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制冷剂性能与选择的详解

时间:2023-10-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:不同化学组成和结构的氟利昂制冷剂热力性质相差很大,可适用于高温、中温和低温制冷机,以适应不同制冷温度的要求。R12的标准蒸发温度为-29.8℃,属于中温制冷剂。R22的单位容积制冷量比R12约高60%,又因其低温时的单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨,所以它更适合于中温制冷装置。

制冷剂性能与选择的详解

1.对制冷剂的要求

(1)对大气臭氧层没有破坏作用,对人体无害,无燃烧和爆炸危险,使用安全。

(2)用常温的水或空气做冷却介质时,制冷剂相应的冷凝压力不应太高,以免设备过分笨重。在工作温度范围内其相应的蒸发压力不应低于大气压力,以免制冷系统低压部分出现负压,防止空气渗入系统。同时,冷凝压力和蒸发压力之比不应过大,以免压缩终了的温度过高、压缩机的容积效率过低。

(3)通常要求制冷剂的单位容积制冷量要大,这样可以缩小压缩机的尺寸。

(4)由于在临界温度以上,无论加多大的压力都不能使制冷剂液化,因此制冷剂的临界温度要高,便于常温的冷却介质进行冷凝。凝固温度要低,以获得较低的蒸发温度。

(5)黏度和密度应尽可能小,以减少制冷剂在系统中的阻力损失。

(6)热导率要大,可以提高热交换设备的传热系数,减少传热面积,使换热器耗用的金属材料减少。

(7)对制冷装置所用的材料无腐蚀性,与润滑油不起化学作用,高温下不分解,热稳定性好。

(8)易于取得,价格便宜。

完全满足上述所有要求的制冷剂很难寻觅,各种制冷剂总是在某些方面有其长处,而在另一些方面又有其不足,并且使用要求、运行条件和机器种类及容量不同,对于制冷剂性质要求的考虑侧重面也就不同,所以应该按照主要条件来选择相应的制冷剂。

2.常用制冷剂的性质

(1)氨(R717)。氨具有良好的热力性能,单位容积制冷量大,压力适中,常温下冷凝压力不超过1.5MPa,蒸发温度不低于-33.4℃,蒸发压力总大于1个大气压力。

氨与水可以任何比例互相溶解,组成氨水溶液,在制冷系统中不会引起结冰而堵塞管道通路。但氨中有水分时,会使蒸发温度升高,并对铜及铜合金(磷青铜除外)有腐蚀作用,一般规定,液氨中含水量不得超过0.2%。

氨是典型的难溶于润滑油的制冷剂,因此氨制冷系统中的管道换热器的传热表面上会积有油膜,影响传热效果。氨液的密度比润滑油小,运行中润滑油会积存在冷凝器、贮液器和蒸发器等设备的下部,所以应定期放出这些设备中的润滑油。

氨蒸气无色,有强烈的刺激性臭味。在空气中的体积分数达到0.5%~0.6%时,人停留半小时就会引起中毒。氨与空气混合的体积分数在11%~14%之间时,具有可燃性;在16%~25%之间时,遇明火会有爆炸危险。目前规定氨在空气中的浓度不应超过20mg/m3。氨的等熵指数较高,因此压缩机的排气温度也较高。

氨容易获得,价格便宜。氨是我国目前广泛使用的中温制冷剂。

(2)氟利昂。氟利昂是一类透明、无味、基本无毒又不易燃烧、爆炸、化学性能稳定的制冷剂。不同化学组成和结构的氟利昂制冷剂热力性质相差很大,可适用于高温、中温和低温制冷机,以适应不同制冷温度的要求。

氟利昂制冷剂的等熵指数小,因此排气温度低。又因其相对分子质量大,可适用于大型离心压缩机。但氟利昂制冷剂单位制冷量一般较小,密度大,管道阻力大,渗透性强,易于泄漏。其对水的溶解度小,制冷装置中进入水分后会产生酸性物质,并容易造成低温系统的“冰塞”,堵塞节流阀或管道。因此,氟利昂系统应避免水分进入,对进入系统的水分应及时予以排除。另外,为避免氟利昂与天然橡胶起作用,应采用丁腈橡胶做垫片或密封圈。

氟利昂能不同程度地溶解润滑油,不易在系统中形成油膜,但易造成低温蒸发系统集油,所以氟利昂制冷系统在压缩机排出端应设分油器,以减少润滑油进入系统,安装系统时应考虑能顺利回油。

氟利昂与润滑油溶解会降低润滑油的黏度,影响润滑作用,因此应采用高黏度的润滑油;在相同的蒸发压力下,蒸发温度将升高,使制冷量减少,并且由于沸腾的泡沫多,造成蒸发器液面不稳定。其优点是在换热器表面不会形成油膜,消除了油膜对传热的不利影响;润滑油随制冷剂渗透到压缩机的各个部件,形成良好的润滑条件。(www.zuozong.com)

氟利昂与润滑油的混合物能够溶解铜,溶有铜的混合物与钢或铸铁部件接触时,被溶解的铜离子会析出,并沉积在部件上,形成一层铜膜,这种“镀铜”现象随着水分的增加和温度的升高而加剧。“镀铜”会破坏轴封处的密封,影响气缸与活塞的配合间隙,对制冷机产生不利的影响。

由于氟利昂泄漏不易发现,安装系统时应保证有较好的气密性能。

1)氟利昂12(R12,CF2Cl2):R12无色、无味、毒性小,具有较好的热力性能。冷凝压力较低,采用风冷或自然水冷时的冷凝压力为0.8~1.2MPa。R12的标准蒸发温度为-29.8℃,属于中温制冷剂。用于中小型活塞式压缩机,最低可获得-70℃的低温,而用于大型离心式压缩机时可获得-80℃的低温。

R12的单位容积制冷量小,在相同制冷量时与氨制冷剂相比,其压缩机和管道尺寸都比较大。由于R12易溶于润滑油,为保证压缩机的润滑,多采用黏度较高的润滑油。在工作温度范围内,R12能够与润滑油以任意比例相互溶解,因而在冷凝器的传热表面上不会形成油膜而影响传热。随着R12的不断蒸发,润滑油将越积越多,使蒸发温度升高,传热系数减低。为了使润滑油与R12一起返回到压缩机中,蒸发器一般采用干式蒸发器,从上部供液,下部回气。制冷设计时,应保证上升回气立管中蒸汽有足够的带油速度。

R12对水的溶解度很小,使用中应避免水分进入系统,在充注R12前,应确保设备及管道的干燥,并且在制冷系统中设置干燥器

由于R12对大气臭氧层有严重的破坏作用,是主要禁用的“CFC”制冷剂之一。因此,R12已经逐渐被淘汰。

2)氟利昂22(R22,CHF2Cl):R22的热力性能与氨相近。在标准大气压下,R22的标准蒸发温度为-40.8℃,通常冷凝压力不超过1.6MPa。在常温下,其冷凝压力和单位容积制冷量与氨差不多。

R22不燃、不爆,使用比氨安全可靠。R22的单位容积制冷量比R12约高60%,又因其低温时的单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨,所以它更适合于中温制冷装置。

水在R22液体中的溶解度比R12大,R22能够部分与润滑油相互溶解,但在低温制冷系统仍然可能产生“冰塞”或集油。因此,在制冷系统中必须安装过滤干燥器和分油器。而对已进入系统的水分和润滑油应及时清除。R22对金属的腐蚀作用、泄漏特性、检漏方法等与R12相同。R22对大气臭氧层的破坏仅相当于R12的5%。

3)氟利昂13(R13,CF3Cl):R13的标准蒸发温度为-81.5℃,凝固温度为-180℃。

R13的临界温度较低,常温下压力很高,适用于复叠式制冷系统,作为低温级的制冷剂。

4)氟利昂142(R142,C2H3F2Cl):R142在标准大气压的蒸发温度较高,为-9.25℃。

即使高温时,R142的饱和压力也较低。因此,它适用于热泵装置和在高环境温度下的制冷装置。例如,钢铁高温车间行车驾驶室使用的冷风机组,就是用R142作为制冷剂的,即使环境温度高达80℃,行车驾驶室内仍可降温至30℃。

(3)共沸溶液(R502)。应用共沸溶液是制冷剂发展方向之一,它的应用将促进制冷技术的发展。

共沸溶液制冷剂的热力性质具有以下一些优点:

1)共沸溶液制冷剂在标准大气压力下的蒸发温度一般比组成其组分的蒸发温度低。例如R502在标准大气压力下的蒸发温度为-45.6℃,而组成其组分的R22和R115分别为-40.8℃和-38℃。

2)在同一蒸发温度下,由于共沸溶液制冷剂的蒸发压力比其组分的蒸发压力高,所以其单位容积制冷量比其任意组分都大,使用同一制冷压缩机,其制冷量提高。例如与R22相比,采用R502的单级压缩机,制冷量可增加5%~30%,在低温下制冷量增加较大。

3)压缩机排气温度降低。例如相同工况下,R502的排气温度比R22低10~25℃。由于排气温度低,使曲轴箱内油温、电动机绕组温度均有明显下降,改善了机器的工作条件。

R502虽然具有较好的热力学特性,但目前价格较高,仅在-50~-40℃的封闭式制冷机中使用。

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