制冷原理与制冷剂

2015年10月9日08:00:00 评论 19,877 3055字阅读10分11秒


制冷原理与制冷剂


一、制冷原理


压缩机运转,把电能转换为机械能,促使制冷剂在制冷系统内循环流动,反复工作于气态、液态。在这个相互转换过程中,制冷剂不断地吸收电冰箱内部的热量,并将热量转移到箱外,降低了电冰箱内存放物品的温度,实现了物品的保鲜和冷冻。

二、对制冷剂的性能要求


制冷剂就是电冰箱的血液。它是一种化学物质,在制冷系统中的变化是物理变化,只起吸热和排热的作用,本身性质并不改变。如果制冷系统没有泄漏,制冷剂可长期循环使用,如无损耗,不需补给。对制冷剂的性能要求:一是制冷剂的正常汽化温度(沸点)要足够低,以满足冷却量的要求;二是要求制冷剂在蒸发器中的压力高于大气压,在冷凝器中的压力低于1.5MPa;三是制冷剂单位容积的产冷量尽可能大,导热效率要高;四是制冷剂应较易溶于压缩机用冷冻油中;五是制冷剂的相对密度和黏度应尽可能小,以保证制冷剂循环流动时流畅;六是它的渗透能力必须极低,一旦发生渗漏,应易于查出;七是制冷剂的化学性质应保持稳定,并且在高温下应不易分解;八是应无毒,无异味。

三、制冷剂的种类


制冷剂的种类虽然众多,但我国采用的主要是有氟与无氟两类。目前,我国生产的有氟电冰箱使用的制冷剂是氟利昂(Freon);无氟电冰箱使用的制冷剂早期是混合工质,后期多使用R134a、R600a(异丁烷)。

(1)氟利昂

电冰箱中采用的氟利昂主要是CFC12,俗称F12或R12,多用于20世纪80~90年代生产的早期产品,因它对大气臭气层有破坏作用,所以已被淘汰。

(2)混合工质

由于纯工质的制冷剂种类较少,所以通过将2种或多种纯工质按不同比例配合,就可获得多种热性能较高的混合工质,如图1所示。混合工质规定在R后面从500开始顺序编排,如R500、R501、R502等。

 

图1常用混合工质成分及比例

图1常用混合工质成分及比例

 

提示 混合工质一般比构成它的纯工质能耗小,制冷量大,排温低,腐蚀性小,并能适应不同制冷装置的要求。混合工质有共氟混合工质和非共氟混合工质之分。

(3)HFC-134a

HFC-134a俗称R134a。它虽然属于无氟制冷剂,但它的温室效应系数(GWP)为0.26。由于产生温室效应的气体受国际限制,所以R134a只是电冰箱从有氟到无氟的过渡产品。

(4)HC-600a

HC-600a俗称R600a。它属于无氟制冷剂,因它的臭氧层破坏系数(ODP)为零,温室效应系数(GWP)也为零,所以是比较理想的制冷剂,现在生产的电冰箱采用的制冷剂基本上都是R600a。

四、制冷剂的特性

电冰箱常用制冷剂的热学特性如图4所示,主要特性如图5所示。

 

图4 常见制冷剂热学特性

图4 常见制冷剂热学特性

 

图5 电冰箱用制冷剂特性

图5 电冰箱用制冷剂特性

 

(1)R12的特性

制冷剂R12是甲烷的衍生物,无色,无味,无毒,不燃烧,不爆炸,无论在什么浓度下对人的眼睛和呼吸器官都不会有刺激作用。R12属于中压制冷剂,在一个标准大气压下沸点为−29.8℃,凝固点为−155℃,制冷性能能好。

提示 若R12在空气中的浓度超过20%,人会感觉到异味;若浓度超过80%,会引起窒息,并且在温度超过400℃后,若与明火接触会产生有毒的光气。

R12的分子直径是4.4nm,所以不易溶于水。在温度为25℃时溶解度为0.015,在温度为−5℃时溶解度为 0.0018。因此,规定 R12 的含水量应低于 0.0025%(重量计),不挥发性残渣应低于1%,并且不能含有酸性物质。

注意 电冰箱出现冰堵现象,多因维修制冷系统时导致制冷系统进入了少量水所致。冰堵现象一般发生在毛细管中,当制冷剂经毛细管节流时,温度下降,水在其中的溶解度减小,部分水就会结成冰块堵塞毛细管的管道。

虽然R12不易溶于水,却极易溶于油,并且渗透力强。因此,采用R12的压缩机可选用13号或18号矿物质油作冷冻润滑油。虽然不同牌号的润滑油不能混用,但可以用高牌号的冷冻润滑油代替低牌号的冷冻润滑油。

注意 因R12极易溶解多种有机物质,所以不能使用一般的橡胶密封垫,以免被腐蚀。

(2)混合工质制冷剂特性

混合工质属于有氟制冷剂,分为共氟和非共氟两种。电冰箱采用的混合工质制冷剂均为共氟。共氟混合工质几乎具有组成它的纯工质所有特性,所以可以像纯工质一样使用。但共氟混合工质的热力性质与组成的原制冷剂工质却不相同,因此可用组成共氟混合工质的办法改进制冷剂特性。

(3)制冷剂R134a特性

R134a是无毒、无味、不可燃,但化学腐蚀性和溶水性强的制冷剂,比R12的制冷效率约低10%。日常环境下它的沸点是−26.5℃。

由于R134a具有较强的腐蚀性,使压缩机零部件润滑性变差,所以必须采用专用的压缩机,并且也要采用RL329等专用压缩机冷冻油;因R134a的分子直径为4.2nm,水分子直径是4nm,所以必须采用XH-7、XH-9等专用的干燥过滤器。另外,R134a对制冷系统、管路的要求不仅有较高的真空度,而且还要有较高的清洁度。

(4)制冷剂HC-600a特性

制冷剂HC-600a又称R600a或异丁烷,属于碳氢化合物,它无色,微溶于水,易燃易爆,是打火机气的主要成分。R600a在日常环境下的沸点是−11.73℃。

由于R600a的蒸发压力较低、材料兼容性好,并且吸水性差,具有节能降噪且故障率低等优点,是最环保的无氟替代产品,并且电冰箱加注制冷剂额定量相对较少,如容声BCD-276A4K型电冰箱的R600a额定加注量仅为60g。

R600a必须采用专用的压缩机,它的铭牌上标有R600a字符或易燃易爆的黄色火苗标志,如图1-6所示。另外,干燥过滤器需采用XH-9,毛细管较采用R12的电冰箱的毛细管略短,同时电气器件必须采用防爆型。如R600a系统过载保护器必须是内藏式的,启动器采用PTC式且铭牌上应标有黄色火苗警告标志。

由于R600a易燃易爆且比空气重,所以维修场地应平整,以防止其积聚,并且应通风良好,避免制冷系统漏气,使周围空气中混有的R600a的浓度较高,在遇到火花等明火后会发生爆炸、火灾。因此,要求维修现场10m范围内应没有易燃物,并应备有灭火器。

 

图6 制冷剂R600a的标志

图6 制冷剂R600a的标志

 

【方法与技巧】

采用制冷剂R600a的电冰箱需要补充制冷剂时,若手头无R600a,可以采用石油液化气代替进行应急修理。另外,维修R600a的电冰箱时,若手头没有XH-9型干燥过滤器,也可以采用普通的干燥过滤器进行代换。

五、制冷剂使用及注意事项

① 维修场地要地面平坦、宽敞,并且通风良好,排放、加注制冷剂时不应有明火。因空气中制冷剂 R12 的浓度过大时,容易引起人窒息,并且遇有明火时容易发生火灾;空气中R134a的浓度达到一定值时会刺激人的皮肤和眼睛;空气中R600a的浓度达到一定值后,遇明火时容易发生爆炸或燃烧。

② 制冷剂要存放在专用的钢瓶内。钢瓶质量要可靠,以保证能承受规定的压力。存有制冷剂的钢瓶平时要正置放置。一般维修部选用中小型制冷剂瓶,大型维修部门可采用大存储瓶。

③ 装有制冷剂的钢瓶应放置阴凉处,远离火源且不能撞击。大钢瓶上的控制阀门常用帽盖或铁罩加以保护,使用后须注意把卸下的帽盖找铁罩重新装上,以防搬运中受到碰击而损坏。

④ 应避免皮肤接触制冷剂,更换不能进入眼睛内。

⑤ 钢瓶内中制冷剂用完时,应随手关闭阀门。

⑥ 制冷剂由大钢瓶倒入小钢瓶时,只能用加液管连接两瓶口,大瓶放倒,后部适当加高,快速加注时可用温水或毛巾热敷大钢瓶,严禁用火烤,否则可能会导致制冷剂钢瓶爆炸。

提示 由于制冷剂在常温下为气态。因此,维修人员习惯将电冰箱维修中制冷剂排放俗称为“放气”,而且将加注制冷剂称为“加气”。


管理员
  • 本文由 发表于 2015年10月9日08:00:00
  • 除非特殊声明,本站文章均为原创,转载请务必保留本文链接