劑中分離出來（如油分離器），并讓油回到壓縮機(jī)。 因?yàn)橄Ｍ鋬鲇秃椭评鋭┗烊? 兩者必須相容。冷凍油包括礦物油、烷基苯油、聚酯油(POE)、聚烯醇油、改性聚烯醇油和乙烯醚油。商用空調(diào)中最熟悉的兩種油是礦物油和聚酯油(POE)。礦物油是天然的（從原油提煉）。聚酯油(POE)是用酒精合成制得的。冷凍油討論 將負(fù)壓的R11制冷機(jī)轉(zhuǎn)換成R123時，原來的CFC制冷劑使用的是礦物油。這些油在整個制冷回路中流動，接觸到了回路中的幾乎所有內(nèi)部表面。新的HCFC123制冷劑要求使用合成油如POE。POE 冷凍油與R123是相容的，與礦物油卻不相容。轉(zhuǎn)換時的挑戰(zhàn)是，在充注新POE 冷凍油之前怎樣才能完全清除掉原先的礦物油？通過采用適當(dāng)?shù)母鼡Q程序，以及利用在POE 冷凍油中加入添加劑來增強(qiáng)與殘留礦物油的相容性的方法，可以克服這個問題。. 制冷劑和冷凍油的相容性 制冷劑和冷凍油的相容性對制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行和壽命都有非常重要的影響。CFC制冷劑一般用礦物油作為冷凍油。制冷劑中的氯原子提供了良好的抗磨性，因而在礦物油中不要或只需很少的添加劑。礦物油和POE油是不相容的。盡管一般條件下不會存在這兩種油的混和物，但在系統(tǒng)更換制冷劑時這種情況卻可能出現(xiàn)。 HCFC 制冷劑既可用礦物油也可用合成油。有時加入添加劑來增強(qiáng)冷凍油的性能。HFC 制冷劑大多使用合成冷凍油，如POE油。. POE油和水 POE油的吸濕性比礦物油強(qiáng)得多。濕氣在制冷回路中是有害的，因?yàn)闈駳饽芘c碳一起形成碳酸，可能造成冰堵或銅鍍。應(yīng)特別注意不讓POE 冷凍油暴露在大氣中以免吸收濕氣。. 臨界點(diǎn) 圖 6 臨界點(diǎn) 臨界點(diǎn)是壓焓圖(PH)上不能區(qū)分制冷劑到底是液體還是氣體的點(diǎn)。在此點(diǎn)時液體和氣體的溫度、密度和成分都相同。臨界點(diǎn)的性質(zhì)用臨界密度、臨界壓力、臨界比容和臨界溫度來表征。 當(dāng)在臨界點(diǎn)以上運(yùn)行時，不可能出現(xiàn)單獨(dú)的液相，制冷劑在制冷循環(huán)中不會冷凝成液體。研究表明當(dāng)壓縮二氧化碳時，排氣溫度就可能是在臨界點(diǎn)以上。 在低于但靠近臨界點(diǎn)運(yùn)行時，會比較難于壓縮，導(dǎo)致效率很低，制冷量很小。臨界點(diǎn)討論 在許多應(yīng)用中都認(rèn)為R410A是R22的優(yōu)先替代工質(zhì)。但和R22的臨界溫度96176。C相比，R410A的臨界溫度只有70176。C。當(dāng)空冷產(chǎn)品用于高溫環(huán)境時，這一點(diǎn)是一個問題。比如在美國東南部，環(huán)境設(shè)計(jì)條件經(jīng)常是40176。C以上，加上14176。C的制冷劑傳熱溫差后，R410A的溫度距臨界點(diǎn)的溫差為16176。C，非?？拷€的圓頂，只有很小的冷凝余地，將導(dǎo)致效率的降低。如此，標(biāo)準(zhǔn)工況下一臺R410A的5冷噸的冷凝機(jī)組。這也說明R410A用于風(fēng)冷熱泵是不合適的。. 溫度滑差 溫度滑差是隨著非共沸制冷劑如R407C 和R410A 的使用而出現(xiàn)的一個新名詞。 非共沸制冷劑由幾種制冷劑組份混和而成，其性質(zhì)不象單組份制冷劑。 溫度滑差定義為在蒸發(fā)器或冷凝器中制冷劑相變開始和結(jié)束時的溫度差值(單位為 176。C)，此差值中不包含過冷度或過熱度。 例如R407C由R32 (標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)52176。C)、R125(標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)49176。C)和R134a(標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)26176。C)組成， 當(dāng)R407C沸騰時（即蒸發(fā)過程），R32最先沸騰，剩下液體各組份的比例會發(fā)生變化，使得平均沸點(diǎn)將會不同，此過程稱為分餾。分餾過程中平均沸點(diǎn)的變化值就是溫度滑差. 圖 7 R134a/32混和物的非共沸特性 圖 7表示R134a/32混和物在R32的含量從0 到100%變化時的非共沸特性。在圖上劃一條垂線，垂線分別與液體線和蒸氣線相交所得得溫度差值就是該濃度時的溫度滑差. . 蒸發(fā)器中的溫度滑差 空調(diào)中蒸發(fā)器由兩種主要型式：干式（也叫直膨式）和滿液式. 干式蒸發(fā)器的制冷劑走管內(nèi)，水（制冷機(jī)）或空氣（直膨盤管）走管外。滿液式蒸發(fā)器用于制冷機(jī)，水走管內(nèi)，制冷劑走殼程。圖 8 干式蒸發(fā)器 干式蒸發(fā)器比滿液式蒸發(fā)器更適應(yīng)制冷劑的溫度滑差，但作為一個系統(tǒng)其效率比較低。（如熱力膨脹閥），霧化成細(xì)小的液滴進(jìn)入蒸發(fā)器管內(nèi)。細(xì)小液滴的表面積很大，從管外的冷凍水或空氣中吸收熱量。有溫度滑差的非共沸制冷劑在管內(nèi)分餾，沸點(diǎn)低的組份先蒸發(fā)，接著是其他組份。干式蒸發(fā)器所具有大過熱度將確保所有制冷劑組份蒸發(fā)變成氣體，使得制冷劑各組份的比例保持不變。圖 9 滿液式蒸發(fā)器 圖9是滿液式蒸發(fā)器，所有換熱管浸泡殼程的制冷劑液體中。管內(nèi)冷凍水的熱量使制冷劑蒸發(fā), 壓縮機(jī)吸氣口抽出殼體上部排出的制冷劑氣體。其過程很象火爐上水壺中的水被燒開。非共沸制冷劑在滿液式蒸發(fā)器中的問題是：低沸點(diǎn)組份將先蒸發(fā)并被壓縮機(jī)吸走，使得制冷劑各組份的質(zhì)量比例無法維持。 溫度滑差討論 R22有兩種最可能的替代物：R407C 和 ，176。C，176。C。R407C的大溫度滑差實(shí)際上意味著只能用于總體效率較低的干式系統(tǒng)。 R410A可以用于滿液式系統(tǒng)，盡管需要重新設(shè)計(jì)所有部件包括壓縮機(jī) (R410A的壓力比R22高得多), 但對于新系統(tǒng)而言卻是較好的選擇。. 非共沸制冷劑的服務(wù)問題 由于非共沸制冷劑的分餾特性，機(jī)組發(fā)生泄漏時就會有一個問題：到底是哪種組份漏出去了？說各組份按設(shè)計(jì)質(zhì)量比例泄漏顯然是憑想象。機(jī)組發(fā)生泄漏時，維修時的一個辦法是把制冷劑全部放掉再重新充注已知正確質(zhì)量比例的新制冷劑，此方法因費(fèi)用問題并不總是可行。 如果泄漏量小，實(shí)驗(yàn)表明直接添加新制冷劑對系統(tǒng)性能影響不大。 根據(jù)一個實(shí)驗(yàn)研究,%的制冷劑，然后直接添加質(zhì)量比例正確的新制冷劑，同樣的過程重復(fù)四次，最后，原始充注量的一半進(jìn)行了更換。表2是測得的制冷劑原始濃度和經(jīng)反復(fù)排放添加后的最終濃度。表 3 是經(jīng)反復(fù)排放添加后的系統(tǒng)性能損失結(jié)果. 杜邦公司用理論推算也得到了相似的結(jié)果（性能下降9%）。表 2 – 不同位置的原始和最終比例位置HFC32/HFC125/HFC134a 質(zhì)量百分比 % 原始比例4次反復(fù)添加后的最終比例貯液器入口貯液器出口蒸發(fā)器入口蒸發(fā)器出口冷凝器入口冷凝器出口表 3 – 反復(fù)添加后的性能下降值參數(shù)下降%（用R407C 濃度計(jì)算）下降% （用真實(shí)濃度計(jì)算）制冷量COP容積制冷量 充注非共沸制冷劑應(yīng)更注意保證加入的是液體，要求使用只讓液體加入的特制罐子。罐中剩余的制冷劑不能再用。. 音速 音速對制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說是重要的，因?yàn)樗鼪Q定了制冷劑流動的速度限制。趨近音速會產(chǎn)生激波，可能損壞設(shè)備。離心壓縮機(jī)入口制冷劑氣體速度如果接近音速(Mach=)是不合理的。溫度上升音速增加，而壓力升高音速下降。表1示出了常用制冷劑的音速。音速討論 90年代中期， CFC 制冷劑被禁用，原來生產(chǎn)R12制冷機(jī)的廠家迅速轉(zhuǎn)換成R134a。一般感覺， R134a 是隨手拿來做R12 或R500的替代物的。但是R134a的音速比R12 高約8%。為真正優(yōu)化R134a機(jī)器的性能，應(yīng)修改制冷劑流道，特別是減小葉輪入口尺寸來增強(qiáng)性能 。. 物理性質(zhì) 有幾樣物理性質(zhì)指示制冷劑使用潛力。特別是常壓沸點(diǎn)和凍結(jié)點(diǎn)。常壓沸點(diǎn)直接指示制冷劑能被使用的溫度水平，凍結(jié)點(diǎn)必須低于任何預(yù)期的運(yùn)行溫度點(diǎn)。物理性質(zhì)討論 沸點(diǎn)性質(zhì)可以顯示出兩種離心機(jī)常用制冷劑R123和R134a的差別。 R123的常壓沸點(diǎn)是 176。C，176。C以便制冷劑從液體變成氣體(即蒸發(fā)過程) ,制冷劑必須處于真空狀態(tài)，此即制冷機(jī)處于負(fù)壓的概念。 176。C，176。C，制冷劑必須處于正壓，將需要按壓力容器規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。 水(R718)是顯示凍結(jié)點(diǎn)重要性的例子。水在吸收式制冷機(jī)中被用作制冷劑，其常壓凍結(jié)點(diǎn)為0176。C 。因此不可能將溴化鋰吸收式制冷機(jī)用作低于0176。C的鹽水制冷機(jī)。 溴化鋰吸收式制冷機(jī)不可能用于蓄冰系統(tǒng)! 5. 制冷劑化學(xué)性質(zhì). 概述 盡管世界上物質(zhì)種數(shù)幾乎無限，但只有不到10種適合用作制冷劑。，已經(jīng)進(jìn)行了許多努力。但到目前為止，尚無一種可以與其媲美。 以下簡要說明今天常用制冷劑的化學(xué)性質(zhì)。以便為討論開發(fā)新制冷劑時所面臨的挑戰(zhàn)提供基礎(chǔ)知識。. 無機(jī)化合物 水(R718)、二氧化碳 (CO2) (R744)和氨(NH3) (R717) 是幾種天然制冷劑的例子。許多天然制冷劑用于早期開發(fā)的制冷系統(tǒng)中，今天只有水(吸收式制冷機(jī))和氨兩種仍被廣泛使用。. 氟碳族 大部分現(xiàn)代使用的制冷劑 (CFC族、HCFC族和HFC族)從氟碳族物質(zhì)衍生而來。 物質(zhì)中氟、氯和氫元素含量的變化而導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)變化的趨勢見圖10. 圖 10 制冷劑中F、Cl和H變化時的化學(xué)性質(zhì)變化的趨勢 氯或溴元素增多（向三角形左下角移動）會增加制冷劑的臭氧消耗潛值（ODP），氯元素增多也會使沸點(diǎn)升高。氟元素增多（向三角形右下角移動）會增加制冷劑的溫室效應(yīng)，溫室效應(yīng)取決于紅外線吸收能力（碳氟屏障）和大氣壽命，氟元素增多也會導(dǎo)致毒性下降。氫元素增多（向三角形頂角移動）會增加制冷劑的可燃性，也會縮短在大氣中的壽命，壽命縮短對減少溫室效應(yīng)有好處。CFC族制冷劑不含氫元素,大氣壽命最長但不可燃。烴類物質(zhì)(丙烷, 異丁烷)易燃但大氣壽命短。. 混合物 混合物由兩種或多種化合物組成。利用有限的幾種制冷劑混合并通過仔細(xì)配比，可能得到新的制冷劑。新的制冷劑也需能夠使用原有技術(shù)(如R407C)，或通過優(yōu)化產(chǎn)生新技術(shù) (如R410A用于渦旋壓縮機(jī))。. 共沸制冷劑 共沸制冷劑是由兩種或多種制冷劑組成的混合物，在給定壓力下有均勻的氣相和液相組份。更簡單地說，制冷劑混合物在制冷循環(huán)過程中就象單組份制冷劑而不會發(fā)生分餾。共沸制冷劑無溫度滑差。 如R500和R502， ASH