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制冷機(jī)的制冷劑與載冷劑區(qū)分與種類(lèi)
2013-12-03 16:04:18 來(lái)源:眾高冷源首先介紹下制冷劑與載冷劑的定義與區(qū)分:其一、壓縮機(jī)常用的冷媒(R22、R413)就是我們工業(yè)制冷機(jī)中稱(chēng)為的制冷劑;其二、如果需要制冷的是冷凍液體(水、乙二醇、防凍液),那么以上液體就是載冷劑。其三、如果用壓縮機(jī)的冷媒直接冷卻(冷庫(kù)常用),那么冷媒同時(shí)可以稱(chēng)為制冷機(jī)和載冷劑。
常用的制冷劑有:
一、無(wú)機(jī)化合物:如①氨(R717):氨有良好的熱力性能,其標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度—33.3℃氨具有強(qiáng)烈刺激作用,并且具有比較大的毒性,對(duì)人體有一定的危害,氨可以燃燒和爆炸,但是氨的單位容積制冷量較大,蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中,氨還對(duì)鋼鐵不腐蝕,但含水時(shí)會(huì)對(duì)銅及銅合金(磷青銅除外)有腐蝕作用,因此,一般使用中含水量<0.2%,采用無(wú)逢鋼管,氨還價(jià)廉易得;②水(R718):水作為制冷劑*大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒、無(wú)臭、不燃不爆、汽化潛熱大而且極易獲得,但水的蒸汽比容很大,因此它的單位容積制冷量很小,水作為制冷劑只能制取0℃以上的冷凍水;
二、甲烷和乙烷的鹵素衍生物,這些物質(zhì)無(wú)毒、難燃,絕熱系數(shù)小,故排氣溫度低,分子量大,但其價(jià)格昂貴,泄漏不易被發(fā)現(xiàn),比重大,工質(zhì)循環(huán)量大,故流動(dòng)阻力損失大,耗功增加,對(duì)天然橡膠有腐蝕作用。氟里昂遇到明火或高溫會(huì)分解出有毒有害氣體,因此在氟里昂車(chē)間禁止明火和高溫。如①氟里昂12(R12):R12是早期中小型空調(diào)和冰箱中使用較普遍的制冷劑,R12在大氣壓下的沸點(diǎn)為—29.8℃,凝固點(diǎn)為—158℃。R12易溶于潤(rùn)滑油,為確保壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油應(yīng)使用粘度較高的冷凍機(jī)油。R12中水的溶解度很小,且無(wú)色、無(wú)臭、對(duì)人體危害極小,其分子中不含氫原子,因而也不燃不爆,但其在大氣中的壽命長(zhǎng),對(duì)臭氧層有破壞作用。屬于中溫制冷劑。②氟里昂22(R22):R22的熱力學(xué)性能與氨很相近,其沸點(diǎn)是—40.8℃,凝固點(diǎn)是—160℃,但是R22不燃不爆,在大氣中的壽命約20年。R22對(duì)絕緣材料的腐蝕性較R12為大,毒性也比R12稍大。R22的化學(xué)性能不如R12穩(wěn)定,分子極性也比R12大,故對(duì)有機(jī)物的膨潤(rùn)作用強(qiáng)。③氟里昂11(R11) R11在大氣壓力下蒸發(fā)溫度為23.7℃,凝固點(diǎn)—111℃。由于分子量大,冷凝壓力很低,所以主要用于空調(diào)用離心式制冷壓縮機(jī)中。因?yàn)樗腥齻(gè)氯原子,毒性較R12大。R11的其它理化性質(zhì)與R22相近。R11是全鹵化甲烷衍生物,在大氣中壽命約47~80年。屬于高溫制冷劑。④氟里昂114(R114):R114在大氣壓力下蒸發(fā)溫度為3.55℃。冷凝壓力很低,冷凝溫度達(dá)60℃時(shí)其飽和壓力只有0.596MPa。所以適用于高溫環(huán)境中,如冶金廠的吊車(chē)用空調(diào)機(jī)組。它的毒性及水在其中的溶解度與R12相近,與潤(rùn)滑油的溶解度和R22相似。R114是全鹵化乙烷衍生物,在大氣中的壽命長(zhǎng)達(dá)210~320年。⑥氟里昂134a(R134a) C2H2F4(四氯乙烷):R134a的分子量102.3,在大氣壓力下的沸點(diǎn)是—26.25℃,凝固點(diǎn)—101℃,臨界溫度101.5℃,臨界壓力4.06MPa。R134a的熱力性質(zhì)與R12非常接近,對(duì)絕緣材料的腐蝕程度比R12還穩(wěn)定,毒性級(jí)別與R12相同。但R134a難溶于油,因此采用R134a的制冷系統(tǒng)還需配用新型的潤(rùn)滑油。目前R134a已取代R12作為汽車(chē)空調(diào)中的制冷劑。R134a在大氣中的壽命約8~11年。⑦氟里昂123(R123) CHCl2CF3(三氟二氯乙烷):R123的分子量152.93,大氣下壓力沸點(diǎn)為27.61℃,凝固點(diǎn)—107℃,臨界溫度183.79℃,臨界壓力3.676MPa。R123的熱力性質(zhì)與R11很相似,但對(duì)金屬的腐蝕性比R11大,毒性級(jí)別與尚待確定。R123在大氣中的壽命約1~4年。⑧R13 CF3Cl R14 CF4:著兩種物質(zhì)都屬于低溫制冷劑,它們的沸點(diǎn)分別是—81.5℃和—128℃,性能穩(wěn)定,微溶于水,不溶于油。
三、混合制冷劑:如①氟里昂502(R502):R502是由質(zhì)量百分比為48.8%的R22和51.2%的R115組成,屬共沸制冷劑。與R22相比,壓力稍高,在較低溫度下制冷能力約大13%。在相同的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度條件下壓縮比較小,壓縮后的排氣溫度較低。采用單級(jí)蒸汽壓縮式制冷時(shí),蒸發(fā)溫度可低達(dá)—55℃。
常用的載冷劑:
1.水:水可用作工作溫度高于0℃的載冷劑。水的比熱大,對(duì)流傳熱性能好,價(jià)格低廉。
2.鹽水,一般由氯化鈣(CaCl2)或氯化鈉(NaCl)配制而成的水溶液:其可用于工作溫度低于0℃的載冷劑,鹽水濃度越大,其密度也越大,流動(dòng)阻力也增大;同時(shí),濃度增大,其比熱減小,輸送一定冷量所需鹽水溶液的流量將增加,造成泵消耗的功率增大。因此,配制鹽水溶液時(shí),只要使其濃度所對(duì)應(yīng)的凝固溫度不低于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的*低溫度即可,一般使凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低5~8℃。鹽水溶液對(duì)金屬還具有腐蝕性,尤其是略帶酸性并與空氣相接觸的鹽水溶液,其腐蝕性更強(qiáng)。為了降低鹽水對(duì)金屬的腐蝕作用,可在鹽水溶液中加入一定量的防腐劑;
3.有機(jī)載冷劑,主要有乙二醇、丙二醇的水溶液。它們都是無(wú)色、無(wú)味、非電解性溶液。冰點(diǎn)都在0℃以下,對(duì)金屬管道、容器無(wú)腐蝕作用。丙二醇是無(wú)毒的,可以與食品直接接觸而不致污染。乙二醇略帶毒性,但無(wú)危害,價(jià)格和粘度較丙二醇低。
防凍液母液調(diào)制濃度和冰點(diǎn)冰點(diǎn)℃
乙二醇濃度%
密度(20℃),mg/立方厘米
冰點(diǎn)℃
乙二醇濃度%
密度(20℃),mg/立方厘米
-10
28.4
1.0340
-40
54
1.0713
-15
32.8
1.0426
-45
57
1.0746
-20
38.5
1.0506
-50
59
1.0786
-25
45.3
1.0586
-55
80
1.0958
-30
47.8
1.0627
-60
85
1.1001
-35
50
1.0671
-65
100
1.1130
雖然,可用作載冷劑的物質(zhì)很多,但是在某一溫度范圍內(nèi),適用的載冷劑種類(lèi)并不多。所以,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)載冷劑系統(tǒng)的工作溫度和使用目的確定之后,只需在幾種載冷劑中進(jìn)行比較選擇。適合于某一溫度范圍內(nèi) 工作和使用目的,是選擇載冷劑的二個(gè)主要方面。具體選擇辦法是: 1)蒸發(fā)溫度在5℃以上的載冷劑系統(tǒng),一般都采用水作載冷劑,水具有許多優(yōu)良特點(diǎn),但是水的凝固點(diǎn)高,這就大大限制了水在制冷工程中作為載冷劑的使用范圍。在空調(diào)系統(tǒng)中用水作載冷劑是理想的。 2)蒸發(fā)溫度在5~-50℃的范圍內(nèi),一般可采用氯化鈉鹽水溶液或氯化鈣鹽水溶液作載冷劑。由于共晶點(diǎn)的限制,氯化鈉鹽水溶液用于5~-16℃的場(chǎng)合;而氯化鈣鹽水溶液可用于5~-50℃的系統(tǒng)中。 用鹽水溶液作載冷劑,在制冷工程中是相當(dāng)普遍的,像制冰、制冷飲制品、酒類(lèi)生產(chǎn)及工業(yè)生產(chǎn)中等。鹽水溶液的*大缺點(diǎn)是對(duì)金屬有腐蝕作用,當(dāng)泄漏時(shí)會(huì)對(duì)食品有一定的影響,所以在不便維修或不便更換設(shè)備及管道的場(chǎng)合、某些特定食品的加工工藝中,可采用乙二醇水溶液、丙三醇水溶液、酒精水溶液等作為載冷劑。另外也可用三氯乙烯、二氯甲烷等物質(zhì)來(lái)代替氯化鈣鹽水溶液。 3)當(dāng)載冷劑系統(tǒng)的工作溫度范圍較廣,既需要在低溫下工作,又需要在高溫下工作時(shí),應(yīng)選擇能同時(shí)滿(mǎn)足高、低溫要求的物質(zhì)作載冷劑。這時(shí)載冷劑應(yīng)具備凝固點(diǎn)低,標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的特性。例如在具有50℃溫度要求的環(huán)境試驗(yàn)室和需冷卻到-50℃也需加熱到60~70℃的生物藥品、疫苗等生產(chǎn)中的冷凍干燥裝置中,應(yīng)選用三氯乙烯(標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度87.2℃),不能采用二氯甲烷 (標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度40.2℃)。 4)當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-50℃時(shí),可采用凝固點(diǎn)更低的有機(jī)化合物作載冷劑。例:三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等。這些物質(zhì)的沸點(diǎn)也較低,一般需采用封閉式系統(tǒng),以防溶液泵氣蝕、載冷劑汽化以及減少冷量損失
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