制冷设备维修工应知应会2

制冷设备维修工中级工培训教材中级工制冷原理、设备基础二、制冷剂、载冷剂与冷冻机油1．什么是制冷剂制冷剂又称工作介质简称工质，是制冷机进行能量转换的工作物质，是指在密闭的制冷循环系统中，通过自身热力状态的周期性变化(蒸气一液体一蒸气)，不断地从冷却对象（箱内食物或空气）吸取热量，并传递给外界介质(空气或水)，使冷却对象的温度得以降低，从而实现制冷目的。常用的如：R12、R22、R134a等。制冷原理、设备基础制冷剂在系统中的状态变化是物理变化，没有化学变化，因此，如果系统没有泄漏，制冷剂可长期循环使用。制冷原理、设备基础2．对制冷剂的要求制冷剂必须满足下列基本要求⑴蒸发温度要低，便于制取较低的温度，与此对应的蒸发压力应不低于大气压力，避免制冷系统出现负压使外界空气渗入系统，影响制冷设备的性能。制冷原理、设备基础⑵制冷剂在常温下的冷凝压力要尽量低。一般不超过1．5MPa，使制冷系统中选用的配件和管道不致于有过高的强度要求，同时可以降低功率和减小渗漏。也使制冷剂在常温或普通低温下均能液化。冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大。制冷原理、设备基础⑶单位质量制冷量和单位容积制冷量要大，制冷量一定的设备，单位质量制冷量大可减少制冷剂的循环量；单位容积制冷量大可减少压缩机的排气量，从而可缩小压缩机的尺寸，降低电机功率。制冷原理、设备基础⑷动力粘度和密度尽量小，可以降低制冷剂在系统里的流动阻力，特别是在蒸发器中，流动阻力大会影响设备的制冷量。⑸导热系数和放热系数要大，可以提高换热器的热交换效率，减小换热面积，使制冷系统结构紧凑，节省材料。制冷原理、设备基础⑹使用安全无毒，不燃烧、不爆炸，不能对金属和电气绝缘材料产生腐蚀，电绝缘性能好，高温下不分解，具有良好的化学稳定性，符合绿色环保的要求。新制冷剂应不含氯元素，或在紫外线下不分解出氯离子，以保护大气臭氧层。制冷原理、设备基础⑺有一定的吸水能力，防止低温下的“冰堵”。尽量不溶于油，若有少量溶解，应不影响润滑油的性能。制冷原理、设备基础⑻容易制造，价格便宜，便于运输贮存，同时，在制冷系统中充注方便。实际上某种制冷剂不可能完全满足上述要求，各种制冷剂都会有自己的长处和不足，应该按照不同的要求和用途来选择理想的制冷剂，一旦选定，其制冷系统在结构、流程、运行操作等方面应与之相配合。制冷原理、设备基础⒊制冷剂的种类作为制冷剂目前经常使用的有十几种。按照制冷剂化学成分及组成可以分成四类：⑴无机化合物制冷剂：如氨(NH3)(R717)、二氧化碳(CO2)(R744)、水(H2O)(R718)等。氨常用，主要用在大、中型冷库中。制冷原理、设备基础⑵氟利昂制冷剂：氟利昂制冷剂是饱和碳氢化合物中全部或部分氢元素被卤族元素代替后衍生物的总称。目前使用的大都是甲烷(CH4)（R50）和乙烷(C2H6)（R170）的衍生物，如二氟二氯甲烷(CF2Cl2)（R12）、二氟一氯甲烷(CHF2Cl)（R22）等。它们被广泛应用在电冰箱、冰柜和空调设备中。制冷原理、设备基础⑶碳氢化合物制冷剂：这类制冷剂主要用在石油和化工部门制取低温。如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷（C3H8）乙烯（C2H4）、丙烯(C3H6)、四氟乙烷（C2H2F4）（R134a）等。制冷原理、设备基础⑷共沸溶液制冷剂它是将两种或两种以上的不同制冷剂按一定比例混合制成。其性质与单纯的一种制冷剂性质相似，如R500、R501、R502等，具有优异的实用性和设计性，目前有的作为替代工质应用在电冰箱、空调器制冷系统中。制冷原理、设备基础制冷剂可根据其常温下的冷凝压力及其标准大气压(0．1MPa)下的蒸发温度不同分为三类，即高温、中温、低温制冷剂。制冷原理、设备基础4．制冷剂的符号表示人们为了省去书写各种制冷剂的分子式和化学名称的麻烦。目前，国际上均按照美国供暖制冷空调工程协会(ASHRAE)所制定的原则来命名制冷剂符号，即无机和有机化合物类制冷剂都用符号“R”来表示，它是取英文“Refrigerant(制冷剂)的第一个字母而得名，后边的数字或字母则根据制冷剂的分子组成和结构按一定的规则编写。制冷原理、设备基础⑴无机化合物的第一位数字是“7”，后两位数为该无机物分子量的整数部分，即R7()()。例如氨(NH3)的分子量为17，故代号为R717，水(H2O)为R718，二氧化碳(CO2)为R744等。制冷原理、设备基础目前常用的无机化合物制冷剂有氨和水等。⑵碳氢化合物和氟里昂的分子通用式分别为CmH2m+2和CmHnFxClyBrz，它的代号R和后面的数字是（m-1）、(n+1)、x；氯原子y不记入代号中；如含有溴原子Br时，则再在数字后面加字母B和溴原子数z，即R(m-1)(n+1)(x)B(z)。制冷原理、设备基础化学结构（分子式）决定了它的化学性质。例如，氟里昂的化学分子式中所含的氟原子数愈多，对人体愈无害，对金属的腐蚀性亦愈小，即化学稳定性越好。氟里昂制冷剂的燃烧性随分子式中氢原子数目的减少而显著降低，其蒸发温度则随氯原子数目的增加而升高，而且所含的氯原子在与明火接触时还能分解出有毒的气体。制冷原理、设备基础⑶共沸混合制冷工质的代号，规定在R后面从500开始顺序编排，如R500、R501、R502等。制冷原理、设备基础5．常用制冷剂及其性质在我国，用于电冰箱等小型制冷和空调设备的常用制冷剂有以下几种：R12、R22、R600a、R134a等。制冷原理、设备基础1930年氟利昂制冷剂研制成功并广泛应用于制冷系统。氟利昂制冷剂所具有的共同特性是毒性小，不燃烧，不爆炸，无味，化学稳定性好，对一般金属无腐蚀作用，不与水反应。但渗透性强，易泄漏，密度大，流动性差，传热性差，单位容积制冷量小，价格较高，应用比较广泛的氟利昂制冷剂有R12、R22、R600a等。制冷原理、设备基础由于氟利昂对大气臭氧层的破坏将造成全球的温室效应，使紫外线辐射增强，影响多种生物的生存，国际上已经制定了一系列停止使用氟利昂的规定。我国在2010年停止了R12的使用常用制冷剂的基本特性参数制冷剂项目R12R22R134aR600aMP39代号CFC-12HCFC-22HFC-134aHC-600aHCFC-22HFC-152a化学分子式及名称CF2Cl2二氟二氯甲烷CHF2Cl二氟一氯甲烷C2H2F4四氟乙烷C4H10异丁烷HCFC-124标准沸点（℃）-29.8-40.8-26.5-11.73-33.1凝固点（℃）-155-160-101-160臭氧消耗潜能ODP1.00.055000.03使用温度范围（℃）10～-4010～-5010～-4010～-4010～-40制冷原理、设备基础①氟利昂R12(CF2Cl2)R12的化学名称为二氟二氯甲烷，是一种应用广泛的制冷剂。在我国，过去用F-12表示，目前国内外均用R12表示。R12是氟利昂类制冷剂中应用最多的一种，R12属中压中温制冷剂，在一个大气压下（标准蒸发温度）沸点为-29．8℃，凝固点为-155℃，使用范围是+10～-40℃。制冷原理、设备基础R12无色、无臭、无味，是各类制冷剂中对人体毒性最小的制冷剂，当它在空气中含量达20%时人才会感觉到，容积浓度超过80%时才能使人窒息。R12中不含氢原子，所以不燃烧、无爆炸性。只有在温度达到400℃以上并与明火接触时，才分解出有毒的光气（COCl2）以及氟化氢、氯化氢。因此，在焊接制冷系统管道时，必须待管道中的制冷剂排除干净再进行，并且要开窗通风。制冷原理、设备基础R12在水中的溶解度很小，且随着温度的降低而减小。溶解于水，容易使系统中残存的水分在低温下结冰，堵塞毛细管或膨胀阀(俗称冰堵)；当R12含有水分时，水分会与制冷剂发生化学反应，产生酸性物质(主要是盐酸和氟化氢)，对金属有很大的腐蚀性。因此制冷剂R12中水的含量不得超过0．0025％。制冷原理、设备基础在常温下，R12能够与润滑油相互溶解。所以R12制冷系统中多采用蛇管式蒸发器，从上部供液，下部回气，最终使R12蒸气与润滑油一同返回压缩机。压缩机启动后，内压降至蒸发压力，油中的R12大量蒸发，从而使曲轴箱内油位下降并产生大量汽泡，影响油泵工作。因此，在压缩机排气管道设立了油分离器，以使进入制冷系统中的润滑油尽量少。制冷原理、设备基础R12对天然橡胶、塑料等有机物质有溶涨作用，易使由这些材料制成的密封件出现泄漏。因此，制冷系统中多采用耐腐蚀的丁腈橡胶或氯醇橡胶作密封材料。全封闭压缩机的绕阻导线也要用耐氟绝缘漆。R12渗透能力很强，很容易通过铸件的疏松沙孔、结合面的缝隙、螺纹连接处而泄漏，并且很难查找。因此，对系统的密封性要求很高。制冷原理、设备基础R12的单位容积产冷量小，使得R12压缩机的尺寸比相同产冷量的氨压缩机大。R12密度大，在制冷系统中的流动阻力和对阀片的冲击也比氨大。R12对大气臭氧（O3）层有破坏作用；有使全球变暖的温室效应，因此它是蒙特利尔议定书中的第一批禁用工质，发达国家已从1996年1月1日起停止使用，发展中国家将于2010年完全禁止使用。制冷原理、设备基础②氟利昂R22(CHClF2)R22的化学名称为二氟一氯甲烷，也是一种应用较为广泛的制冷剂。R22的标准（一个大气压下）蒸发（沸点）温度为-40．8℃，凝固温度为-160．0℃，使用范围是+10～-50℃，属中压中温制冷剂，它的单位容积制冷量比R12约高60％。目前，R22比较多地应用在家用空调器、商业性制冷系统等制冷设备中。制冷原理、设备基础R22无色无味，不燃烧不爆炸。仍属于安全的制冷剂。水在R22液体中的溶解度比R12大，含水时也会出现“冰堵”现象。对R22，系统中的含水量仍然限制在0．0025％以内，同样要求在系统内加装干燥装置，并在充注R22以前须经严格的干燥处理。制冷原理、设备基础R22的传热性能与R12接近，流动性比R12好。但化学稳定性不如R12，对橡胶等有机物的溶涨作用更强。密封材料可采用氯乙醇橡胶，电机线圈应采用E级或F级绝缘漆包线密封。制冷原理、设备基础R22能够部分地溶解润滑油，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变。在冷凝器中，R22与润滑油的混合溶液处于临界温度以下时会形成分层现象，压缩机再次启动时也会出现泡沫现象，引起压缩机及其机械系统润滑缺油。冷冻润滑油的选择、油分离器的设置、蒸发器形式的选择仍与R12相同。制冷原理、设备基础R22对金属的作用、泄漏特性也与R12相同。R22对大气臭氧层的破坏作用比R12弱一些，属于蒙特利尔议定书中规定的第二批禁用工质，发达国家到2030年完全禁止使用。制冷原理、设备基础⑵氨(NH3)氨是氮和氢的化合物，在一个大气压下，沸点为-33．4℃，凝固点为-77．7℃。在正常工作条件下，蒸发器内的蒸发压力高于大气压，冷凝压力一般不超过1．5MPa(abs)，通常为0．8～1．3MPa，故属中压制冷剂。氨的蒸发潜热大，单位容积制冷量较大，因而可缩小压缩机的尺寸。制冷原理、设备基础氨在常态下是一种无色气体，有强烈的刺激性臭味，刺激人的眼睛和呼吸器官。当氨蒸气在空气中的容积浓度为1％以上时，就会使人窒息中毒。检漏方法是使用酚酞试纸，先将试纸浸水泡湿后将其放置在检漏部位，在与氨接触时，试纸会变成玫瑰红色，漏量越多颜色越深。制冷原理、设备基础氨可以燃烧和爆炸。当空气中含氨量达到11％～14％(按容积计算)时即可点燃，达到16％～25％时可引起爆炸。氨的吸水性很强，即极易溶于水，因而它在制冷系统中可以避免冰堵现象。但是用氨作制冷剂，其水分含量不得超过0．2％。氨几乎不溶于油。制冷原理、设备基础纯氨对一般金属(铁、铜)没有腐蚀作用，但若氨中含有水分，则对铜和铜合金有强烈的腐蚀作用，但磷青铜例外。氨的价格低廉，单位容积制冷量大，导热系数大，所以应用比较广泛。它主要用于家用吸收一扩散式冰箱及大、中型制冷设备中。制冷原理、设备基础⑶四氟乙烷（R134a）R134a是一种新型无公害的制冷剂，是无氟替代的首选替代物，目前主要是R12的替代品。当所有的氯原子被氢原子取代后，它们就被叫做氢氟碳（HFC）。它与R12相比具有