3.1.1 制冷剂的定义、分类、命名在线视频

同学们好

今天 让我们一起来学习

《建筑冷热源》的“第三讲 制冷工质”

制冷工质 是制冷系统中的工作介质

我们在本讲中 将介绍三类工质

第一 实现制冷循环的工作介质叫“制冷剂”

第二 用于制冷热泵设备转动部件润滑的

工作介质叫“润滑油”

或者叫做冷冻油

第三 用于输配低温冷量或用于防冻用的

工作介质叫“载冷剂”

首先

让我们来学习制冷剂的内容

我们所说的制冷剂

是特指蒸气压缩式制冷与热泵装置的制冷剂

而吸收式制冷与热泵装置的制冷剂

我们将在 相应的章节中讲述

前面

我们已经介绍了 蒸气压缩式制冷装置的工作原理

我们知道

实现制冷循环需要5个要素

即构成制冷系统的四大基本部件

压缩机 冷凝器 节流装置和蒸发器

以及作为能量转换

和传递的工作介质 “制冷剂”

制冷循环 与我们身体中的血液循环

有很好的类比性

如果我们把一个制冷循环

看成一个人的血液循环系统

那么

制冷循环通过压缩机 即心脏

将低温 低压的制冷剂气体增压

然后 将制冷剂携带的热量排放至冷却介质

进而转化为高温 高压的液态制冷剂

再经过节流装置节流降压

成为低温 低压的两相制冷剂

其中 液体部分的制冷剂

吸收被冷却介质的热量

而蒸发成为低温气态制冷剂

该低温气态制冷剂

连同节流闪发出来的气态制冷剂

一起返回到压缩机

完成一个制冷的循环

下面

我们从6个方面 介绍制冷剂的相关问题

第一 制冷剂的定义

从制冷循环的工作过程 可以看出

制冷剂 是制冷热泵装置中循环流动的工作物质

因此

制冷剂 又被称为“制冷工质”

简称“工质”

它是制冷循环的血液

是制冷热泵系统的能量转换 传递与输配的介质

直接关系到环境保护 设备的能源效率

以及社会的经济发展问题

第二 制冷剂的分类

制冷剂有很多种分类方法

常用的分类方法 有以下3种

包括

物质类型 安全等级和物性特点

根据物性特点

还可以 按照其常压下的饱和温度高低

和常温下的饱和压力大小进行细分

制冷剂按物质类型 可以分为

无机化合物和有机化合物两大类

无机化合物

如 氨（NH3） 水（H2O）

二氧化碳（CO2）等物质

有机化合物

是目前家用与商用空调设备中的主要制冷剂

包括

卤代烃 其他烃类物质

以及这些烃类物质的混合物

第一 卤代烃

卤代烃中最典型的制冷剂

就是我们常听到的氟利昂

氟利昂（Freon）是甲烷和乙烷等饱和烷烃中的

H原子 被F原子和Cl原子取代后的衍生物

如

R134a R32等

在这里顺便说一下

如果甲烷和乙烷中的H原子 被F Cl Br取代

其衍生物 我们称之为哈龙（Halon）

它不作为制冷剂使用

通常作为 我们制冷空调行业中

密切相关的保温材料的发泡剂使用

第二 烃类物质

烃类物质 也可作为制冷剂使用

主要是4～8个碳原子的饱和烃

烯烃（乙烯 丙烯）

环烷烃等物质 及其同分异构体

我们冰箱中的制冷剂

就是异丁烷（R600a） 就属于这类

第三 多元混合溶液

多元混合溶液是两种及两种以上的

上述有机化合物构成的混合物

根据其物性和比例不同

又可分为 “共沸制冷剂”和“非共沸制冷剂”两类

共沸制冷剂 虽然是多种物质构成的混合物

但它能够像单质化合物一样

在某一个压力下只有一个沸点 如R502

而非共沸制冷剂 在某一压力下发生相变时

随着相变过程的进行

虽然其总的组分不发生变化

但液相和气相中的浓度 则发生变化

从而具有不同的沸点（如 R407C）

当其最高沸点和最低沸点的差值很小的时候

则将这种非共沸制冷剂 称为“近共沸溶液”

如 R410A

我们行业中 经常会谈到CFC HCFC问题

这个话题 与氟利昂有密切的关系

下面 我们以甲烷族氟利昂为例

来说明什么是CFC和HCFC

甲烷 由1个C原子和4个H原子构成

当其4个H原子分别被Cl和F取代后

就形成了这样一个

金字塔结构的甲烷族氟利昂群体

由于C原子有4个共价键

其H Cl F的总个数之和就等于4

当H原子 仅被Cl原子取代时

随着Cl原子数的增加 H原子数的减少

就从甲烷逐渐衍生成为CCl4

这就是金字塔的左边

这一组物质中的中间3种物质中含有H Cl C

故称“HCC”

金字塔顶部 是可燃性最大的甲烷

而左下角 则是毒性最大的CCl4

同理

当H原子仅被F原子取代时

就从金字塔顶端的甲烷

逐渐衍生成右下角的CF4

这就是金字塔的右边

中间三种物质 就叫“HFC”

当H原子 被Cl和F原子分别取代时

就形成了金字塔的底座

并填满金字塔的芯部

其中

底座上的三种物质 仅含有Cl F C原子

故称“CFC”

金字塔芯部区域的各种物质中

至少含有 1个H原子

1个Cl原子和1个F原子

加上含有1个C原子

故称 “HCFC”

下面 我们看看第二种分类方法

即 安全等级分类法

制冷剂的安全等级 是按其毒性和可燃性确定的

其中

国际上

将毒性分为A B两个级别

将可燃性分为1 2 3三个级别

将二者的组合 叫做“安全等级”

如 A1类物质是毒性最小

且可燃性最低的物质

也是 我们希望获得的安全制冷剂

反之

B3则是毒性大 可燃性高的制冷剂

是不希望采用的制冷剂

这里给出了 具有代表性的

ASHRAE标准

以及我国国家标准

对制冷剂的安全性分类方法

值得注意的是

与ASHRAE标准不同的是

在我国标准中

又将2级可燃性制冷剂

细分为 2级和微可燃的“2L”两个级别

第三种分类方法

就是 按制冷剂的物性特点进行分类的

即 根据1个大气压（1atm 或 1bar）下的沸点高低

和常温下的制冷剂饱和压力大小

进行分类的

1个大气压下的沸点 我们也称它为

“标准蒸发温度”

首先 我们看看

按照1个大气压时的沸点高低时的分类法

可将制冷剂分为低温 中温和高温制冷剂

其中

低温制冷剂

是沸点低于-60℃的制冷剂

如 R13 CO2（R744）等

常用于冷冻冷藏以及复叠式制冷系统中

中温制冷剂

是沸点在-60℃~0℃之间的制冷剂

这些制冷剂的单位容积制冷量（qv）大

是制冷热泵设备中的常用的制冷剂

比如 用于小型风冷式机组

家用冰箱 汽车空调等设备中的

R134a R12 R502等

以及 用于家用空调器 商用空调

冷冻冷藏设备中的R22 R32 R290等

第三 高温制冷剂

是沸点高于0℃的制冷剂

这些制冷剂的单位容积制冷量（qv）很小

常用于转速极高的离心式制冷机等设备中

如R11 R123 等

按照常温下制冷剂的饱和压力大小

又可将制冷剂分为高压 中压和低压制冷剂

我们发现

在常压下饱和温度非常低的制冷剂

常温时的饱和压力 却非常高

反之亦然

因此

低温制冷剂 就是高压制冷剂

中温制冷剂 就是中压制冷剂

高温制冷剂 就是低压制冷剂

为进一步说明 高温制冷剂就是低压制冷剂

低温制冷剂 就是高压制冷剂

请看如图所示的饱和压力曲线

这个曲线的横坐标是温度

纵坐标是饱和压力

图中给出了R12 R290等

多种制冷剂的饱和压力曲线

请注意

这条闪动的水平线

它代表着 1个大气压力（1bar ）

它与每条曲线都有一个交点

这些交点就是制冷剂的沸点或者标准蒸发温度

我们可以在图中画出

标准蒸发温度分别为0℃和-60℃的

两种假想制冷剂的饱和压力曲线 作为分界线

于是 就把这幅图划分为三个区域

左边区域 为沸点低于-60℃的低温制冷剂

右边区域 为沸点高于0℃的高温制冷剂

那么 中间区域呢

就是中温制冷剂

可见

我们图中给出的这些制冷剂 都属于中温制冷剂

请再注意 这条闪动的垂直线

它代表 35℃的常温环境

从这些制冷剂在该温度下的压力 可以看出

中温制冷剂 在35℃下的饱和压力居中

属于中压范围

而低温制冷剂的压力 则很高

属于高压制冷剂

而高温制冷剂的压力呢 就很低

甚至 在常温下是负压

所以 称为低压的制冷剂

水（H2O） 是一种制冷剂

我们都知道

水在1个大气压下的沸点 是100℃

故常温下的饱和压力 则远低于1个大气压

因此

水是一种典型的高温制冷剂

同时 也是典型的低压制冷剂

下面 我们介绍第三个问题

制冷剂的命名

每种制冷剂 都有一个名字

且独一无二

我们平时需要把它装入不同的颜色的罐中

并在罐体上标明制冷剂名称

以便正确使用

那么

制冷剂是如何命名的呢

制冷剂 有两种命名方式

第一种方式

采用技术性前缀符号 R

“R”是制冷剂英文单词Refrigerant的字头

如二氟一氯甲烷（CHClF2） 用R22表示

主要应用于技术出版物 设备铭牌 样本

以及使用手册等专业技术领域

第二类 是采用非技术性前缀符号

也就是 成分标识前缀符号

体现了制冷剂的化学成分

如含有碳 氟 氯 氢

则分别用 C F C H表示

如R22 用HCFC22表示

主要应用于 有关臭氧层保护和制冷剂替代等

非技术性 科普读物以及有关宣传类出版物中

那么

上述“R”和“HCFC”之后的数字是如何命名的呢

下面 我们采用技术性前缀符号 R

对几类典型制冷剂的命名方法 进行说明

第一

对于氟利昂而言

由于饱和烷烃的分子式是CmH2m+2

那么 氟里昂的化学分子式可表示为这样

（CmHnFxClyBrz）

因此

2m+2=n+x+y+z

从而可以得到 如下命名规则

将该类制冷剂编号定义为 RabxBz

第一位数字 a呢

为碳（C）原子数减1（a=m-1）

当a=0的时候

则省略不写

第二位数字 b

为氢（H）原子的个数加1（b=n＋1）

第三位（数字）的 x

则为氟（F）原子的个数（x）

第四位数字 z

为溴原子个数（z）

若 z=0

则与字母“B”一同省略

例如

二氟一氯甲烷则表示成 R22

具有对称结构的四氟乙烷（F2HC-CHF2）

则表示成 R134

第二 对于无机物而言

命名非常简单

“R”后面的第一位数字是“7” 随后是分子量

例如 CO2的分子量为44

故它的名字就是 R744

氨的分子量为17

它的名字就叫 R717

水的分子量呢

是18

所以 它就是 R718

第三 共沸制冷剂和非共沸制冷剂的命名

分别以“R5”和“R4”开头进行命名

后面两位数字 没有特殊意义

与申报登记的顺序有关

由于它们是混合物质

或者叫混合溶液

故 由制冷剂编号和质量比例来表示

各组分制冷剂的排列顺序是

按照标准蒸发温度（即1个大气压下的沸点）

由低到高的顺序排列

比如说

R407C

是R32 R125和R134a构成

所以他的排列顺序就是R32 R125和R134a

三种物质的标准沸点分别是

-51.65℃ -48.57℃和-26.07℃

再如 R410A

它是由R32和R125构成

那么顺序就是 R32 R125

它们的质量浓度 分别是50%和50%

所以用括号 放在这个组分的后面

在上面的命名中

我们注意到 R134a R407C等制冷剂的序号

后面还带有小写字母 或者是大写字母

那这些字母 又有什么样的规定呢

小写字母

表示单质化合物的同分异构体类型

没有小写字母的

表示对称分子结构

如果有同分异构体的时候

那么 按对称性的强弱依次命名为a b c …

大写字母

出现在混合制冷剂中

表示 相同组分但配方不同

例如

R410A R410B等

显然 这都是由R32和R125构成的

但前面的R32和R125的质量比例为50%和50%

而R410B 则是指

R32占45% R125占55%的混合制冷剂

制冷剂的种类 还不止上述三大类

关于其他类型的制冷剂的命名方法

请查阅相关文献

这里不再赘述