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最全面制冷剂的知识,必须收藏!
2018-01-04  来源:恒星    发布者:市场部

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什么是制冷剂?

韦氏词典把制冷剂定义成"在制冷循环中使用的或像冰用于直接冷却的一种物质"。HVAC工业的业外人士可能会把制冷剂描述成空调器中使用的某种流体。HVAC工业的许多业内人士将马上想到CFC族物质(氯氟碳)。

以上这些定义都是对的,但制冷剂比那些物质更广泛。水是制冷剂,在吸收式制冷机中使用。

二氧化碳(CO2)和氨(NH3)作为"天然"制冷剂而为人所知。易燃物质如丙烷和异丁烷也被作为制冷剂使用。对于卤代烃物质如CFC,HCFC和HFC族物质,更是受到广泛欢迎的制冷剂。ASHRAE标准34《制冷剂命名和安全分类》列出了100多种制冷剂,尽管其中许多并不在常规商业HVAC中使用。 制冷剂是化学物质。一些物质,被认为是制冷剂(如R-141b),实际上却广泛应用于诸如发泡剂场合,其实很少用于冷却场合。

常用制冷剂的种类和编号

根据制冷剂的分子结构可将制冷剂分为无机化合物和有机化合物。

根据制冷剂的组成可分为单一制冷剂和混合制冷剂。

根据制冷剂的物理性质可将制冷剂分为高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷剂。

按制冷剂标准沸点的不同区分:

类别

ts(°C)

环境温度在30°C时的冷凝压力(bar)

制冷剂

高温(低压)制冷剂1

>0

约<3

R11,R113,R114,R21

中温(中压)制冷剂2

-60-0

约在3-20

R12,R22,R717,R142,R502

低温(高压)制冷剂3

<-60

约>20

R13,R14,R503,烷,烯

举例:

1 离心式制冷机的空调系统;

2 普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷系统,-60°C以上;

3 覆叠式装置的低温级。

(1) 无机化合物

无机化合物用序号700表示,化合物的分子量(取整数部分)加上700就得出其制冷剂的编号。例如,氨的分子量为17,其编号为R717 。二氧化碳和水的编号分别为R744和R718。

(2) 卤代烃-氟利昂

CmHnFpClqBrr,其原子数m、n、p、q、r之间的关系式为2m+2=n+p+q+r。

命名:R(m-1)(n+1)pBr,如:CF2Cl2为R12 ,C2H2F4为R134, CF3Br为R13B1。

环状衍生物的编号的规则相同,只在字母R后加一个字母C,如C4F8为RC318。

同分异构体相同编号,而随着同分异构变得愈来愈不对称,附加小写a、b、c等。如CH2FCH2F,编号为R152;它的同分异构体分子式为CHF2CH3,编号为R152a。

近年来,常常根据制冷剂的化学组成表示制冷剂的种类。不含氢的卤代烃称为氯氟化碳,写成CFC;含氢的卤代烃称为氢氯氟化碳,写成HCFC;不含氯的卤代烃称为氢氟化碳,写成HFC;碳氢化合物写成HC;CFC、HCFC、HFC、HC等后接数字或字母的编制方法同国家标准GB7778-87规定一致。如,R12属氯氟化碳化合物,表示成CFC-12;R22、R134a、R170分别表示成HCFC-22、HFC-134a、HC-170。

CFC,氯氟烃:

性能稳定,可进入平流层

只有受紫外线照射方分解出Cl离子

对臭氧层破坏作用较大

HCFC,氢氯氟烃:

相对不稳定,到达平流层前已经分解

对臭氧层破坏作用较小

(4) 甲烷族氟利昂

(5) 乙烷族氟利昂

什么是好的制冷剂

一提到性质,首先就会想到诸如毒性低、不可燃、效率高、价廉。这些性质当然重要,且还是好的广告卖点。但选择一种制冷剂用于制冷和空调,要考虑的性质远不止上述这些。例如,"效率"就可能意味着许多东西,还可能引起误解和混淆。

先了解下蒸气制冷循环

除吸收式制冷机,大多数商用空调系统是基于蒸气压缩循环。循环过程从空气中收集热量(叫空调器),或从水中收集热量(叫制冷机)。并向空气排出热量(风冷),或向水中排出热量(水冷)。甚至可将循环过程作为一个加热器,将热量从冷流体(室外空气)转移到热流体(室内空气),这就是热泵。

以水冷式制冷机举例,制冷机利用蒸气压缩循环使水温下降,并将从冷冻水和压缩机中收集的热量排到另一个水回路,由冷却塔冷却排入大气。图1显示了基本的制冷回路。回路由以下四个主要部件构成:

蒸发器

蒸发器是一个换热器,通过换热过程降低冷冻水的水温,从而取走建筑物的热量。吸收的热量使制冷剂沸腾,从液体变成气体。

压缩机

压缩机装配体由一个主运动部件(一般是电机)和压缩机构成。压缩机的作用是升高制冷剂气体的压力和温度。

冷凝器

和蒸发器一样,冷凝器是一个换热器。那么,它从制冷剂中取走热量,使水温升高,制冷剂从气体冷凝成液体。然后冷却水将热量从冷却塔排入大气。

膨胀装置

制冷剂冷凝成液体后,流过一个降压装置。降压装置可能像孔板一样简单,或如电子膨胀阀一样复杂。

压焓图

压焓(P-H)图是观察制冷循环的另一种方式。它的好处是用图表显示循环过程、制冷效果,以及所需消耗的功。

图 2 是图 1所示制冷回路的压焓图(P-H)表示,图中示出了每个部件的过程。从点 1 到点 2 是 蒸发过程.制冷剂从液体变成气体,压力(和温度)保持不变。在相变时吸收热量(潜热)。制冷效果就是点 2 和点 1 之间的焓差。从点 2 到 点 3 的曲线表示压缩过程。压缩功是点 3 和点 2 之间的 焓差乘以制冷剂流量。压缩功增加了制冷剂中热值。曲线的垂直部分表示制冷剂压力(和温度)从 点 2 升高到点 3。

下一个过程发生在冷凝器中。过程的第一段(制冷剂气液分界线的外侧)是过热 气体的降温过程。 一旦制冷剂达到饱和状态,制冷剂从气体变成液体。和在蒸发器中一样,线为水 平表明压力(或温度)不变。

最后一个过程是膨胀过程。从点 4 到点 1 的线是垂直的,表明制冷剂流过热力膨胀阀时压力(或温度)是下降的但焓不变。

图 3 表示了冷凝器和蒸发器的换热过程。图中示出了标准的水温工况。在冷凝器中, 制冷剂温度为恒定的 37℃。制冷剂从气体变成液体,放出冷凝潜热。同时,从冷却塔来的 30℃ 水进入冷凝 器,温度升高到 35℃ 。

蒸发器中的过程相似。这样,蒸发器中的制冷剂为恒定的 5℃。制冷剂从液体变成气体,吸收蒸气潜热。冷冻水以 12℃ 进入蒸发器,下降到 7℃ 。

蒸发器或冷凝器中的压力是给定温度所对应的饱和压力。这可以从制冷剂压力温度表中查出。 对于 HFC-134a 而言,37℃ 时的冷凝压力为 917KPA,5℃ 时的蒸发压力为252KPA。

卡诺循环

卡诺循环是一种完全可逆的理论循环。图 5 表示卡诺循环。卡诺循环的效率公式是:COP = TR /(TO- TR)

式中TR是绝对蒸发温度,TO是绝对冷凝温度。请注意制冷剂不是公式的一部分。建立制冷剂模型并计算理论性能是可能的,但如果考虑到系统设计和部件效率等的工程实际情况,谈制冷剂的效率就是将苹果和苹果进行比较,没有任何价值。相对于不同的制冷系统设计,制冷剂的最佳效率是各不相同的。任何根据系统设计来分析哪种制冷剂的效率最高的做法,这都是没有意义的。

换热性质

制冷的主要目的是将热量从不需要的地方转移到需要的地方(或转移到至少不会有问题的地方)。此过程换热是关键。制冷剂可能因其强的换热性能,而使得理论效率很高。好的换热效果使得换热器的传热温差小,从而使压缩机耗功减小,效率提高。

有许多因素影响换热。有几个因素如管路设计、材料和流量(雷诺数)和制冷系统自身有关。

制冷剂有三个关键性质影响系统的总体换热能力。它们是粘度(μ)、比热(cp)和导热系数(λ)。这些 参数在换热器设计时用于计算普朗特数(Pr=μ?cp/λ)。制冷剂的选择目标是单位制冷剂能够携带很多热量(比热大)且热量传递容易(导热系数高),也希望容易增加紊流(低粘度)而减小运送流体时的功耗。

理想的冷媒是什么?

理想的冷媒物理特性

1、蒸发压力要高

若冷媒之蒸发压力低於大气压力时,则空气易侵入系统,系统处理上较为困难,因此希望冷媒在低温蒸发时,其蒸发压力可高於大气压力。

2、蒸发潜热要大

冷媒之蒸发潜热大,表示使用较少的冷媒便可以吸收大量的热量。

3、临界温度要高

临界温度高,表示冷媒凝结温度高,则可以用常温的空气或水来冷却冷媒而达到凝结液化的作用。

4、冷凝压力要低

冷凝压力低,表示用较低压力即可将冷媒液化,压缩机之压缩比小,可节省压缩机之马力。

5、凝固温度要低

冷媒之凝固点要低,否则冷媒在蒸发器内冻结而无法循环。

6、气态冷媒之比容积要小

气态冷媒之比容积愈小愈好,则压缩机之容积可缩小使成本降低,且吸气管及排气管可以用较小的冷媒配管。

7.液态冷媒之密度要高

液态冷媒之密度愈高,则液管可用较小的配管。

8.可溶於冷冻油,则系统不必装油分离器。

理想的冷媒化学特性

1、化学性质稳定

蒸发温度会随应用温度而变化,例如冰水机之蒸发温度约为0~5℃,冷在冷冻循环系统中,冷媒只有物理变化,而无化学变化,不起分解作用。

2、无腐蚀性

对钢及金属无腐蚀性,氨对铜具有腐蚀性,因此氨冷冻系统不得使用铜管配管;绝缘性要好,否则会破坏压缩机马达之绝缘,因此氨不得使用於密闭式压缩机,以免与铜线圈直接接触。

3、无环境污染性

对自然环境无害,不破坏臭氧层,温室效应低。

4、无毒性。

5.不具爆炸性与燃烧性。

请问有这样的冷媒?

现今常用冷媒的特性及主要用途

那么一般制冷剂的选用原则是什么?

1.制冷性能:我们期望制冷剂的冷凝压力不太高,蒸发压力在大气压以上或不要比大气压低的太多,压力比较适中,排气温度不太高,单位容积制冷量大,循环的性能系数高。传热性好。

2. 实用性:制冷剂的化学稳定性和热稳定性好,在制冷循环过程中不分解,不变质。无毒,无害。来源广,价格便宜。

3. 环境可接受性:应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求,制冷剂的臭氧破坏指数必须为0,温室效益指数应尽可能小。

1要求制冷剂临界温度高

对于绝大多数物质,其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系:

这说明:标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低;高温制冷剂的临界温度也高。Ts/Tc≈0.6不可能找到一种制冷剂,它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂,其工作温度范围是有限的。另外,蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度tk超过制冷剂的临界温度Tc,则无法凝结;若Tk略低于Tc,则虽然蒸汽可以凝结,但节流损失大,循环的制冷系数大为降低。爱森曼(Eiseman)发现,当对比冷凝温度Tk/Tc和对比蒸发温度To/Tc相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体相等。

根据特鲁顿(Trouton)定律,各种制冷剂在一个大气压力下汽化时,单位容积汽化潜热rs/vs大体相等。单位容积汽化潜热 近似反应单位容积制冷量qv。故相同蒸发温度下,压力高的制冷剂单位容积制冷量大;压力低的制冷剂单位容积制冷量小。

2粘性和导热性

制冷剂的这些性质对制冷机辅机(特别是热交换设备)的设计有重要影响。粘性反映流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的大小与流体种类、温度、压力有关。衡量粘性的物理量是动力粘性系数u(N·s/m2)和运动粘性系数v(m2/s),两者之间的关系是v=μ/р。式中р----- 流体密度,kg/m3。

制冷剂的导热性用导热系数λ[W/m·K]表示。气体的导热系数一般很小,并随温度的升高而增大,在制冷技术常用的压力范围内,气体的导热系数实际上随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响,受压力影响很小。

制冷剂的化学、安全和环境性质指标:

1、热稳定性

2、与水的溶解作用

3、和润滑油的溶解性

4、对金属和非金属的作用

5、电绝缘性

6、毒性和可燃性

7、环境性能及指标 :ODP /GWP/TEWI/LCCP

如:一些制冷剂使用的最高温度

 

当R12液体中水分含量超过20-40mg/g时,由于节流阀节流后温度下降,在R12中的溶解度减小,部分水析出并结冰,堵塞膨胀阀家用冰箱的毛细管只要结0.005克冰就足以冰堵。

R2,R134a等含水时均易产生冰堵。

3与润滑油的互溶性

压缩式制冷机中,除了离心式制冷机外,制冷剂都要与压缩机润滑油相接触。两者的溶解性是个很重要的问题。这个问题对系统中机器设备的工作特性和系统的流程设计都有影响。

制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。完全溶解时,制冷剂与油的液体混合物成均匀溶液。有限溶解时,制冷剂与油的混合物出现明显分层。一层为贫油层(富含制冷剂);一层为富油层(富含油)。

溶解度与温度有关,所以上面所说的有限溶解与完全溶解可以相互转化。图2示出制冷剂的溶油性临界曲线。图中曲线包围的区域为有限溶油区;曲线上方为完全溶油区。例如:R22与油的混合物,含油浓度20%,温度为18℃,该状态处于图中A点,在临界曲线之上,所以这时混合物是互溶的,不出现分层。但若温度降到-5℃,如图中B点所示。B状态进入有限溶油区,故液体混合物将出现分层。过B点作水平线与临界曲线有两个交点 和 ,它们所对应的横坐标植分别代表了贫油层中的油浓度和富油层中的油浓度。

氨与油是典型的有限溶解。氨在油中的溶解度不超过1%(wt)。氨比油轻,混合物分层时,油在下部。所以可以很方便地从下部将油引出(回油或放油)。

氟里昂制冷剂若溶油性差,则会带来种种不利。因为氟里昂一般都比油重,发生分层时,下部为贫油层。这样,对满液式蒸发器而言,油浮在上面,造成机器回油困难;另外,上面的油层影响蒸发器下部制冷剂的蒸发。对于干式蒸发器而言,因为制冷剂是在管内沿程蒸发的,靠制冷剂气流裹挟油滴回油。回油情况好坏取决气流速度和油粘性。制冷剂溶油越充分,才越容易将油带回压缩机。对压缩机而言,运行时曲箱处于低压高温,制冷剂在油中的溶解度大;停机压力平衡时,油池中制冷剂含量增多,出现分层,下部分贫油层,再开机时会造成油泵吸入管中的为贫油液体,压缩机供油不充分,影响润滑。

所以,氟里昂制冷机中要求采用与制冷剂互溶性好的润滑油。制冷剂的溶油性被认为是决定系统特性和机器寿命的至关重要的问题。传统氟里昂(R12,R22)的冷冻机油为烷基苯油。但这类油对不含氯的氟里昂制冷剂(HFC类)的溶解性很差。目前在更新制冷剂的工作中同时也必须相应地更新润滑油。当前有关新冷冻油的研究表明:与HFC类制冷剂的互溶性以酯类润滑油(Ester)最好;其次是聚烯醇类润滑油(PAG)和氨基油。

空调对冷冻机油的要求

4对金属和非金属的作用

氨对钢铁无腐蚀作用,对铜、铝或铜合金有轻微的腐蚀作用。但如果氨中含水,则对铜及铜合金(除磷青铜外)有强烈的腐蚀作用。卤代烃类制冷剂对几乎所有的金属无腐蚀作用,只对镁和含镁超过2%的铝合金有腐蚀。卤代烃类制冷剂在含水情况下会水解成酸性物质,对金属有腐蚀作用。所以,含水的制冷剂和润滑油的混合物能够溶解铜,当制冷剂在系统中与铜或铜合金接触时,铜便会溶解在混合物中,然后沉积在温度较高的钢铁部件上,形成一层铜膜,这就是所谓的镀铜现象。镀铜现象在压缩机的曲轴的轴承表面,吸、排气阀等光洁表面特别明显,它会影响压缩机的运动部件的配合间隙,以及吸排气阀的密封,严重时使压缩机无法正常工作。所以,氟里昂制冷机中要求采用与制冷剂互溶性好的润滑油。制冷剂的溶油性被认为是决定系统特性和机器寿命的至关重要的问题。传统氟里昂(R12,R22)的冷冻机油为烷基苯油。但这类油对不含氯的氟里昂制冷剂(HFC类)的溶解性很差。目前在更新制冷剂的工作中同时也必须相应地更新润滑油。当前有关新冷冻油的研究表明:与HFC类制冷剂的互溶性以酯类润滑油(Ester)最好;其次是聚烯醇类润滑油(PAG)和氨基油。

主要产生在阀板、活塞销、气缸等部位导致表面缺陷,运动件部隙减小,密封不良。

R134a中的压缩机镀铜现象

5毒性与可燃性

1.毒性

ASHRAE 标准用毒性和可燃性表示制冷剂安全级别的两个关键因素。ASHRAE 标准 34,所示的矩阵来表示该两个性质的相对级别。

低毒性

高毒性

高可燃性

A3

B3

低可燃性

A2

B2

不可燃性

A1

B1

级 A :在体积浓度小于等于400ppm时,按一定的时间长度,确定时间加权平均的极限限制值

(TLV-TWA)或相当的指标值,制冷剂没有观察到毒性。

级 B:在体积浓度小于 400ppm 时,按一定的时间长度,确定时间加权平均的极限限制值(TLV-TWA)

或相当的指标值,制冷剂观察到有毒迹象。级1:制冷剂的空气中实验时不会燃烧。

级 2:制冷剂在 1大气压/21℃ 时的最低可燃浓度(LFL)大于 0.00625lb/ft3,且燃烧热(HOC)小于8174Btu/Lb。

级 3:制冷剂是易燃的。在 1大气压/21℃时的最低可燃浓度(LFL)小于 0.00625 lb/ft3 ,或燃烧热

(HOC)大于等于 8174Btu/Lb。

物质的毒性是相对而言的。几乎任何东西在一定剂量时都是有毒的。与其说某东西对你有毒不如说是在某种浓度下对身体有害。接着讨论物质在大气环境中的易分解性(稳定性的反义词)。用毒性这个词来说,越容易分解的物质毒性越大。不希望稳定物质进入人体然后在体内分解而引起伤害。在大气中的稳定性(仅是 一个环境问题)并不能说明什么问题。

2.可燃性

可燃性是评价制冷剂安全水平的另一个关键参数。它是ASHRAE 标准 34 对制冷剂安全性进行分类的第二个参数。和毒性一样,可燃性并不像乍一看起来那么简单。一般认为水(R-718)是不可燃 的,而丙烷 (R-290)是可燃的。但是,只要条件合适,许多物质都是可燃烧的。一种物质燃烧所需的条件也是可改变的。纸在常温空气中与明火接触时会燃烧,当温度为 233°C 时即使没有明火,纸也会自燃。

标准 34 将制冷剂分成三个可燃级别:

z 级 1 说明制冷剂在 1 大气压/21℃ 的空气不会有火焰蔓延。

z 级 2 意味着制冷剂在 1 大气压/21℃ 时最低可燃浓度大于0.00625 lb/ft3 且燃烧热(HOC)小于 8174Btu/Lb 。

z 级 3 制冷剂是高可燃的.其在 1 大气压/21℃时最低可燃浓度小于 0.00625 lb/ft3 或 燃烧热(HOC)大于等于8174 Btu/Lb5 。

别尽整些没用的,讨论些与我们空调相关的制冷剂,免被忽悠

为什么要使用混合工质?

1、调节沸点

共沸工质:混合后沸点高于和低于各组分沸点。

非共沸工质:混合沸点在各组分之间。

2、调节热力性能

高沸点组分中加入低沸点组分,qv提高;反之,COP提高。

R407C:R32/125/134a(配比:23.0/25.0/52.0)

非共沸

共沸

共沸制冷剂在一定压力下蒸发时有一定的蒸发温度,且比单组分低

在一定的蒸发温度下,单位容积制冷量比单一工质容积制冷量大

可使压缩机排气温度降低

化学稳定性比单工质好

全封闭压缩机的电机绕组温升小

一定情况下可增大COP

泄漏时组分不变

非共沸制冷剂在一定压力下蒸发或冷凝时温度是变化的,能适应于变温热源增大制冷量(或COP)

降低循环压比,使单级压缩获得更低的温度

较少量的高沸点组分与较多量的低沸点组分混合,与低沸点工质相比,可提高COP,但制冷量会减小。反之可增加制冷量,而COP减小

泄漏时组分发生变化

什么是温度滑差?

温度滑差是随着非共沸制冷剂如 R-407C和 R-410A的使用而出现的一个新名词。非共沸制冷剂由几种制冷剂组份混和而成,其性质不象单组份制冷剂。温度滑差定义为在蒸发器或冷凝器中制冷剂相变开始和结束时的温度差值(单位为℃),此差值中不包含过冷度或过热度。

例如 R-407C 由 R-32 (标准沸点-52℃)、R-125(标准沸点-49℃)和 R-134a(标准沸点-26℃) 组成,当 R-407C沸腾时(即蒸发过程),R-32最先沸腾,剩下液体各组份的比例会发生变化,使得平均沸点将会不同,此过程称为分馏。分馏过程中平均沸点的变化值就是温度滑差。

上图表示 R-134a/32 混和物在 R-32 的含量从 0 到 100%变化时的非共沸特性。在图上划一条垂线,垂线分别与液体线和蒸气线相交所得得温度差值就是该浓度时的温度滑差。

蒸发器中的温度滑差

空调中蒸发器由两种主要型式:干式(也叫直膨式)和满液式。干式蒸发器的制冷剂走管内,水(制冷机)或空气(直膨盘管)走管外。满液式蒸发器用于制冷机,水走管内,制冷剂走壳程。

干式蒸发器比满液式蒸发器更适应制冷剂的温度滑差,但作为一个系统其效率比较低。上图为干式蒸发器.制冷剂流过热膨胀装置(如热力膨胀阀),雾化成细小的液滴进入蒸发器管内。细小液滴的表面积很大,从管外的冷冻水或空气中吸收热量。有温度滑差的非共沸制冷剂在管内分馏,沸点低的组份先蒸发,接着是其他组份。干式蒸发器所具有大过热度将确保所有制冷剂组份蒸发变成气体,使得制冷剂各组份的比例保持不变。

上图是满液式蒸发器,所有换热管浸泡壳程的制冷剂液体中。管内冷冻水的热量使制冷剂蒸发。

压缩机吸气口抽出壳体上部排出的制冷剂气体。其过程很象火炉上水壶中的水被烧开。非共沸制冷剂在满液式蒸发器中的问题是:低沸点组份将先蒸发并被压缩机吸走,使得制冷剂各组份的质量比例无法维持。

温度滑差讨论:

R-22 有两种最可能的替代物:R-407C 和 R-410A.这两种物质都是非共沸的,R-407C 的温度滑差是4.4℃,而 R-410A 的温度滑差只有0.55℃。R-407C 的大温度滑差实际上意味着只能用于总 体效率较低的干式系统。R-410A可以用于满液式系统,尽管需要重新设计所有部件包括压缩机(R-410A 的压力比 R22 高得多),但对于新系统而言却是较好的选择。

非共沸制冷剂的服务问题

由于非共沸制冷剂的分馏特性,机组发生泄漏时就会有一个问题:到底是哪种组份漏出去了? 说各组份按设计质量比例泄漏显然是凭想象。机组发生泄漏时,维修时的一个办法是把制冷剂全部放掉再重新充注已知正确质量比例的新制冷剂,此方法因费用问题并不总是可行。

如果泄漏量小,实验表明直接添加新制冷剂对系统性能影响不大。根据一个实验研究,一个 R-407C 制冷系统泄漏掉其充注量12.5%的制冷剂,然后直接添加质量比例正确的新制冷剂,同样的 过程重复四次,最后,原始充注量的一半进行了更换。表 1 是测得的制冷剂原始浓度和经反复排放 添加后的最终浓度。表 2 是经反复排放添加后的系统性能损失结果;杜邦公司用理论推算也得到了相似的结果(性能下降9%)。

表 1 –不同位置的原始和最终比例

位置

HFC-32/HFC-125/HFC-134a 质量百分比 %

原始比例

4次反复添加后的最终比例

贮液器入口

23.2/25.5/51.3

20.1/22.6/57.3

贮液器出口

22.9/25.3/51.8

20.0/22.6/57.4

蒸发器入口

29.7/30.8/39.5

26.8/28.4/44.8

蒸发器出口

22.1/24.9/53.0

19.9/22.5/57.6

冷凝器入口

25.0/26.6/48.4

21.6/23.6/54.9

冷凝器出口

24.2/26.1/49.7

21.4/23.5/55.0

表 2–反复添加后的性能下降值

参数

下降%(用R-407C浓度计算)

下降%(用真实浓度计算)

制冷量

2.7

11.0

COP

1.0

3.9

容积制冷量

3.0

8.0

充注非共沸制冷剂应更注意保证加入的是液体,要求使用只让液体加入的特制罐子。罐中剩余的制冷剂不能再用。

制冷剂和制冷系统

制冷剂的许多性质都会对其使用性能产生影响。这些性质也会对其用于哪种制冷系统特别是哪种压缩机产生影响。多数商用制冷系统是吸收式或蒸气压缩式。吸收式制冷机用水作为制冷剂,溴化锂作为吸收剂,也可用其他物质如水和氨。以水为制冷剂的制冷机因其冷冻水温度的限制(必须 高于0℃ ),只能用于商用空调工况。

1、 压缩机

蒸气压缩制冷系统利用压缩机提升制冷剂焓值(压力和温度)。使用工况决定了要求的提升能力(常称为压比)(见图3-换热器性能)。风冷系统要求的压比比水冷系统高,因为风冷系统的冷凝温度更高。供冷温度低的系统也要求比较大的压比。制冷量(单位为冷吨)正比于制冷剂流量( 单位为 cfm/ton)。

正位移压缩机的压比高流量小。其例子包括往复式、涡旋式和螺杆式压缩机。离心式压缩机压比低流量大。

分子量小的制冷剂一般用于压比高流量小的场合。换句话说,用于正位移压缩机很好。例子包 括 R-22、R-410A 和R-134a。以 R-410A 为例,上图显示其分子量小。

上图显示 R-410A 易于获 得高压比的能力。两个图显示出 R-410A 每冷吨制冷量只需要约 1.5 cfm/ton 的流量,非常适合用于正位移压缩机。

分子量大的制冷剂要求大流量,提供的压比比较小。示例包括R-11 和 R-123。上图显示这两 种制冷剂特别适合于离心压缩机。两种制冷剂的每冷吨流量约为 17 cfm/ton 。

R-134a 常用同时用于正位移压缩机和离心压缩机。尽管它可用于任何种类的正位移压缩机,但 还是多用于螺杆压缩机,因为螺杆压缩机的流量稍偏大。 R-134a 的每冷吨流量约为 3cfm/ton。

2、换热器

蒸发器和冷凝器都是换热器。制冷剂进出换热器传递能量的能力将影响系统的总体性能。换 热量正比于面积和温差等。如果一种制冷剂的换热性质差,要么必须增加面积(增加许多铜管成本),要么增大温差。增大温差意味着增大压缩机压比,导致压缩机功耗增加。在商用空调中,制冷机的 温差可以小到 0.5 到 1℃ ,故即使温差少量增大,性能差别都会很大。

例如, R-123 的导热系数为 0.0476 Btu/h?ft?°F,而 R-134a 的导热系数是 0.0521 Btu/h?ft?°F。导热的增强使系统设计师可以在减少换热器铜管成本,或者是降低压缩机压比提高性能之间作出选择。

3. 管路和压力损失

所有制冷剂不管是蒸气还是液体状态,流过制冷回路时都会产生压降。压降可能是在部件之间的连接管道或是在一个部件内 (如压缩机流道)。当压力变化时,制冷剂的温度也会改变,改变多少 依赖于制冷剂本身。温度变化通常对系统性能产生不利影响,考虑到在吸气和排气管路上的压降。要保持蒸发器和冷凝器中的恰当压力,压降(温度变化)将会增加压缩机的压比。而且,对于多数制冷剂来说,吸气管路的压降造成的温度变化比排气管路压降造成的温度变化更加显著。

关于R32

R32的基本性能

二氟甲烷

分子式:CH2F2

物理性质:为无色、无味、轻微燃烧(A2级别)。冷媒R410A是无毒,不可燃( A1级别)

不爆炸、无毒、可燃,但仍然是安全的制冷剂?

R32的热力学性能与R410A相近。

R32与R410A性能对比

R32与R410A热力性能非常接近,与R22相比CO2减排比例可达77.6%,(而R410A减排CO2为2.5%)符合国际减排要求。

根据摩尔质量大体上与填充量成正比,相对填充量70%左右。

安全特性方面,R32为无毒可燃A2一般相同系统,更换冷媒匹配后,其工作压力略高于R410A系统,排气温度较高;

如果压缩机排量相同,采取R32的系统制冷量要提高12%左右,COP提高5%左右。

单从性能:采用R32的系统要优于R410A的系统,需要注意的是排气温度比较高。

填充注意:由于R32是单工质制冷剂,填充以及追加冷媒与R22相同。

淘汰时限与替代方案

几年来最初的议定书已经修正过几次,修正包括增加淘汰物质、改变淘汰时限等。 并且,议定 书的附件 1 (适用于发达国家)和附件 2 (适用于发展中国家)区分了不同的淘汰时限。下面两个段 落是关于最初要求和几年来所作更改的一个总结。联合国环境规划署 (UNEP)每年都要开会讨论进 一步的更改,未来议定书仍然可能继续更改。

协议附件 1:发达国家的淘汰时限

时间 详情

1987 蒙特利尔议定书: 到 2000 年要求 CFC 减产 50%。其他化合物也要受控。

1990 伦敦修正案:到 2000 年要求 CFC 100%的停产。

1992 哥本哈根修正案:CFC 提前到 1996 年完全停产。设定以 1996 年 HCFC 的消费量作为限量并在 随后几年不可逆转地淘汰:

. 2004 年-限量的 65%

. 2010 年-限量的 35%

. 2015 年-限量的 10%

. 2020 年-限量的 0.5%

按照 HCFC 臭氧消耗潜值(ODP)的加权消费量加上以 1989 年为基准的 CFC 加权 ODP 消费量的3.1%来设定限量。

1995 HCFC 限量的 CFC 部分由 3.1%减少到 2.8%。

1997 蒙特利尔议定书修正案: HCFC 从 2020 年到 2030 年的消费量只能用于原有设备的维修。

1999 北京修正案:HCFC 的生产限量被用于处理针对发展中国家的贸易问题。

协议附件 2:发展中国家的淘汰时限 时间 详情

1999 年 6 月 CFC 的消费量限制在 1995 年到 1997 年三年的平均水平,到 2010 年停止消费。

2016 年 在 2015 年冻结 HCFC 的消费量,到 2040 年停止消费。

中国的淘汰方案

中国于1991年6月成为蒙特利尔议定书的参加国。1993年,国务院批准了《中国逐步淘汰臭氧层物质的国家方案》,1998 年对国家方案进行了修订。国家方案规定,到 2002 年完全淘汰 CFC-11 在工商制冷设备中的使用。CFC-12 的淘汰时间为 2006 年,从 2003年起停止生产 CFC-11和CFC-12,在新离心机中的充注、维修用可延长到2010年。关于HCFC,中国将执行蒙特利尔议定书附件2的淘汰时间表。

R22替代物对的相对性能

R-290

R-134a

R-404A

R-407C

R-410A

R507

制冷量

85%

67%

106%

95%

141%

109%

效率

99%

100%

93%

98%

100%

94%

吸气压力(绝压)

94%

59%

121%

91%

159%

125%

冷凝压力(绝压)

90%

68%

120%

115%

157%

122%

温度滑差

0

0

0.5℃

4.4℃

0.5℃

0

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