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在上個(gè)千年結(jié)束的時(shí)候，曾排出了名目繁多的排行榜，包括一個(gè)二十世紀(jì)zui偉大發(fā)明的排行榜。與太空飛行和計(jì)算機(jī)的發(fā)明并列，制冷也進(jìn)入了這個(gè)排行榜，因?yàn)槿绻麤]有制冷，食物保存將不可能。另外，也不可能有高層建筑或現(xiàn)代保健設(shè)施。

    韋氏詞典把制冷劑定義成“在制冷循環(huán)中使用的或像冰用于直接冷卻的一種物質(zhì)”。HVAC工業(yè)的業(yè)外人士可能會把制冷劑描述成空調(diào)器中使用的某種流體。HVAC工業(yè)的許多業(yè)內(nèi)人士將馬上想到CFC族物質(zhì)（氯氟碳）。

    以上這些定義都是對的，但制冷劑比那些物質(zhì)更廣泛。水是制冷劑，在吸收式制冷機(jī)中使用。二氧化碳(CO₂)和氨(NH₃)作為“天然”制冷劑而為人所知。易燃物質(zhì)如丙烷和異丁烷也被作為制冷劑使用。對于鹵代烴物質(zhì)如CFC, HCFC 和 HFC族物質(zhì)，更是受到廣泛歡迎的制冷劑。ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34《制冷劑命名和安全分類》列出了100多種制冷劑，盡管其中許多并不在常規(guī)商業(yè)HVAC中使用。

    制冷劑是化學(xué)物質(zhì)。一些物質(zhì)，被認(rèn)為是制冷劑（如R-141b），實(shí)際上卻廣泛應(yīng)用于諸如發(fā)泡劑場合，其實(shí)很少用于冷卻場合。

制冷劑發(fā)展歷史

    十九世紀(jì)中葉出現(xiàn)了機(jī)械制冷。雅各布.帕金斯（Jacob Perkins）在1834年建造了*實(shí)用機(jī)器。它用乙醚作制冷劑，是一種蒸氣壓縮系統(tǒng)。二氧化碳(CO₂) 和氨(NH₃)分別在1866年和1873年被用作制冷劑。其他化學(xué)制品包括化學(xué)氰（石油醚和石腦油）、二氧化硫(R-764)和甲醚，曾被作為蒸氣壓縮用制冷劑。其應(yīng)用限于工業(yè)過程。多數(shù)食物仍用冬天收集或工業(yè)制備的冰塊來保存。

    二十世紀(jì)初，制冷系統(tǒng)開始作為大型建筑的空氣調(diào)節(jié)手段。位于德克薩斯圣安東尼奧的梅蘭大廈是*個(gè)全空調(diào)高層辦公樓.

    1926年, 托馬斯.米奇尼（Thomas Midgely）開發(fā)了*CFC（氯氟碳）機(jī)器，使用R-12. CFC族（氯氟碳）不可燃、無毒（和二氧化硫相比時(shí)）并且能效高。該機(jī)器于1931年開始商業(yè)生產(chǎn)并很快進(jìn)入家用。威利斯.開利（Willis Carrier）開發(fā)了*臺商用離心式制冷機(jī)，開創(chuàng)了制冷和空調(diào)的紀(jì)元。

    20世紀(jì)30年代，一系列鹵代烴制冷劑相繼出現(xiàn)，杜邦公司將其命名為氟利昂（Freon）。這些物質(zhì)性能優(yōu)良、無毒、不燃，能適應(yīng)不同的溫度區(qū)域，顯著地改善了制冷機(jī)的性能。幾種制冷劑在空調(diào)中變得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、 CFC-113、CFC-114和HCFC-22.20世紀(jì)50年代，開始使用共沸制冷劑。60年代開始使用非共沸制冷劑。

    空調(diào)工業(yè)從幼小成長為幾十億美元的產(chǎn)業(yè)，使用的都是以上幾種制冷劑。到1963年,這些制冷劑占到整個(gè)有機(jī)氟工業(yè)產(chǎn)量的98%。

    到1970年代中期, 對臭氧層變薄的關(guān)注浮出水面，CFC族物質(zhì)可能要承擔(dān)部分責(zé)任。這導(dǎo)致了1987年蒙特利爾議定書的通過，議定書要求淘汰CFC和HCFC族。新的解決方案是開發(fā)HFC族，來擔(dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。HCFC族作為過渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰。        在1990年代，變暖對地球生命構(gòu)成了新的威脅。雖然變暖的因素很多，但因?yàn)榭照{(diào)冷柜制冷耗能巨大（美國建筑物耗能約占總能耗的1/3），且許多制冷劑本身就是溫室氣體，制冷劑又被列入了討論范圍。雖然ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34把許多物質(zhì)分類為制冷劑，但只有少部分用于商業(yè)空調(diào)。

    制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性及運(yùn)行管理，因而對制冷劑性質(zhì)要求的了解是不容忽視的。

    一、對制冷劑性質(zhì)的要求

    １.臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對制冷劑性質(zhì)的基本要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進(jìn)行冷凝；凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，便于滿足較低溫度的制冷要求。

    ２.在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個(gè)必要條件。

    ３.壓力要適中。蒸發(fā)壓力與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高（一般≯12～15大氣壓），以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。

    ４.單位容積制冷量ｑv要大。這樣在制冷量一定時(shí)，可以減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸。

    ５.導(dǎo)熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流動阻力損失。

    ６.絕熱指數(shù)ｋ要小。由絕熱過程中參數(shù)間關(guān)系式可知，在初溫和壓縮比相同的情況下，K↑→T2↑?？梢?，ｋ小可降低排氣溫度。

    ７.具有化學(xué)穩(wěn)定性。不燃燒、不爆炸、高溫下不分解、對金屬不腐蝕、與潤滑油不起化學(xué)反應(yīng)、對人身健康無損無害。

    ８.價(jià)格便宜，易于購得。且應(yīng)具有一定的吸水性，以免當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進(jìn)極少量的水分時(shí)，產(chǎn)生“冰塞”而影響正常運(yùn)行。

    二、制冷劑的一般分類

    根據(jù)制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時(shí)飽和壓力Pk和正常蒸發(fā)溫度T0的高低，一般分為三大類：

    １.低壓高溫制冷劑

    冷凝壓力Pk≤２～３Kg/cm2（），T0 >０℃

    如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。這類制冷劑適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機(jī)中。通常３０℃時(shí)，Pk≤3.06Kg/cm2 。

    ２.中壓中溫制冷劑

    冷凝壓力Pk< 20Kg/cm2（），０℃< T0 >-60℃。

    如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，這類制冷劑一般用于普通單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機(jī)中。

    ３.高壓低溫制冷劑

    冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2（），T0≤－70℃。

    如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或－７０℃以下的低溫裝置中。

    三、常用制冷劑的特性

    目前使用的制冷劑已達(dá)70～80種，并正在不斷發(fā)展增多。但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的僅十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種：

    １.氨（代號：Ｒ717）

     氨是目前使用的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)３０℃時(shí)也決不可能超過1.5MPa 。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為520kcal/ｍ3。

    氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過0.2％。

    氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價(jià)格便宜，易于獲得。但是，氨有較強(qiáng)的毒性和可燃性。若以容積計(jì)，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.5％～0.6％時(shí)，人在其中停留半個(gè)小時(shí)即可中毒，達(dá)到11％～13％時(shí)即可點(diǎn)燃，達(dá)到16％時(shí)遇明火就會爆炸。因此，氨制冷機(jī)房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體。

    總上所述，氨作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是：易于獲得、價(jià)格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力小，泄漏時(shí)易發(fā)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。

    ２.氟利昂－12（代號：Ｒ12）

    Ｒ12為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。它是我國中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。Ｒ12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/ｍ3。

    Ｒ12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80％時(shí)才會使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時(shí)，則分解出對人體有害的氣體。

    Ｒ12能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機(jī)物，但其吸水性極弱。因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時(shí)規(guī)定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采用丁晴橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會造成密封墊片的膨脹引起制冷劑的泄漏。

    ３.氟利昂－22（代號：Ｒ２２）

    Ｒ22也是烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟一氯甲烷，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度約為－41℃，凝固溫度約為－160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為454kcal/ｍ3。     Ｒ22的許多性質(zhì)與Ｒ12相似，但化學(xué)穩(wěn)定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。但是，Ｒ22的單位容積制冷量卻比Ｒ12大的多，接近于氨。當(dāng)要求－40～－70℃的低溫時(shí)，利用Ｒ22比Ｒ12適宜，故目前Ｒ22被廣泛應(yīng)用于－40～－60℃的雙級壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中，