制冷剂的发展史及种类介绍

制冷剂的基本知识

一、制冷剂介绍

（一）制冷剂的概述

制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。由于制冷剂的沸点一般比较低，在-20～-50摄氏度之间，所以由压缩机将它压缩成为高温高压的液体，经冷凝器后将它冷凝成为常温高压的液体，然后在蒸发器内与外界常温气体产生热交换，制冷剂会吸收外界气体的热量而汽化，从而达到制冷的目的。

（二）制冷剂的发展史

19世纪中期出现了机械制冷。雅各布.帕金斯（Jacob Perkins）在1834年建造了首台实用机器。它用乙醚作制冷剂，是一种蒸气压缩系统。二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。其他化学制品包括化学氰（石油醚和石脑油）、二氧化硫(R-764)和甲醚，曾被作为蒸气压缩用制冷剂。其应用限于工业过程。多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存。

20世纪初，制冷系统开始作为大型建筑的空气调节手

段。位于德克萨斯圣安东尼奥的梅兰大厦是第一个全空调高层办公楼.

1926年, 托马斯.米奇尼（Thomas Midgely）开发了首台CFC（氯氟碳）机器，使用R-12. CFC族（氯氟碳）不可燃、无毒（和二氧化硫相比时）并且能效高。该机器于1931年开始商业生产并很快进入家用。威利斯.开利（Willis Carrier）开发了第一台商用离心式制冷机，开创了制冷和空调的纪元。

20世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为氟利昂（Freon）。这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度区域，显著地改善了制冷机的性能。几种制冷剂在空调中变得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、 CFC-113、CFC-114和HCFC-22.

20世纪50年代，开始使用共沸制冷剂。

60年代开始使用非共沸制冷剂。

空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业，使用的都是以上几种制冷剂。到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98%。

到1970年代中期, 对臭氧层变薄的关注浮出水面，CFC族物质可能要承担部分责任。这导致了1987年蒙特利

尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。新的解决方案是开发HFC族，来担当制冷剂的主要角色。HCFC族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。

在19世纪90年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。虽然全球变暖的因素很多，但因为空调冷柜制冷耗能巨大（美国建筑物耗能约占总能耗的1/3），且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。虽然ASHRAE标准34把许多物质分类为制冷剂，但只有少部分用于商业空调。

（三）制冷剂的性质要求

1、热力学的要求

（1）在大气压力下，制冷剂的蒸发温度(沸点)Ts 要低。这是一个很重要的性能指标。Ts愈低，则不仅可以制取较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度To下，使其蒸发压力Po高于大气压力。以避免空气进入制冷系统，发生泄漏时较容易发现。

（2）要求制冷剂在常温下的冷凝压力Pc应尽量低些，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。并且，冷凝压力过高也有导致制冷剂向外渗漏的可能和引起消耗功的增大。

（3）对于大型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，单位容积制冷量可小一些；对于小型离心式压缩机亦要求制冷剂qv要小，以扩大离心式压缩机的使用范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难。

（4）制冷剂的临界温度要高些、冷凝温度要低些。临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化。

（5）凝固温度是制冷剂使用范围的下限，凝固温度越低制冷剂的适用范围愈大。

2、物理化学的要求

（1）制冷剂的粘度应尽可能小，以减少管道流动阻力、热交换设备的传热强度。

（2）制冷剂的导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积。

（3）制冷剂与油的互溶性质：制冷剂溶解于润滑油的性质应从两个方面来分析。如果制冷剂与润滑油能任意互溶，其优点是润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件，为机体润滑创造良好条件；且在蒸发器和冷凝器的热换热面上不易形成油膜阻碍传热。其缺点是从压缩机带出的油量过多，并且能使蒸发器中的蒸发温度升高。部分

或微溶于油的制冷剂，其优点是从压缩机带出的油量少，故蒸发器中蒸发温度较稳定。其缺点是在蒸发器和冷凝器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。

（4）应具有一定的吸水性，这样就不致在制冷系统中形成“冰堵”，影响正常运行。

（5）应具有化学稳定性：不燃烧、不爆炸，使用中不分解，不变质。同时制冷剂本身或与油、水等相混时，对金属不应有显著的腐蚀作用，对密封材料的溶胀作用应小。

3、安全性的要求

由于制冷剂在运行中可能泄漏，故要求工质对人身健康无损害、无毒性、无刺激作用。

（四）制冷剂的命名

目前世界上通用的是美国供暖制冷工程协会于1967年制定的标准(ashrae standard 34-67)中的规定。这一标准的

编号方法是将制冷剂的英文单词“refrigerant”的第一个字母“R”和化学分子式的结构联系起来，只要知道它的化学分子式，就可以写出它的代号。代号是由“R”和其后边的数字组成的。以前用“F”代表氟里昂“Freon”，目前都用国际公认的R命名丁烷气成分。

1、无机化合物类制冷剂

如氨命名为：r717（分子式NH3）。“7”代表无机化

合物类，17为其丁烷气成分量的整数部分。

2、卤代烃和烷烃类

烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2；卤代烃的分子通式为CmHnFxClyBrz(2m+2 = n+x+y+z)，它们的简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)。

例如：

二氟一氯甲烷，分子式为 CHF2Cl ，m-1=0， n+1=2， x=2，z=0 ，因而代号为 R22。

二氟二氯甲烷，分子式为 CF2Cl2 ，m-1=0， n+1=1， x=2，z=0 ，因而代号为 R12。

3、非共沸混合制冷剂

由两种或两种以上相互不溶的单一制冷剂混合而成的溶液。