《制冷设备专业资料》1.2 制冷剂、载冷剂和冷冻机油

2017年4月3日18:01:14 评论 22,331 3951字阅读13分10秒


1.2 制冷剂载冷剂冷冻机油

1.2.1 制冷剂

1.2.1.1 常用制冷剂的氨全性和对环境的友好性

常用制冷剂对人类的危害大致分为以下两个方面:首先是对人体和设备的直接危害,其次是对环境的破坏和污染间接地危害人类。直接危害表现在制冷剂的毒性、可燃烧和可爆炸性。对环境的污染表现在对材料的腐蚀性和对大气层的破坏作用。

我国国家标准GB/T 7778-2008《制冷剂编号方法和氨全性分类》中把制冷剂分为9种氨全分组类型,如图1-1所示.

制冷剂对环境的友好性是指综合考虑制冷剂的ODP、GWP、大气寿命,评估其排放到大气层后对环境的影响符合国际认可的条件。其中,ODP为消耗臭氧层潜值,指排放的气体相对于CFC-11(R11)排放所产生的臭氧层消耗的比较指标;以GWP为全球变暖潜值,指排放的气体相对于等量二氧化碳排放所产生的气候影响的比较指标;大气寿命是指任何物质排放到大气层被分解一半(数量)时所需要的时间(年)。

常用制冷剂的氨全性及环境友好性评估见表1-5。

 

1.2.1.2 常用制冷剂的特性

(1) R717(氨)

氨是使用历史最长的制冷剂。它具有良好的热力性能,循环过程中高、低压力适中,且具有极大的单位容积制冷量和较高的制冷系数,流动阻力小,热导率大,价格低廉,对大气臭氧层无破坏作用,故目前仍被广泛采用。氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味、等熵指数较大,若系统中含有较多的空气时,遇火会引起爆炸,因此氨制冷系统中应设有空气分离器,及时排除系统内的空气及其它不凝性气体。

氨在润滑油中,的溶解度很小,由进入系统后,会在换热器的传热表面上形成油膜,影响传热效果,因此,在,氨制冷系统中,往往设有油分离器,笔韵华有小,油会逐渐积存在储液器,蒸发器,等,容器的底部,可以较方便的从容器底部定期放出,

氨对钢铁不起腐蚀作用,单对心,同,及铜合金,(磷青铜除外,)有腐蚀作用,因此在氨制冷系统中,不允许使用铜及铜合金材料,只有连该衬套,密封环等零件允许使用,高锡磷青铜,目前,氨用于蒸发温度在,负,65℃以上的大,中型单双级制冷机中,

(2) R22

R22对大气臭氧层有轻微破坏作用,并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国最迟将在2030年禁止生产和使用。R22无色、气味很弱、不燃烧、不爆炸,属于安全性制冷剂。

当用水做冷却介质时,其冷凝压力一般不超过1.53MPa;当用空气做冷却介质时,其冷凝压力一般应不超过2.16MPa。R22能部分地与矿物性润滑油互溶,在压缩机壳体内和冷凝器内相互溶解,而在蒸发器内分离,其溶解度随着温度的变化而变化。温度下降时,其溶解度减小;温度较高时,油在R22液体中的溶解度较大,两者互相溶解,组成均匀的溶液。由于R22不同程度的溶油,为了顺利回油,系统应装油分离器。R22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。

(3) R134a

R134a对大气臭氧层无破坏作用,但仍有一定的温室效应。R134a无色、无味、无毒、不燃烧、不爆炸。在温度较高时,能完全溶解于多元烷基醇类和多元醇酯类合成润滑油;在温度较低时,只能溶解于多元醇酯类合成润滑油。R134a的渗透性强,容易泄露。R134a制造原料贵、工艺复杂,还要消耗大量的催化剂,价格高。R134a广泛的运用于电冰箱、汽车空调、螺杆式和离心式制冷机中。

(4)  R123

R123是一种高温制冷剂,适用于离心式制冷压缩机,R123在常温常压下是一种无色无味的气体,在水中的溶解度很小,而且温度越低,溶解度越小。R123对天然橡胶、塑料有一定侵蚀作用,与矿物性润滑油能互溶。

(5) R600a

R600a对大气臭氧层无破坏作用,无温室效应。无毒,但可燃、可爆,在空气中爆炸的体积分数为1.8%~8.4%,故在有R600a存在的制冷管路,不允许采用气焊或电焊。它能与矿物油互溶。汽化潜热大,故系统充注量少。热导率高,压缩比小,对提高压缩机的容积效率及压缩机效率有重要作用。等熵指数小,排气温度低。工作压力低,低温下蒸发压力低于大气压力,因而增加了吸入空气的可能性。价格便宜。

(6) R290

R290与目前广泛使用的矿物油、金属材料相溶。对干燥剂、密封材料无特殊要求。汽化潜热大,热导率高,故可减少系统充灌量。流动阻力小,压缩机排气温度低。但它易燃易爆,空气中可燃极限为2%~10%(体积分数),故对电子元件和电气部件均应采用防爆措施。如果在R290中混入少量阻燃剂(例如R22),则可有效的提高空气中的可燃极限。R290化学性质很不活泼,难溶于水。

(7) R407C

R407C对大气臭氧层无破坏作用,但会产生温室效应。为R22的替代物。在空调工况下,其单位体积制冷量和制冷系数均比R22低5%。R407C的传热性能较差,为达到与R22同样的制冷量,冷凝器和蒸发器的面积需有较大的增加。R407C不能与矿物性润滑油互溶,但能溶于聚酯类合成润滑油。对干燥有较高要求。

(8) R410A

R410A对大气臭氧层无破坏作用,但会产生温室效应。虽然其工作压力比R22要高些,但其它性能比R407C要优越,能效比也较高。尤其是在低温工况下,其单位体积制冷量和比R22提高约60%,制冷系数也比其它大5%左右。R410A有良好的传热和流动特性,传热性优与R407C。R410A不能与矿物性润滑油互溶,但能溶解于聚酯类合成润滑油。其价格及配套的润滑油比较昂贵,还要用专门的制冷压缩机,所以目前的使用成本偏高。

1.2.2 载冷剂

载冷剂(也称为冷媒)是在间接制冷系统中,用来传递冷量的中间介质。制冷装置的制冷量通过载冷剂的循环流动传递给被冷却的对象。

(1) 水

当工作温度在0℃以上时,可用水当做载冷剂。水的比热容大、密度小、化学性能稳定,且价格极低。在一般空调制冷系统中,水是一种理想的载冷剂。目前中央空调大量使用冷水机组,就是用水作为载冷剂,在制冷剂和空气之间传递冷量。

(2) 盐水

当工作温度在0℃以下时,可用盐水作为载冷剂。常用的盐水是由氯化钙(CaCl2)、氯化钠(NaCl),和氯化镁(MaCl2)配制成的盐水溶液。

盐水的性质取决于溶液中盐的浓度,如图1-2所示。

常用的三种盐水的冰盐共晶点温度和浓度见表1-6。

 

(3) 乙二醇水溶液

近几年,在冰蓄冷水空调系统中,常以乙二醇作为载冷剂使用。乙二醇有乙烯乙二醇和丙烯乙二醇两种。这两种载冷剂均为无色无味的有机化合物。在低温时乙烯乙二醇比丙烯乙二醇具有更良好的性能,但在与人接触或对毒性要求严格的场合,使用丙烯乙二醇则更安全。

值得注意的是,当乙烯乙二醇水溶液的质量分数增至75%时,其起始凝固温度将升高;丙烯乙二醇水溶液的质量分数增加至60%,无凝固点,水溶液呈玻璃状。

1.2.3 冷冻机油

(1) 冷冻机油的性能要求

冷冻机油用于润滑制冷压缩机的各摩擦部位,它是压缩机能够长期、高速、有效运行的关键。在工作时,有一部分冷冻机油通过制冷压缩机的气缸随着载冷剂一道进入冷凝器、膨胀阀和蒸发器,这就要求冷冻机油不仅具有一般润滑剂的特性,而且还应适应制冷系统的特殊要求,对制冷系统不应当产生不良影响。表1-7为制冷系统各部位对冷冻机油的性能要求。

 

(2) 冷冻机油的品种与规格

目前制冷压缩机中所使用的冷冻机油主要包括矿物油、合成烃油、酯类油和聚醚油。

① 矿物油或合成烃型冷冻机油

我国国家标准GB/T 16630-1996《冷冻机油》规定的冷冻机油均为矿物油或合成烃油,主要使用氨、CFC和HCFC为制冷剂的压缩机。按GB/T 16630-1996的规定,这类冷冻机油产品的每个品种按质量确定等级。L-DRA/A和L-DRA/B为一等品,L-DRB/A和L-DRB/B为优等品,我国冷冻机油各品种的应用范围见表1-8。

 

② 聚醚油和脂类油

随着新型制冷剂的替代和发展,由于矿物油和无氯卤代烃类制冷剂无法相溶,近来开发出了许多新型合成冷冻机油,其中聚醚油和脂类油已得到较多使用。聚醚油以环氧乙炔-环氧丙烷共聚醚(PAG)的综合性能较合适,不仅适用于R134a系统,也适用于R22系统。它有很好的润滑性,低流动点,良好的低温流动性,以及与多数橡胶有良好的兼容性。缺点是吸水性强,与矿物油不相溶,以及需要添加抗氧化剂来改善其化学和热力稳定性。多元醇酯类油(POE)是继PAG而推出的适用于HFC制冷剂的一种脂类合成油,它与HFC制冷剂能相溶,耐磨性好,吸水性比PAG弱,两相分离温度高。POE油虽有较好的热稳定性,但在热和氧的作用下,氧化变质的温度下降很多,氧化物大部分是小分子的酸性物质。表1-9给出部分酯类合成油的主要性能。

 

(3) 冷冻机油的选择

压缩机的形式、运行条件、压缩的工质对冷冻机油的选用都有影响。开启式制冷压缩机所用润滑油的工作条件较为缓和,加之可以经常换油,所以一般使用质量等级较低的L-DRA/A级冷冻机油;半封闭制冷压缩机一般使用L-DRA/B级冷冻机油;润滑油在全封闭制冷压缩机内工作条件苛刻,一般选用质量等级较高的L-DRB油。

不同的制冷剂对油的作用不同。氨与矿物油的互溶性很差,而大部分卤代烃制冷剂与矿物油互溶性很好,溶油后粘度会下降,所以卤代烃制冷机用油的粘度比氨制冷机用油的粘度高。HFC类制冷剂与矿物油不相溶,与PAG润滑油有限溶解,与POE润滑油完全互溶。CFC、HCFC、HC类制冷剂大多选用矿物油,HFC类制冷剂大多选用合成油,如POE和PAG润滑油。

对于冷冻机油的粘度选择可参考表1-10进行,大、中型的多缸、高速(活塞平均线速度在3m/s以上)、负荷较大的制冷压缩机应选较高粘度油;小型、微型或低速(活塞平均线速度在2m/s以下)的制冷压缩机应选低黏度油。

 

 

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