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，是各種熱機中借以完成能量轉化的媒介物質。這些物質通常以可逆的相變（如氣-液相變）來增大功率。如蒸汽引擎中的蒸汽、制冷機中的雪種等等。一般的蒸汽機在工作時，將蒸汽的熱能釋放出來，轉化為機械能以產生原動力；而制冷機的雪種則用來將低溫處的熱量傳動到高溫處。傳統(tǒng)工業(yè)及生活中較常見的工作介質是部分鹵代烴（尤其是氯氟烴），但由于它們會造成臭氧層空洞而逐漸被淘汰。其他應用較廣的工作介質有氨氣、二氧化硫和非鹵代烴（例如甲烷）。
1.按成分有以下幾種。
（1） 無機化合物。水、氨、二氧化碳等。
（2） 飽和碳氫化合物的衍生物，俗稱氟利昂。主要是甲烷和乙烷的衍生物。如R12, R22, R134a等。
（3） 飽合碳氫化合物。如丙烷，異丁烷等
（4） 不飽和碳氫化合物。如乙烯，丙烯等。
（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準蒸發(fā)溫度，又分為高、中、低溫三類。標準蒸發(fā)溫度是指標準大氣壓力下的蒸發(fā)溫度，也就是沸點。
（1） 高溫（低壓）：標準蒸發(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，命各標示方法;
按照國際統(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。簡述如下：
（1） 無機化合物。
規(guī)定為R700加上無機化合物的相對分子質量的整數(shù)部分組成
NH3(氨) H2O（水） CO2（二氧化碳）
分子量 17 18 44
編號 R717 R718 R744
(2)氟利昂和烷氫類：
烷氫類化合物的分子通式：CmH2m+2
氟利昂是飽合碳氫化合物(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
名稱 分子式 m,n,x,z值 編號
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的
共沸混合制冷劑編號為R5，從R500開始R501,R502等。
非共沸混合制冷劑編號為R4，從R401，R404，R410等。
同素異構體加注小寫數(shù)字母，如CHF2-CHF2 R134,CF3-CH2F R134a
3. 常用制冷劑性質
（1） 氨：標準蒸發(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，流動阻力小，熱導率大。價格低廉對大氣臭氧層無破壞作用，故被廣泛應用在蒸發(fā)溫度-65℃以上的大中型制冷機中。
缺點是毒性較大，可燃，可爆，有強烈刺激性臭味，等熵指數(shù)較大，對鋅銅有腐蝕作用。
（2） 氟利昂：重點分析熱水器發(fā)文時常用的
1）R22：對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產生溫室效應，被列為第二批限用禁用的制冷劑。我國將在2040年1月1日起禁止生產和使用。
R22是應用最廣泛的中溫制冷劑，沸點-40.8℃，凝固點-160℃，無色，氣味弱，不燃燒，不爆炸，屬安全制冷劑。它與潤滑油部分互溶，需采取回油措施。
2）R142b.沸點較高-9.25℃.凝固點-130.8℃最大特點是在很高的冷凝溫度下，冷凝壓力并不高。如80℃時只有1.35 Mpa，因此它適合在熱泵裝置和高環(huán)境溫度下使用。
對大氣臭氧層有微弱的破壞作用，也將在2040年禁用。
3）R134a。沸點-26.5℃，凝固點-101℃，無色，無味，不燃，不爆，
但與礦物性潤滑油不相溶，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，易與水反映生成酸，腐蝕管絡及壓縮機，對系統(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。壓縮機電機線圈絕緣材料必須加強絕緣等級，是一種不太成熟的制冷劑。
4）發(fā)文時認為較有前途的R22潛代品為R407c和R410A。
R407c是R32R125 R134a 以23：25：52的質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。在相同設計運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COP低于R22系統(tǒng)。
R410A是R32和R125按照50：50的質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%，傳熱性能及流動性較好。不能直接用于R22系統(tǒng)。必須重新設計壓縮機，換熱器，管路和系統(tǒng)。
5）C02制冷劑
綠色環(huán)保天然工質C02以其無毒，對臭氧層無影響，不產生溫室效應和良好的熱力學性質等優(yōu)點，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。它在熱泵熱水器領域具有其他工質無法比擬的優(yōu)勢。
主要優(yōu)勢：
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，有著良好的的經濟性，而不存在回收問題，具有環(huán)境友好性。
② 物理化學性能穩(wěn)定。與潤滑油共溶性良好。粘度很低，這樣可以提高流速，壓降不會太大，改善傳熱，進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，由于C02低于工作壓力P0很高，壓縮機壓縮比相對其他系統(tǒng)低的多，壓縮機效率高。
④ C02分子量比高分子化合物的小得多，因此相對于一定的蒸發(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)結構緊湊。
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，可以和變溫熱源較好的匹配。
C02應用研究的一個重要領域是熱泵熱水器（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的溫升過程相匹配，使其在熱泵循環(huán)方面具有獨特的優(yōu)勢。
通過調整循環(huán)的排氣壓力，可使氣體冷卻器的排熱過程較好適應外部熱源的溫度和溫升需要。研究結果表明，當用環(huán)境空氣作熱源，0℃環(huán)境進水溫度8℃，熱水出水溫度為60℃時，該系統(tǒng)COP值高達4.3.一個更大優(yōu)點是毫無困難的產出90℃的熱水COP值仍較高。而普通的熱泵熱水器限制產水溫度在55℃以下。
因而C02熱泵系統(tǒng)可較好的滿足采暖，空調和生活熱水的加熱要求。C02作為制冷工質在熱泵中的應用將有效的解決空調冷熱源面臨的資源與環(huán)境壓力，應用前景良好。
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R407C，R410A，R22的一般性質和理論循環(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
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HcFC22
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質量混合比例
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23/25/52
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50/50
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100
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相對分子量
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86.2
|
72.59
|
86.48
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標準沸點℃
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-43.77
|
-51.56
|
-40.76
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凝固點℃
|
-115
|
|
-160
|
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臨界溫度℃
|
86.08
|
70.22
|
96
|
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臨界壓力Mpa
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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
|
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飽和蒸汽密度Kg/m^3
|
51.374
|
65.97
|
44.44
|
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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
|
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導熱系數(shù)（飽和液體）
W/(m.K)
|
0.0863
|
0.081
|
0.0869
|
|
導熱系數(shù)（飽和汽體）
W/(m.K)
|
0.0131
|
0.0128
|
0.0113
|
|
ODP
|
0
|
0
|
0.0113
|
|
GWP
|
1500
|
1700
|
1700
|
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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
|
|
冷凝壓力Kpa
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2112
|
3061
|
1943
|
|
溫度滑移
|
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
|
|
容積制熱量KJ/m^3
|
3762
|
5326
|
3737
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設計與生產工藝的對比
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R22
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R407C
|
R410A
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壓縮機
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專用壓縮機
潤滑油更換為POE,PVE
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同407C
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冷凝器
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·系統(tǒng)設計壓力增大到3.3Mpa,
對銅管壓力重新校核
·增大換熱面積，加大風扇，降低冷凝溫度
·增對溫度滑移，采用介質與空氣逆向流動
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當冷凝壓力增大60%，系統(tǒng)耐壓增加到4.15Mpa,相應采用直徑8mm,7mm銅管
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蒸發(fā)器
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·銅管耐壓重新校核
·通過改變換熱器結構，流動提 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，雜質減少
加工設備改用POE揮發(fā)油
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殘留水分，雜質減少
加工設備改用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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