第三章 制冷剂、载冷剂和润滑油

第三章基本要求应从热力学、物理学、安全性等方面了解对制冷剂的要求目前常用的制冷剂主要有R717、R12、R22、R502等，应熟悉这些制冷剂的主要性质及使用时应注意的事项了解载冷剂和润滑油的种类、使用场合及选择方法主要内容制冷剂的种类对制冷剂的要求常用制冷剂及性质载冷剂贮冷剂润滑油第一节制冷剂的种类一、无机化合物类制冷剂（一）种类水、二氧化碳、空气、氨等（二）表示方法一般符号R表示，R后的第一位数字是7，后两位数是该无机化合物的分子量如水为R718，二氧化碳为R744，氨为R717等等制冷剂——在直接制冷系统中，依靠自身的状态变化来传递能量的物质二、氟里昂类制冷剂

（一）氟里昂类制冷剂——指饱和碳氢化合物的卤族衍生物的总称（目前应用的主要是甲烷和乙烷的衍生物）（二）表示方法用符号R或F表示，R、F后的数字表示氟、氢、氯的原子的个数（三）性质随分子中的氟、氢、氯的原子的个数不等而变化

氟原子的个数越多，毒性越小，化学稳定性愈高；氢原子数越少，燃烧性和爆炸性越小；而氯原子数越多，蒸发温度越高，对大气的破坏性也越大（四）选择

一般选择蒸发温度在-130℃~+80℃，含氟原子较多，氯原子较少的化合物三、共沸溶液制冷剂（一）概念：

由两种或两种以上制冷剂按一定的比例混合而成的、在一定的蒸发压力下有恒定的蒸发温度，其气相和液相的组成相同并保持不变的工质（二）优点①

蒸发温度比单一工质低②

在相同的工作条件下制冷量比单一工质大③

排气温度低④化学稳定性比单一工质好（三）常用种类：R502、R500四、碳氢化合物

如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和丙烯等，主要用于石油化工工业，优点是易得，价低，凝固温度低等，但安全性差，易燃易爆制冷剂按蒸发温度的高低、冷凝压力的大小等分类类别制冷剂标准蒸发温度/℃常温下冷凝压力/105Pa使用范围高温低压制冷剂R11、R21、R113、R114＞0≤1.96~7.94适用于空调系统用的离心式压缩机中温中压制冷剂R717、R12、R22、R502-70~0＜19.6适用于空调或冷库制冷系统和活塞式压缩机低温高压制冷剂R13、R14、R23、R503＜-7019.6~68.6适用于-70℃以下的制冷系统或复叠式制冷装置的低温部分第二节对制冷剂的要求一、热力学性质方面的要求（一）标准状态下：蒸发温度要低，一般不高于-10℃；蒸发压力应高于或接近大气压（二）在工作温度范围内，冷凝压力不宜过高：一般不超过（11.76~14.7）×105Pa（三）单位容积制冷量要qv大（离心式或小型压缩机例外），单位质量制冷量q0要大（四）临界温度要高：使其在常温或普通低温下易液化（五）凝固点要低：以便取得较低的蒸发温度二、物理化学性质方面的要求（一）粘度和密度要小：减少流动阻力（二）有较强的换热性能（三）有一定的吸水性：避免“冰塞“发生（四）化学稳定性和热稳定性要好：在工作范围内，不然不爆，高温下不分解，不腐蚀制冷机材料，对密封材料的溶解、膨胀作用小，不与润滑油起化学反应（五）无毒、无臭、对环境无污染部分制冷剂液体的粘度制冷剂饱和蒸汽的导热系数制冷剂饱和液体的导热系数制冷剂与润滑油的溶解曲线

三、经济性方面的要求价格低廉，容易获得完全符合以上要求的制冷剂不可能存在，在实际选用时，应将需要和可能的原则结合起来，如大中型冷库，一般采用价廉和便于补给的制冷剂，如R717、R22等；对于设在人口密集场所的制冷装置（小型冷库、冰箱、空调等），要考虑安全性，一般选用R12、R22等第三节常用制冷剂及性质一、氨（NH3）代号R717（一）热力学性质标态下蒸发温度为-33.4℃，蒸发压力大于1个大气压，冷凝压力不超过15×105Pa，临界温度高，汽化潜热大，单位容积制冷量大（2166kJ/m3），导热系数大，但压缩终温高；适用于-65~10℃之间的制冷（二）物理化学方面的性质1.粘度密度小，流动阻力小2.氨与润滑油不相溶使系统中存在油膜，影响传热，积存在系统中的润滑油应定期排出3.氨与水以任意比互溶可避免“冰塞“（但氨含水使蒸发温度升高、润滑油润滑效果下降并对铜和铜合金（磷青铜外）有腐蚀作用，含水率＜0.2%）4.安全性差氨无色，有毒、有刺激性，当空气中的氨浓度达到一定量时引起人中毒、易燃易爆等，规定＜20mg/m35.氨价廉易得6.易检漏可用肥皂水检漏，也可用试纸检漏，石蕊试纸由红变蓝，而酚酞试纸变为玫瑰红二、R12（CF2Cl2）

（一）热力学性质

标态下蒸发温度为-29.8℃，蒸发压力接近1个大气压，冷凝压力不超过12×105Pa，临界温度高，单位质量制冷量、单位容积制冷量小，导热系数大，压缩终温低（二）物理化学方面的性质安全性好无色、无毒、无臭，不燃不爆，但与明火接触或温度高于400℃以上时，分解出有毒的光气，在有R12处严禁明火2.可与润滑油以任意比互溶润滑油变稀影响润滑效果，使制冷剂蒸发温度升高、传热系数下降，系统无须设集油器，但制冷剂应有足够高的流动速度3.不溶于水，易产生“冰塞“

含水时引起金属腐蚀，要求含水率<0.0025%，充灌前要干燥处理并在系统中安装干燥过滤器4.能溶解多种有机物

系统不能使用一般的橡皮垫圈（片），应用氯丁二烯人造橡胶或丁腈橡胶5.比重大，流动阻力大6.易泄漏且不易发现

检漏用卤素灯使用时若卤素灯火焰为蓝色或红色为正常，若火焰颜色呈蓝绿色，则该处有制冷剂泄漏，颜色越深，泄漏量越多三、R22（CHF2Cl）

（一）热力学性质标态下蒸发温度为-40.8℃，蒸发压力接近1个大气压，冷凝压力不超过15.68×105Pa，临界温度高，单位容积制冷量与R717相近，比R12大60%，但压缩终温较高；一般用于-60℃以上的制冷。广泛用于空调系统（二）物理化学方面的性质1.无色、无味，不燃不爆，毒性比R12略高2.可与润滑油有限互溶对润滑油的润滑效果有一定的影响，在制冷系统的低温侧，R22与润滑油有分层现象；系统无须设集油器，但制冷剂应有足够高的流动速度3.水溶性比R12大，易产生“冰塞“要求含水率<0.0025%，充灌前要干燥处理并在系统中安装干燥过滤器4.易泄漏并不易发现：检漏方法与R12同四、

R13（CF3Cl）

（一）热力学性质1.蒸发温度为-81.5℃2.凝固温度为-180℃3.常温下压力较高4.临界温度低（二）物理化学性质1.不燃不爆，毒性比R12小，不溶于润滑油，水溶性与R12相同2.适用于-120~-80℃的复叠式制冷系统，作为低温级的制冷剂五、共沸溶液制冷剂R502（一）组成：48.8%的R22（-40.8℃）+51.2%的R115（-38℃）的质量比混合而成（二）蒸发温度-45.6℃，单位容积制冷量比R22大（5%~30%），排气温度比R22低（10~25℃）；与R22共用润滑油（三）

不燃烧，无毒，无腐蚀性，比R22有更好的热力学性能；适于-40~-45℃的封闭式制冷机组中（四）价格较贵六、非共沸混合工质

不存在固定的沸点，在等压条件下蒸发或冷凝时，气相与液相组分不同且不断变化（一）非共沸混合工质的优点

1.因其在蒸发和冷凝过程中相变温度是变化的，有可能较好地适应变温热源以减少传热温差，提高循环的热力完善度

2.有可能增大压缩机的制冷量

3.可降低压缩比，使单级压缩制冷能得到较低的蒸发温度（二）常用的非共沸混合工质R12/R22、R12/R13、R22/R13、R22/R114、R22/R152a、R11/R12等等七、环境污染与CFC替代（一）CFCS（卤代烃中的氯氟烷烃类物质）制冷剂的命名CFC类指全卤化的氯氟化烃类物质，即不含氢原子的CFCS制冷剂，对臭氧层的破坏能力和温室效应都很强，性质稳定，在大气中的寿命在数十年到数百年；（R11、R12）HCFC类指含氢的氯氟化烃类物质，对臭氧层的破坏能力和温室效应比CFC类弱，化学稳定性也比CFC类差，在大气中的寿命在十几年的到数十年，但长期使用仍有严重后果（如R22）3.HFC类指含氢不含氯的氟化烃类物质，对臭氧层不产生破坏作用，温室效应也很弱，化学性质不稳定，在大气中的寿命在数年到数十年；如R134a（二）CFC替代

1.替代原因1）对臭氧层破坏造成臭氧空洞

2）温室效应（即全球气候变暖）造成温室效应的原因：（1）二氧化碳散发、森林的采伐（占64%）（2）碳氢化合物造成（占19%）（3）制冷剂造成（占11%)(4)氧化氮引起（占6%）（三）CFC破坏臭氧层是全球性的环境污染问题，引起国际社会的共同关注

联合国环境规划暑（UNEF）多次召开国际会议1985年3月通过《关于保持臭氧层的维也纳公约》1987年30多个国家外长签署《关于消耗臭氧物质蒙特利尔议定书》，即对R11、R12、R113、R114、R115等进行限制1989年5月通过《保护臭氧层的赫尔辛基宣言》1990年6月通过《蒙特利尔议定书修正案》（四）CFC替代

指用相对安全的制冷剂替代危害性大的制冷剂1.使用氢氯氟碳类（HCFCs）制冷剂替代CFC类制冷剂作为短期解决途径如R22可使用一定的年限

2.使用氢氟碳类（HFCs）制冷剂替代CFC类制冷剂作为长期解决途径如用R134a或R152a替代R12，用R123替代R11，用R410a或R32替代R22（五）制冷剂的发展趋势

使用天然的制冷剂空气（R729）水蒸气（R718）烃类二氧化碳（R744）氨（R717）八、制冷剂的检漏和存放（一）检漏对有刺激性气味的制冷剂（氨）依靠人的嗅觉检漏利用肥皂水寻找漏氨部位（产生气泡）或用酚酞试纸（有漏氨处试纸变红）对无任何气味的制冷剂用肥皂水检漏用卤素灯（火焰颜色变绿）用电子检漏仪（灵敏度极高）观察接缝处是否有润滑油渗漏

（二）制冷剂的存放注意事项1.钢瓶必须经过耐压试验并定期检查2.不同的制冷剂应采用固定的专用钢瓶，并在钢瓶上标明所存放的制冷剂的名称3.储存制冷剂的钢瓶不得露天安放或爆晒在阳光下，安放地点应远离热源第四节载冷剂

一、载冷剂（冷媒）——在间接制冷系统中用来传递冷量的中间介质二、对载冷剂的要求冰点要低，挥发性要小。在使用温度范围内，不凝固、不汽化（冰点应低于使用温度4~8℃；沸点应高于系统可能达到的最高温度）比热要大。可减少冷媒的循环量，从而减少泵的功耗密度小、粘度小。减小流动阻力导热系数大。减少换热器的面积不腐蚀设备，无毒、无臭、无刺激性，化学稳定性好价廉易得三、常用的载冷剂（一）水1.优点

价廉易得、无毒无味、不燃不爆、性质稳定、比热大、密度小；广泛用于0℃以上的空调工况2.缺点

不能得到低的制冷温度（二）无机盐水溶液（CaCl2和NaCl水溶液）盐水的性质与盐水中盐的浓度有关1.优点

可获得较低的制冷温度。如当NaCl水溶液的共晶浓度为23.1%（质量浓度）时其共晶温度为-21.2℃；又如CaCl2水溶液的共晶浓度为29.9%（质量浓度）时其共晶温度为-55℃2.缺点

浓度大密度大阻力大；浓度大比热小流量增加功耗增加；对设备的腐蚀性大且随浓度的增加、含氧量增加和pH值的下降而增大3.降低盐水溶液腐蚀作用的方法1）保证盐水溶液应呈碱性（pH=8.5）2）减少盐水与空气的接触（采用密闭的盐水循环系统）3）添加防腐剂（重铬酸钠和氢氧化钠）对NaCl盐水溶液1立方米盐水中加重铬酸钠3.2kg和氢氧化钠0.896kg对CaCl2盐水溶液每立方米盐水中加重铬酸钠1.6kg和氢氧化钠0.489kg（三）有机物载冷剂

1.甲醇水溶液有燃烧性，使用时注意防火

2.乙二醇水溶液无色、无味、不燃烧，略带毒性但无危害

有机物载冷剂主要用于不允许使用腐蚀性载冷剂的场合第五节贮冷剂在制冷系统中用于暂时贮存冷量的物质

作用：①制冷机工作时用于贮存冷量，而制冷机停机时可融化吸热以维持被冷物体的低温②可节省能量③可减少被冷物体的温度波动④当系统冷负荷突然增加时可用来弥补制冷机制冷量的不足

一般采用共晶冰作为贮冷剂第六节润滑油（冷冻机油）

一、润滑油的作