氟甲烷|氟乙烷|異戊烷|異丁烷制冷劑
制冷劑，又稱冷媒、雪種，氟利昂，是各種熱機(jī)中借以完成能量轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)。這些物質(zhì)通常以可逆的相變（如氣-液相變）來增大功率。如蒸汽引擎中的蒸汽、制冷機(jī)中的雪種等等。一般的蒸汽機(jī)在工作時(shí)，將蒸汽的熱能釋放出來，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以產(chǎn)生原動(dòng)力；而制冷機(jī)的雪種則用來將低溫處的熱量傳動(dòng)到高溫處。傳統(tǒng)工業(yè)及生活中較常見的工作介質(zhì)是部分鹵代烴（尤其是氯氟烴），但由于它們會(huì)造成臭氧層空洞而逐漸被淘汰。其他應(yīng)用較廣的工作介質(zhì)有氨氣、二氧化硫和非鹵代烴（例如甲烷）。
1.按成分有以下幾種。
（1） 無機(jī)化合物。水、氨、二氧化碳等。
（2） 飽和碳?xì)浠衔锏难苌?，俗稱氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。
（3） 飽合碳?xì)浠衔?。如丙烷，異丁烷?/span>
（4） 不飽和碳?xì)浠衔?。如乙烯，丙烯等?/span>
（5） 共沸混合制冷劑。如R502等。
（6） 非共沸混合制冷劑。如R407c，R410等。
通常按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，又分為高、中、低溫三類。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度是指標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的蒸發(fā)溫度，也就是沸點(diǎn)。
（1） 高溫（低壓）：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（tS）>0℃,冷凝壓力(PC)≦0.2～0.3Mpa,常用的R123等。
（2） 中溫（中壓）：0℃> tS>-60℃，0.3Mpa< PC<2.0 Mpa,常用的有氨，R12, R22, R134a,丙烷等。
（3） 低溫（高壓）：tS≦-60℃，常用的有R13，乙烯, R744(CO2)等。
2.編號(hào)，命各標(biāo)示方法;
按照國(guó)際統(tǒng)一規(guī)定用字母“R”代表制冷劑，加上后面的數(shù)字和字母組成在GB7778-1987中做了明確規(guī)定。簡(jiǎn)述如下：
（1） 無機(jī)化合物。
規(guī)定為R700加上無機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量的整數(shù)部分組成
NH3(氨) H2O（水） CO2（二氧化碳）
分子量 17 18 44
編號(hào) R717 R718 R744
(2)氟利昂和烷氫類：
烷氫類化合物的分子通式：CmH2m+2
氟利昂是飽合碳?xì)浠衔?烷族)的鹵族元素衍生物的總稱，分子通式為R（m-1）(n+1)(X),若有Br（溴）原子，再加字母B和原子數(shù)，若（m-1）=0，則“0”略去不寫。
下面列舉幾種編號(hào)
名稱 分子式 m,n,x,z值 編號(hào)
一氯二氟甲烷 CHF2Cl m=1,n=1,x=2,z=0 R22
二氯三氟乙烷 C2HF3 Cl2 m=2,n=1,x=3,z=0 R123
三氟一溴甲烷 CF3Br m=1,n=0,x=3,z=1 R13B1
丙烷 C3H8 m=3,n=8,x=0,z=0 R290
(3)混合制冷劑。
混合制冷劑以獲取命名的順序編號(hào)的
共沸混合制冷劑編號(hào)為R5，從R500開始R501,R502等。
非共沸混合制冷劑編號(hào)為R4，從R401，R404，R410等。
同素異構(gòu)體加注小寫數(shù)字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a
3. 常用制冷劑性質(zhì)
（1） 氨：標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃，壓力適中，單位容積制冷量大，流動(dòng)阻力小，熱導(dǎo)率大。價(jià)格低廉對(duì)大氣臭氧層無破壞作用，故被廣泛應(yīng)用在蒸發(fā)溫度-65℃以上的大中型制冷機(jī)中。
缺點(diǎn)是毒性較大，可燃，可爆，有強(qiáng)烈刺激性臭味，等熵指數(shù)較大，對(duì)鋅銅有腐蝕作用。
（2） 氟利昂：重點(diǎn)分析熱水器發(fā)文時(shí)常用的
1）R22：對(duì)大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)，被列為第二批限用禁用的制冷劑。我國(guó)將在2040年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用。
R22是應(yīng)用最廣泛的中溫制冷劑，沸點(diǎn)-40.8℃，凝固點(diǎn)-160℃，無色，氣味弱，不燃燒，不爆炸，屬安全制冷劑。它與潤(rùn)滑油部分互溶，需采取回油措施。
2）R142b.沸點(diǎn)較高-9.25℃.凝固點(diǎn)-130.8℃最大特點(diǎn)是在很高的冷凝溫度下，冷凝壓力并不高。如80℃時(shí)只有1.35 Mpa，因此它適合在熱泵裝置和高環(huán)境溫度下使用。
對(duì)大氣臭氧層有微弱的破壞作用，也將在2040年禁用。
3）R134a。沸點(diǎn)-26.5℃，凝固點(diǎn)-101℃，無色，無味，不燃，不爆，
但與礦物性潤(rùn)滑油不相溶，必須采用聚脂類合成油（如聚烯烴乙二醇），與丁腈橡膠不相溶，故密封件須改為聚丁腈橡膠，吸水性較強(qiáng)，易與水反映生成酸，腐蝕管絡(luò)及壓縮機(jī)，對(duì)系統(tǒng)干燥度要求更高，系統(tǒng)中的干燥劑要換成XH-7或XH-9分子篩。壓縮機(jī)電機(jī)線圈絕緣材料必須加強(qiáng)絕緣等級(jí)，是一種不太成熟的制冷劑。
4）發(fā)文時(shí)認(rèn)為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。
R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的質(zhì)量百分比組成的三元非共沸制冷劑，蒸發(fā)壓力和制冷壓力與R22非常接近。但在制熱工況下單位容積制冷量和COP都小于R22。在相同設(shè)計(jì)運(yùn)行能力的熱泵熱水系統(tǒng)中，采用R407c熱水加熱系統(tǒng)耗功明顯高于R22系統(tǒng)。使得在高水溫時(shí)COP低于R22系統(tǒng)。
R410A是R32和R125按照50：50的質(zhì)量百分比組成的近共沸混合制冷劑。其溫度滑移不超過0.2℃，這給制冷劑充灌，設(shè)備更換提供了方便。但是R410A制熱工況下的COP 比R22約小9%，其蒸發(fā)壓力，冷凝壓力以及容積制冷量都比R22大的多，同溫度下它的壓力值比R22約高60%，傳熱性能及流動(dòng)性較好。不能直接用于R22系統(tǒng)。必須重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)，換熱器，管路和系統(tǒng)。
5）C02制冷劑
綠色環(huán)保天然工質(zhì)C02以其無毒，對(duì)臭氧層無影響，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)和良好的熱力學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，再度受到人們的重視。此外，C02給臨界環(huán)境系統(tǒng)所具有的較高的排氣溫度和氣體冷卻器較大的溫度滑移。它在熱泵熱水器領(lǐng)域具有其他工質(zhì)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
主要優(yōu)勢(shì)：
① 無毒，不可燃。具有很好的安全性。消耗臭氧潛能值ODP=0，全球變暖潛能值GWP=1，有著良好的的經(jīng)濟(jì)性，而不存在回收問題，具有環(huán)境友好性。
② 物理化學(xué)性能穩(wěn)定。與潤(rùn)滑油共溶性良好。粘度很低，這樣可以提高流速，壓降不會(huì)太大，改善傳熱，進(jìn)一步減小部件尺寸和系統(tǒng)重量。
③ 絕緣指數(shù)（K）值較高，雖有使壓縮機(jī)排氣溫度偏高的問題，但符合制取較高溫度熱水的要求。同時(shí)，由于C02低于工作壓力P0很高，壓縮機(jī)壓縮比相對(duì)其他系統(tǒng)低的多，壓縮機(jī)效率高。
④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相對(duì)于一定的蒸發(fā)溫度，它的蒸發(fā)（汽化）潛熱比較大，此外，高的工作壓力，使壓縮機(jī)吸氣比容較小，單位容積制冷量較大，可以減少尺寸，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。
⑤ C02低的臨界溫度，使其在熱泵系統(tǒng)循環(huán)中處于跨臨界狀態(tài)。在放熱過程中較大的溫度滑移，可以和變溫?zé)嵩摧^好的匹配。
C02應(yīng)用研究的一個(gè)重要領(lǐng)域是熱泵熱水器（HPWH）。C02跨臨界循環(huán)中氣體冷卻器所具有的較高的排氣溫度，較大的溫度滑移和冷卻介質(zhì)的溫升過程相匹配，使其在熱泵循環(huán)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
通過調(diào)整循環(huán)的排氣壓力，可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應(yīng)外部熱源的溫度和溫升需要。研究結(jié)果表明，當(dāng)用環(huán)境空氣作熱源，0℃環(huán)境進(jìn)水溫度8℃，熱水出水溫度為60℃時(shí)，該系統(tǒng)COP值高達(dá)4.3.一個(gè)更大優(yōu)點(diǎn)是毫無困難的產(chǎn)出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產(chǎn)水溫度在55℃以下。
因而C02熱泵系統(tǒng)可較好的滿足采暖，空調(diào)和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質(zhì)在熱泵中的應(yīng)用將有效的解決空調(diào)冷熱源面臨的資源與環(huán)境壓力，應(yīng)用前景良好。
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R407C，R410A，R22的一般性質(zhì)和理論循環(huán)的比較表
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參數(shù)
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R407C
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R410A
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R22
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成分
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HFC32/125/134a
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HFC32/125
|
HcFC22
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質(zhì)量混合比例
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23/25/52
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50/50
|
100
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相對(duì)分子量
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86.2
|
72.59
|
86.48
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標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)℃
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-43.77
|
-51.56
|
-40.76
|
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凝固點(diǎn)℃
|
-115
|
|
-160
|
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臨界溫度℃
|
86.08
|
70.22
|
96
|
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臨界壓力Mpa
|
4.653
|
4.852
|
4.974
|
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臨界密度Kg/m^3
|
506
|
547.5
|
525
|
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飽和液體密度Kg/m^3
|
1137.6
|
1060.2
|
1191
|
|
飽和蒸汽密度Kg/m^3
|
51.374
|
65.97
|
44.44
|
|
粘度（飽和液體）mPa.s
|
0.164
|
0.178
|
0.178
|
|
粘度（飽和汽體）mPa.s
|
0.0128
|
0.0132
|
0.0128
|
|
比熱容（飽和液體）
KJ/(Kg.K)
|
1.53
|
1.692
|
1.256
|
|
比熱容（飽和汽體）
KJ/(Kg.K)
|
1.143
|
1.306
|
0.662
|
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蒸發(fā)潛熱KJ/Kg
|
185.11
|
186.85
|
233.5
|
|
導(dǎo)熱系數(shù)（飽和液體）
W/(m.K)
|
0.0863
|
0.081
|
0.0869
|
|
導(dǎo)熱系數(shù)（飽和汽體）
W/(m.K)
|
0.0131
|
0.0128
|
0.0113
|
|
ODP
|
0
|
0
|
0.0113
|
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GWP
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1500
|
1700
|
1700
|
|
理論循環(huán)數(shù)據(jù)
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|
蒸發(fā)壓力Kpa
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499
|
804
|
498
|
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冷凝壓力Kpa
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2112
|
3061
|
1943
|
|
溫度滑移
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4.3
|
0.07
|
0
|
|
排氣溫度
|
67.4
|
72.5
|
70.3
|
|
制冷COP
|
3.94
|
3.69
|
4.14
|
|
容積制冷量KJ/m^3
|
2947
|
4190
|
3010
|
|
制熱COP
|
5.03
|
4.69
|
5.14
|
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容積制熱量KJ/m^3
|
3762
|
5326
|
3737
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設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝的對(duì)比
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R22
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R407C
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R410A
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壓縮機(jī)
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專用壓縮機(jī)
潤(rùn)滑油更換為POE,PVE
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同407C
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冷凝器
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·系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力增大到3.3Mpa,
對(duì)銅管壓力重新校核
·增大換熱面積，加大風(fēng)扇，降低冷凝溫度
·增對(duì)溫度滑移，采用介質(zhì)與空氣逆向流動(dòng)
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當(dāng)冷凝壓力增大60%，系統(tǒng)耐壓增加到4.15Mpa,相應(yīng)采用直徑8mm,7mm銅管
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蒸發(fā)器
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·銅管耐壓重新校核
·通過改變換熱器結(jié)構(gòu)，流動(dòng)提 高換熱系數(shù)
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銅管的耐壓重新校核
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節(jié)流裝置
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·采用膨脹閥，
·節(jié)流毛細(xì)管加工精度提高，直徑加大
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·節(jié)流裝置的耐壓重新校核
·采用膨脹閥，節(jié)流毛細(xì)管加工精度提高，直徑加大
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四通閥
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專用
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專用
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銅管
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系統(tǒng)耐壓提高10%
提高壁厚
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銅管耐壓重新校核
厚度提高到0.7mm以上
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干燥過濾器
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HFC32的分子直徑小，采用分子篩XH-10C,11C過濾器
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同407C
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高分子材料
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CR 合
成橡膠
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HNBR 合成橡膠
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兩器加工
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殘留水分，雜質(zhì)減少
加工設(shè)備改用POE揮發(fā)油
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殘留水分，雜質(zhì)減少
加工設(shè)備改用POE揮發(fā)油
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焊接工藝
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采用氯離子助焊劑
|
采用氯離子助焊劑
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