制冷技术选修作业

汽商091 黄伟泳 作业：1.新型制冷剂在汽车空调中的应用？ 随着世界经济政治的发展，制冷技术行业也发展迅速，当然各种制冷剂研究也取得丰硕的成果。虽然制冷剂很多，但是真正适合的不是很多，有的话，也是价格比较贵。目前,汽车空调制冷系统几乎均采用R12(氟里昂)作为制冷剂。众所周知,R12进入大气层会破坏地球的保护层——臭氧层,使过多的紫外线及其它宇宙射线辐射到地面,危害人类健康,引起地球温室效应。据统计现在大气层中已有5.2吨CFC物质,75％来自汽车空调系统泄漏的R12所造成的。臭氧消耗会导致以下几点危害： 1.免疫系统受到破坏及皮肤癌罹患率增加 UV-B会抑制皮肤中抗体生成细胞的活力，长时间曝晒下人体免疫系统受到破坏，使人体易感染疾病，会导致皮肤癌。 2.美国环保局的调研结果显示，臭氧层的臭氧浓度每减少1％，到达地面的UV-B增加1．3％～1．8％，皮肤癌患者就上升2％，且死于皮肤癌的人数会增加0．2％～0．3％。 3.白内障罹患率增加 UV-B会伤害眼角膜、水晶体及视网膜，进而造成白内障，甚至导致失明。 4.海洋食物网会受到严重干扰 海洋中的浮游生物及微小生物是其他生物的基本食物来源，然而它们缺乏外层保护，对UV-B非常敏感。鱼类和其他海洋生物也会受到UV-B的伤害，进而影响捕鱼量。 5.干扰陆地生态系统 例如，UV-B会降低微生物的固氮能力，影响稻米生长。 6.加剧空气污染 UV-B的增加促进氮氧化物浓度较高地区的化学反应而产生地表臭氧及其他空气污染物质，使该地区空气品质恶化，并且造成酸雨问题。 7.加速户外塑胶材料的老化 紫外线增加会导致户外塑胶材质的建材及物品加速分解而缩短使用寿命。 不好的制冷剂对我们人类造成的影响是非常大。 要想知道制冷剂在汽车空调的应用，我们先了解一下制冷剂的种类，制冷剂的种类分为：

低压高温制冷剂 冷凝压力Pk≤2～3㎏/㎝（绝对），T0>0℃ 如R11（CFCl3），其T0=23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常30℃时，Pk≤3.06 ㎏/㎝。

中压中温制冷剂 冷凝压力Pk<20 ㎏/㎝（绝对），0℃>T0>-60℃。 如R717.R12.R22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中 具体的制冷剂有：R717、R12、R22、R134a、R-404A、R-410A等等。 制冷剂的品种 汽车空调制冷剂最早广泛使用CFC-12（亦写为R-12），后来使用环保型产品HFC-134a亦写为R-134a )。CFC-12制冷剂具有制冷能力强、化学性质稳定、安全性好等优点。但是，研究证明，CFC-12释放在大气中后，会消耗大气层中的臭氧，从而破坏了臭氧层对地球的保护作用（臭氧层可防止太阳光中紫外线直接射向地球），对人类健康和环境带来危害。

HFC-134a对大气层不起破坏作用，与CFC-12相比制冷能力较小，但传热性能优越。

制冷剂的选用 制冷剂的选用是一个比较复杂的技术经济问题，需要考虑的因素很多，选择时应根据具体情况，进行全面的技术分析。

(1)考虑环保的要求。必须选用符合国家环保法规的制冷剂。 (2）考虑制冷温度的要求。根据制冷剂温度和冷却条件的不同，选用高温（低压）、中温（中压）、低温（高压）制冷剂。通常选择的制冷剂的标准蒸发温度要低于制冷温度10℃。选择制冷剂还应考虑制冷装置的冷却条件、使用环境等。运行中的冷凝压力不应超过压缩机安全使用条件的规定值。汽车空调只能用车外空气做冷却介质，对其产生影响的气温、风速、太阳辐射、热辐射等因素无不在频繁发生变化，其运行条件决定它只能选用高温（低压）制冷剂，过去选用R12，目前大多选用R134a。

(3)考虑制冷剂的性质。根据制冷剂的热力性质、物理性质和化学性质，选用那些无毒、不爆炸、不燃烧的制冷剂；选用制冷剂应传热好、阻力小、与制冷系统用材料相容性好。

(4）考虑压缩机的类型。不同的制冷压缩机的工作原理有所不同。体积式压缩机是通过缩小制冷剂蒸气的体积提高其压力的，一般选用单位体积制冷量大的制冷剂，如R134a,R22等。 制冷剂的种类很多，随着科学技术的进步．新工质不断出现，以适宜于不同的制冷装置。

制冷剂的替代： ①冰箱冷柜中CFC—12的可接受替代物 HCFC22，HFC—134a，HFC—152a，R401A(MP39，R22／152a／124)，R401B(MP66，R22／152a／124a)，R406A(GHG，R22／600a／142b)，R409A(R22／124／142b)，FRIGC／FRl2(R124／134a／600a／，GHG-HP(R22／600a／142b)，RB—276(R142b／134a)，R414B(Hofshot，R22／124／142b)，GHG-X5(R22／142b)，R227ca／600a，Frege(R142b／134a)，MT-31和R22／142b等。

②汽车空调中CFC—12的可接受替代物 已公布的有HFC-134a，FRIGC/FRl2，Frec—Zone／RB276，IKONl2，R406A，R414A，R414B，GHG-HP，FREEZEl2(R142b／134a)和GHG—X5等。

③离心式冷水机组中CFC—11的可接受替代物 已公布的有HCFC—123，HCFC—22，HFC—134a和HFC-227ca等4种。

④ 往复式冷水机组中CFC—12和R500的可接受替代物 已公布的有HCFC-22，HFC—134a，HFC-227ca， R401A， R401B， R409A， R41lA和R41lB(R1270／22／152a)，FRIGC&‘R12，R414B，R414A，GHG-X5，FREEZEl2，R411C，MT-31和R22／142b等。

⑤商业制冷中CFC—12和R502的可接受替代物 已公布的有HCFC-22，HFC—134a，HFC-227ca，R40lA， R401B， R402A和R402B(R125／290／22)， R404A(R125／143a／134a)， R406A， R407A和R407B(R32／125／134a)，R408A(R125／143a／Q2)， R409A，R411A和R411B， R507 (R125／143a)， FRIGC／FRl2， GHG-HP， RB276， R414B和R414A，GHG—X5，FREEZEl2，R41iC，MT-31和R22／142b等。

⑥空调中HCFC-22的可接受替代物 已公布的有，R407C(R32／125／134a)，HFC—134a，R507和MT-31等。

⑦离心冷水机组和工业空调热泵中CFC—114的可接受替代物 已公布的有HCFC—123，HCFC-22，HCFC-124，HFC—134a，HFC—227ca，HFC—236{a，R401A和R401B。此外，清华系列制冷剂THR01、THR04、THR02及THR03已分别在1998年及1999年被SNAP接受并公布。

在汽车空调的应用 目前制冷剂在汽车空调上用的基本是：R123,R13,R22,R23,R134a,R407C,R410A,R404A,R502,R507,R600a.等等。

当前环境变暖引起的气候变化，臭氧层空洞等已成为全球性的环境问题，如果任其发展下去将对人类的生存和发展构成严峻的挑战。因此在汽车空调制冷剂的替代研究过程中应该加强对生态环境的保护意识，不能只看到眼前利益，而同时要注重生态环境与人类的协调和可持续的发展。 制冷剂对大气环境的影响 制冷剂是制冷过程中完成制冷循环的工作物质。空调制冷中主要是采用卤代烃制冷剂，其中不含氢原子的称为氯氟烃(CFC)，含氢原子的称为氢氯氟烃(HCFC)，不含氯原子的称为氢氟烃(HFC)。空调制冷剂对大气环境的影响主要有两个方面，一是对大气臭氧层的破坏，另一方面是使全球气候变暖的温室效应。

在卤代烃中，随着氯原子数的增加，其对大气臭氧层的破坏就愈严重，因此，CFC对大气臭氧层的破坏最严重，HCFC对大气臭氧层的破坏程度相对较小，HFC不破坏臭氧层。制冷剂对臭氧层的破坏程度用破坏臭氧层潜值(Ozone deple-tion potential，简称ODP)表示。

制冷剂的排放会产生全球气候变暖的温室效应，其影响程度用全球变暖潜值(Global warming potential，简称GWP)表示。

制冷剂CFC-12的淘汰和替代

在蒙特利尔协议书签订以前，汽车空调系统多数使用CFCl2作为制冷剂。CFCl2是非常理想的制冷剂，它的沸点和摩尔质量分别是：-29.79℃和120.93kg/kmol，但它的ODP值较高，根据蒙特利尔协议书，CFC12是一级被禁制冷剂。

为了寻找新的冷媒来代替CFC类物质，空调行业已经作了广泛的研究，做了大量的努力去寻找ODP值为零的新工质。在这些研究中，由杜邦公司开发的制冷剂HFC134a被成功的应用到制冷行业里。制冷剂HFC134a的主要特点是：不含氯原子；具有良好的安全性能；物理性能与CFCl2比较接近，所以制冷系统的改型比较容易；传热性能比CFCl2好，制冷剂的用量可大大减少。HFC134a和CFCl2有相近的蒸发压力并且ODP值为零，GWP值仅0.29，且无明显毒性(长期慢性毒性试验仍在进行中)，下表列出了汽车空调常用制冷剂的ODP值、GWP值和其在大气中的寿命。

HFC134a与现有矿物质的冷冻机油不溶合，因此不得不为之寻找新的压缩机油。通过反复试验与筛选，现已开发出两种与HFC134a溶合的油，它们的代号为PAG及POE，而PAG油应用较为普遍。但仍存在如下问题：具有高吸湿能力，易使制冷系统的节流元件(毛细管或膨胀阀)发生冰阻，因此需要加大系统中干燥剂的装入量或提高其吸湿能力；高温下与HFC134a的溶合性降低，甚至不可溶。因此要特别注意改善系统的冷凝条件，勿使冷凝温度过高；润滑性比矿物油稍差；对制冷系统现用的橡胶密封件有渗透或腐蚀作用，不仅涉及到橡胶密封件，还牵连到制冷剂的输送软管；价格较现在冷冻机油贵4-5倍。针对上述问题，应对汽车空调制冷系统的设计作如下的改变：制冷压缩机排量不变，可维持原机型，但所有橡胶密封件都必须换成氢化丁氰胶(HNBR)材质；冷凝器(含储液干燥器)需修改设