【正文】 三氯乙烯的沸點(diǎn)較高（ ℃），它可以用于敞開式的載冷劑循環(huán)系統(tǒng)。這些有機(jī)化合物的凝固溫度比較低，適用于低溫制冷裝置中。它的粘度和價(jià) 格都低于丙三醇。 P24 3. 有機(jī)化合物 由于鹽水溶液對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，或者在某些情況下 NaCl 或 CaCl2 鹽水溶液均不能滿足工藝上低溫的要求時(shí)，可以用有機(jī)化合物或其水溶液作為載冷劑。因此應(yīng)采取必要的防腐蝕措施。 鹽水溶液對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用。 當(dāng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，鹽水溶液會(huì)不斷吸收空氣中的水分而濃度降低，凝固溫度升高。 合晶點(diǎn)作用：不同鹽水溶液的合晶溫度，給出了該溶液可獲得的最低載冷溫度。所以，在滿足鹽水溶液不凍結(jié)的情況下，濃度盡量取小。 CaCl2鹽水溶液的合晶濃度為％，合晶溫度為 55℃。合晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度或凝固溫度分別稱為合晶濃度或合晶溫度。 從圖中可以看出，在冰鹽合晶點(diǎn)的左側(cè)，隨鹽溶液濃度的增加，凝固溫度降低；在合晶 23 點(diǎn)的右側(cè)，情況正好相反。圖中的曲線為不同鹽水溶液的凝固溫度線。鹽水溶液可獲得的最低載冷溫度與鹽水溶 液的濃度有關(guān)。由于水的冰點(diǎn)為 0℃，若要求載冷劑的溫度低于 0℃時(shí)，則應(yīng)采用其它冰點(diǎn)較低的載冷劑，如鹽水溶液等。 二、常用載冷劑的性質(zhì) 常用的有： 水 、 鹽水溶液 （ NaCl、 CaCl2）和 有機(jī)化合物的水溶液 （乙、丙二醇）。 大容量集中制冷的制冷裝置都采用載冷劑。 此時(shí)要進(jìn)行間接制冷，就需要一種中間物質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻降溫，再用它冷卻被冷卻物，此中間物質(zhì)稱載冷劑。 22 載冷劑 前面說過，蒸發(fā)器一般置于被冷卻房間，通過制冷劑蒸發(fā)直接制冷。一般氨瓶漆成黃色，氟里昂瓶漆成銀灰色，并在瓶表面標(biāo)有裝存制冷劑的名稱。改造需 億美元（聯(lián)合國(guó)提供 1310 萬美元過渡基金） 制冷劑的存儲(chǔ)：一般裝在專用的鋼瓶中，鋼瓶要定期進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。 1997 年，聯(lián)合國(guó)綠色和平組織為表彰科龍集團(tuán)對(duì)促進(jìn)環(huán)保方面的貢獻(xiàn)，將科龍公司的R600a 環(huán)保冰箱永久陳列聯(lián)合國(guó)。中國(guó) 700 多萬臺(tái)，每年消耗氟里昂 9719 t。此外，許多國(guó)家也在進(jìn)行 HFC 混合制冷劑 的研究，以尋求比較理想的和可以長(zhǎng)久使用的制冷劑。在這方面研究較多的替代物是HFC134a(R134a) 和 HFC152a(R152a)。 長(zhǎng)期的解決辦法是采用 HFC（氫氟化碳）類物質(zhì)作為制冷劑。比如盡量減少制冷系統(tǒng) CFCs的充灌量， 強(qiáng)化密封措施，研制 CFCs 的回收裝置，逐年減少 CFCs 的生產(chǎn)和使用。關(guān)于 CFCs 的替代和減少 CFCs 對(duì)大氣臭氧層破壞的問題，目前主要有短期的、中期的和長(zhǎng)期的三種解決辦法。 2. CFCs 替代物研究 為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，世界各國(guó)達(dá)成的共識(shí)是：限制并進(jìn)而禁止使用 CFCs 和 HCFC 類物質(zhì)。根據(jù)目前的技術(shù)水平，認(rèn)為 ODP 值小于或等于 和 GWP 值小于或等于 的制冷劑 是可以接受的。 21 一般用 ODP（ Ozone Depression Potential）和 GWP（ Greenhouse Warming Potential）分別表示消耗臭氧潛能值及溫室效應(yīng)潛能值。有人提出，臭氧層減少到原來的 1/5，將是地球存亡的臨界點(diǎn)。根據(jù)測(cè)算，臭氧減少 1％，紫外線輻射量將增加 2％。 臭氧層的破壞，增加了太陽對(duì)地球表面的紫外線輻射的強(qiáng)度?，F(xiàn)以 CFC12（ R12）為例說明當(dāng) CFCs 受強(qiáng)烈紫外線照射后破壞臭氧層的反應(yīng)過程： CF2Cl2— → CF2Cl+Cl Cl+O3— → ClO+O2 ClO+O— → Cl+O2 循環(huán)反應(yīng)生成的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個(gè)氯原子可以破壞成千上萬個(gè)臭氧分子。其中不含氫的氟里昂稱作氯氟化碳，寫成 CFC，是公害物質(zhì)，屬于限制和禁止使用的；含氫的氟里昂稱作氫氯氟化碳，寫成 HCFC，是低公害物質(zhì)，屬于過渡性物質(zhì)；而不含氯的氟里昂稱作氫氟化碳，寫成 HFC，是無公害物質(zhì)，正是人們要研究和開發(fā)的替代物。氟里昂具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以它發(fā)展很快。在單級(jí)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中，R502 的 蒸發(fā)溫度可低達(dá)－ 55℃左右。沸點(diǎn)為－ ℃，可替代 R22 用于獲得較低的溫度。當(dāng)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸不變時(shí)，制冷量比 R12 的約大 18％。 （三）共沸溶液（混合工質(zhì)） 共沸 溶液是制冷劑的發(fā)展方向，對(duì)它的應(yīng)用也將促進(jìn)制冷技術(shù)的發(fā)展。 以 R12 為制冷劑的制冷機(jī)改用 R134a 后，基本上不需要更換什么部件，制冷量和能效比都不會(huì)降低因此它一開始就被作為 R12 的重要替代物進(jìn)行研究。 ★ 化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)金屬的腐蝕程度比 R12 小。 20 ● R134a (C2H2F4)： ★ 是一種新型制冷劑，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－ ℃，凝固溫度為－ ℃。 ★ 毒性與 R12 相近，具有可燃性，與空氣混合容積濃度達(dá) ％～ ％時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。 ★ 對(duì)大氣臭氧層破壞嚴(yán)重。 ● R114 (C2F4Cl2)： ★ 沸點(diǎn)為 ℃，冷凝 壓力比較低。 ★ 毒性比 R12 大，溶油性與溶水性與 R12 接近。為避免在蒸發(fā)器等設(shè)備中形成過大的真空度，R11 多用于制冷溫度較高的制冷裝置或熱泵裝置中。 ● R11 (CFCl3)： ★ t0＝ ℃，凝固溫度 111℃。 ★ 含氟多，所以性質(zhì)穩(wěn)定，無毒； ★ qv 大。 ★ 對(duì)大氣臭氧層的破壞比 R12 小得多，可作為某些禁用制冷劑的過渡性替代物使用。所以在制冷系統(tǒng)的低壓部分設(shè)置油分離裝置。廣泛應(yīng)用于柜式空調(diào)機(jī)組和窗式空調(diào)器。 ● R22 (CHF2Cl)： ★ 蒸發(fā)溫度 ℃，凝固溫度 160℃。 ★ 溶水性較差，為避免冰塞，含水量＜ ％。冰箱就用它。 下面分別介紹幾種氟里昂的主要特性： ● R12 (CF2Cl2)： ★ 沸點(diǎn) ℃，凝固點(diǎn) 155℃，最早出現(xiàn)并廣泛使用達(dá) 50 余年。 ⑤ 傳熱性能差（放熱系數(shù)低）； ⑥ 分子量大，比重大，流動(dòng)性差，所以阻力損失大； ⑦ 絕熱指數(shù) k 小，壓縮終溫低； ⑧ 單位容積制冷能力 qv 差，制冷劑循環(huán)量大； ⑨ 吸水性差，易產(chǎn)生冰塞，所以要設(shè)置干燥器；若有水存在，能分解出 HCl、 HF，會(huì)腐蝕金屬，產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。 H 原子越多，可燃性、爆炸性越強(qiáng)； F原子數(shù)越多，毒性越小，對(duì)人體越無害，對(duì)金屬腐蝕性越小，化學(xué)穩(wěn)定性超高； Cl 原子數(shù)越多，蒸發(fā)溫度越高。用于 t0＞ 65℃以上制冷系統(tǒng)。氨油是分層的，要定期排油。所以要求含水量＜ ％。 ③ 可引起燃燒及爆炸 空氣含氨量 11～ 14％，即可點(diǎn)燃（黃色火焰）； 16～ 25％時(shí)可引起爆炸。濃度 ～ ％時(shí)，人停留半小時(shí)即可中毒。 ★ 粘性小，流阻小，傳熱好； ★ 對(duì)大氣臭氧層無任何破壞作用、對(duì)全球溫室效應(yīng)無任何作用。 三、常用制冷劑及其性質(zhì) 目前在蒸汽壓縮式制冷裝置中采用較為廣泛的制冷劑有氨、氟里昂及混合工質(zhì)。在大中型系 統(tǒng)中，制冷劑的初次充注量和每年補(bǔ)充量均很大，因此宜選用價(jià)廉易得的制冷劑。 （三）其他方面的要求 （ 1） 對(duì)人的生命健康應(yīng)無危害，不具有毒性、窒息性和刺激性；毒性分六級(jí)： P19。 18 制冷劑對(duì)油的溶解有利有弊： 好處： a. 換熱器表面不形成油膜，對(duì)傳熱有利； b. 與制冷劑一起滲透到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，形成良好的潤(rùn)滑條件； c. 使油的凝固點(diǎn)↘，對(duì)低溫裝置有利。這與溶液的溫度、制 冷劑種類、潤(rùn)滑油的種類有關(guān)。屬于這類制冷劑的有： R2 R11 R502。 ③ 有限溶解。油較難分離。 ② 無限溶解潤(rùn)滑油。這 類制冷劑幾乎是不溶解于潤(rùn)滑油，它們與潤(rùn)滑油混合時(shí)，有明顯的分層現(xiàn)象，油比較容易從制冷劑中分離出來。 ★溶油性 一般情況下，制冷劑與潤(rùn)滑油是接觸的，所以必須考查制冷劑的溶油性。因此，在氨系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)冰塞現(xiàn)象。（ 所謂“鍍銅”現(xiàn)象 ，是指在氟里昂制冷系統(tǒng)中，制冷劑水解產(chǎn)生的酸，腐蝕銅和銅合金，而后生成物再與高溫的氣缸內(nèi)表面、閥門、活塞、活塞銷、曲軸、軸承等部位接 觸，銅被鐵所轉(zhuǎn)換，在這些表面上產(chǎn)生一層銅膜的現(xiàn)象。為了避免，氟里昂系統(tǒng)中應(yīng)裝干燥劑?！氨睍?huì)影響制冷機(jī)工作。在溫度為 15℃時(shí)，一個(gè)單位容積的水能溶解 700 個(gè)單 位容積的氨。 （ 5）溶水性和溶油性 ★溶水性 氟里昂和烴類制冷劑難溶于水，氨易溶于水。 （ 3）制冷劑對(duì)金屬和其他材料（如橡膠告等）應(yīng)無腐蝕和侵蝕作用。 （二）對(duì)物理化學(xué)性質(zhì)的要求 （ 1）制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)、放熱系數(shù)要高 這樣可以提高熱交換效率，減少蒸發(fā)器、冷凝器等 熱交換器的傳熱面積。 （ 6）分子量 對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)希望采用分子量較大的制冷劑，因?yàn)榉肿恿吭酱髸r(shí)，在相同的旋轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生的離心力也越大，使得每一級(jí)產(chǎn)生的壓縮比較大，當(dāng)壓縮比一定時(shí)，所需的級(jí)數(shù)較少。這不但有利于提高壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，而且不會(huì)使?jié)櫥吞蓟?，?duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑也是有利的。 （ 4）臨界溫度要高，凝固溫度要低 當(dāng)制冷劑的臨界溫度高時(shí)，采用常溫下的冷卻水或空氣即可使之冷凝，并可使制冷循環(huán)的過程 線遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)，節(jié)流損失越小，制冷系數(shù)較高；凝固點(diǎn)低時(shí)，可獲取較低的制冷溫度。但對(duì)于小型制冷裝置，壓縮機(jī)尺寸較小，意義就不太明顯。這樣，可以減小壓縮機(jī)的尺寸和重量，節(jié)省金屬用量。制冷系統(tǒng)中所采用的冷卻物質(zhì)一般為水或空氣，冷凝溫度處于常溫，故希望常溫下冷凝壓力不要過高，一般不超過 ～ MPa，這樣可以減少制冷設(shè)備的承受壓力，以及制冷劑向外滲漏的可能性。所以為了獲得較低的制冷溫度，制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度應(yīng)比較低。 （ 2）蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中 制冷劑在蒸發(fā)溫度下的飽和壓力最好接近大氣壓力，且稍高于大氣壓力。 選用制冷效率較高的制冷劑可以提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，但是，制冷效率并不是選用制冷劑的唯一指標(biāo)，還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 （一）對(duì)熱力學(xué)性質(zhì)的要求 （ 1）制冷效率要高 制冷劑的熱力性質(zhì)對(duì)制冷系數(shù)的影響很大，可用制冷效率η R 表示。 二、對(duì)制冷劑的要求 制冷效率 ：理論循環(huán)制冷系數(shù)與兩個(gè)傳熱過程具有傳熱溫差的逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)之比：39。 ③ 低溫（高壓）制冷劑 —— tB＜ 60℃， pk＝ 2～ 4 MPa，如 R1 R1乙烯、乙烷等。這類制冷劑多用于空氣調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的離心式壓縮機(jī)中； ②中溫（中壓）制冷劑 —— 通常 tB＝ 0～ 60℃， pk＝ ～ 2 MPa，如 R1 R2 R71R142b、丙烯、丙烷等。通?？梢园凑罩评鋭┰跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓下的飽和溫度 tB 和常溫下的冷凝 壓力 pk 的高低及適用溫度范圍，將其分為高溫（低壓）、中溫（中壓）和低溫（高壓）三大類： ① 高溫（低壓）制冷劑 —— 一般 tB＞ 0℃， pk＜ 。但由于該類制冷劑易燃燒和爆炸，而且溶于潤(rùn)滑油中會(huì)使油的粘度降低，安全性較差，使其應(yīng)用受到一定的限制。（ 國(guó)際公認(rèn)的環(huán)保制冷劑 ） 對(duì)于乙烯、丙烯的表示方法，是在 R 后面先寫一個(gè)“ 1”，其余數(shù)字按氟里昂的編號(hào)規(guī)則書寫。對(duì)于它的同分異構(gòu)體，在代號(hào)后加“ a”、“ b”、“ c”或在個(gè)位數(shù)上 加一個(gè)數(shù)字以示區(qū)別。 對(duì)于烷類，表示方法與氟里昂相同。 目前對(duì)非共沸溶液仍未給予編號(hào)，只是將組成的組分間用“ /”隔開表示，如 R12/R22，R22/R142b， R22/R13B1 等。由于非共沸溶液在組分不同、混合比不同時(shí)，會(huì)顯示出不同的熱力學(xué)性質(zhì)，可滿 足各種制冷要求。最早的為 R500，后面的依次為 R50 R502 等。 共沸溶液：性質(zhì)與單質(zhì)溶液一樣，在恒定的壓力下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度保持不變，而且其氣相和液相具有相同的組分。 化合物名稱 分子式 m、 n、 x、 z 值 a、 b、 c、 d 值 編號(hào) 一氟三氯甲烷 CFCl3 1 0 1 0 0 1 1 0 R11 二氟二氯甲烷 CF2Cl2 R12 五氟一氯乙烷 C2F5Cl R115 三