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1、 4.2 热泵工质的种类及代号 4.2.1 热泵工质的种类 热泵工质分为无机化合物和有机化合物两大类，无机化合物主要为氨、 水及二氧化碳等，有机化合物又可分为卤代烃（氟里昂）、环状有机 化合物、碳氢化合物（饱和及不饱和）、 有机氧化物等 根据工质的组成也可分为单一工质与混合工质 混合工质按其定压下相变时的热力学特征有非共沸混合物与共沸混合 物之分，介于两者之间的又称近共沸混合工质 由任意两种单工质组成的混合工质在一般情况下均是非共沸的，只有 某些特定的单工质按某一比例混合时才有可能形成共沸混合物 预备知识 二元溶液的相平衡图 对于二元两相混合物，由吉布斯相律可知，该平衡系统的自由度为 2，即只
2、需要两个参数就可以确定混合物（系统）的状态 一般选择下列组合作为已知参数，画出相应的相平衡图，即压力-摩 尔分数图（p-x图），压力-质量分数图（p-w图），温度-摩尔分数图 （T-x图)，温度-质量分数（T-w图），摩尔焓-摩尔分数（H-x图）， 比焓-质量分数图（h-w图）等 A 为易挥发组分，B为难挥发组。 At 和 Bt 分 别为易挥发组分（低沸点工质） 和难挥发组分（高沸点工质）的沸 点，溶液的沸点应介于 At 和 B t 之间。 相交于 At 和 B t 的 两条线为汽液平衡曲 线，上方为汽相线，下方为液相线。 汽相线在液相线的左上方，是因为 易挥发组分在汽相中的相对含量大 于它在
3、液相中的相对含量。液相线 以下的区域为液相区，汽相线以上 的区域为气相区。液相线与汽相线 之间的区域为汽液两相平衡共存区 在两相区的3点，气相状态点为点，液 相状态点为3点。 若将状态为5点的液相溶液恒压升温， 达到液相线上的4点（对应温度为 4t ） 时，液相开始起泡沸腾， 4t 称 为该液相 的泡点，此时产生的气泡的状态点为 4 g点。液相线表示了液相组成与泡点 的关系，所以也叫泡点线。若将状态 为 1点的蒸气恒压降温，到达汽相线上 的 2点（对应温度为 2t ） 时，汽相开始 凝结出露珠似的液滴，2点称为该汽相 的露点。此时液滴的状态点为2 l点。 汽相线表示了汽相组成与露点的关 系，所
4、以也叫露点线 露点与泡点温度差称为温度滑移 （Temperature Glide） 一般认为，当温度滑移1K时可称它为近 共沸混合工质，而非共沸混合工质则具有 较大的温度滑移值。非共沸混合工质的温 度滑移现象可在热泵系统的换热器设计时 于以合理的利用，以改善其经济性 共沸混合工质 T-x 图 a）具有最低共沸点；b）具有最高共沸点 4.2.2 热泵工质的代号 1957年美国制冷空调供热工程师学会（ASHRAE，American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers）统一了代号编码 原则，制订了制冷剂代号
5、标准 ASHRAE Standard 34-57，1960年被国 际标准化组织 ISO（International Organization for Standards ） 认可 我国也采用这一代号。以后该标准又不断被修订与补充。最新发布的 是 ASHRAE Standard 34-2000 我国关于制冷剂编号方法和安全性分 类的国家标准的最新修订版是 GB/T 7778200l 无机化合物 无机化合物的简写符号规定为R7( )。括号代表一组数字，这组数 字是该无机物分子量的整数部分 例如：He-4分子量的整数是4，表示符号为R704；NH 3分子量的整 数是17，表示符号为R717；氧气的分
6、子量是32，表示符号为R732。 氮气的分子量是28，表示符号为R728。 对于工质CO 2（二氧化碳）和工质N 2O（一氧化二氮）分别用R744 和R744a表示 氟利昂和烷烃类 烷烃类化合物的分子通式为C mH2m+2 炔烃类化合物分子通式为C mH2m-2 氟利昂的分子通式为C mH F Cl yBr （n+x+y+z=2m+2） 它们的简写符号规定为R(m-1) (n+1) (x) (z) B(z)，每个括号是一个 数字，该数字数值为零时省去不写，同分异构体则在其最后加小 写英文字母以示区别 正丁烷和异丁烷例外，它们分别用R600和R600a表示 n x z 烷烃类和氟利昂命名举例 分
7、子式 CFCl3 CF 2Cl2 CF 3Br CHF 2Cl CH 2F2 CH4 C 2HF 3Cl2 C 2H 2F4 C 2H6 m、n、x、z的值 m=1、n=0、x=1 m=1、n=0、x=2 m=1、n=0、x=3、x=1 m=1、n=1、x=2 m=1、n=2、x=2 m=1、n=4、x=0 m=2、n=1、x=3 m=2、n=2、x=4 m=2、n=6、x=0 化合物名称 一氟三氯甲烷 二氟二氯甲烷 三氟一溴甲烷 二氟一氯甲烷 二氟甲烷 甲烷 三氟二氯乙烷 四氟乙烷 乙烷 工质表示法 R11 R12 R13B1 R22 R32 R50 R123 R134a R170 非共沸混
8、合制冷工质 非共沸混合制冷工质的简写符号为R4( )。括号代表一组数字，这 组数字为该制冷工质命名的先后顺序号，从00开始。构成非共沸 混合制冷工质的纯物质种类相同，但成分不同，则分别在最后加 上大写英文字母以示区别。例如，最早命名的非共沸混合制冷工 质写作R400，以后命名的按先后次序分别用R401、R402、R407A、 R407C等。 由任意两种单工质组成的混合工质在一般情况下均是非共沸的， 只有某些特定的单工质按某一比例混合时才有可能形成共沸混合 物 共沸混合制冷工质 共沸混合工质是由两种或多种制冷剂组成的混合物，在给定的压 力下，有均匀的气相和液相组分。简单的说，制冷剂混合物在制 冷
9、循环过程中就像单组分工质一样不会发生分馏。共沸混合工质 物温度滑移。ASHRAE标准34规定共沸混合工质从R500开始编号。 共沸混合制冷工质的简写符号为R5( )。括号代表一组数字，这组 数字为该制冷工质命名的先后顺序号，从00开始。例如最早命名 的共沸制冷工质写作R500，以后命名的按先后次序分别用R501、 B502、R507等表示 环状有机物 简写符号用字母RC开头，其后的数字排写规则与氟利昂及烷烃 类符号表示中的数字排写规则相同 不饱和有机化合物 其简写符号用字母R1开头、其后的数字排写规则与氟利昂及烷 烃类符号表示个的数字排写规则相同。 此外，有机氧化物，脂肪族胺，他们用R6开头，
10、其后的数字是任 选的。例如，乙醚为R610，甲酸甲酯为R611，甲胺为R630，乙胺 为R631。 4.2.3 工质的新命名方式 自从CFCs问题提出以来，人们发现破坏大气臭氧层的主要是卤代烃分 子中的氯原子，但如果卤代烃分子中同时存在氢和氯原子，则氢原子 的存在能减弱氯原子对臭氧层的破坏作用 为了能从代号上直接反映出该种卤代烃对奥氧层的破坏程度，可将卤 代烃分成氯氟烃CFC、氢氯氟烃HCFC、氢氟烃HFC、碳氢HC及氟烃 FC 5类。这些符号分别表示其分子中含有的氯、氟、氢、碳等原子。 氯与碳均用C表示，但写在最后一位的C表示碳，写在前面第一或第 二位的C表示氯 例如：CFCl2、HCFC2
11、2、HFC134a、HC290、FCl4。 4.3 对热泵工质的要求 应具有优良的热力学持性 应具有优良的热物理性能 应具有良好的化学稳定性 与润滑油有良好兼容性 安全性 热泵工质应无毒，无刺激性，无燃烧及爆炸性。 应有良好的电气绝缘性 经济性 要求热泵工质价廉，易于获得。 4.4 热泵工质的性质 安全性 毒性 燃烧性和爆炸性 安全分类 热稳定性 对材料的作用 对润滑油的互溶性 对水的溶解性 泄漏性 大气友好性 4.4.1 安全性 安全性对操作人员是非常重要的，尤其是在制冷机长期连续运转的情 况下。制冷与低温工质的毒性、燃烧性和爆炸性，都是评价制冷与低 温工质安全程度的性质，各国都规定了最低安
12、全程度的标准，如 ANSI/ASHRAE151992等 毒性 毒性通常是根据对动物的试验和对人的影响的资料来确定的 美国工业与环境卫生专家大会用 TLVs 指标作为毒性标准，美国杜邦公司 用AEL指标作为毒性标准，这两个指标在数量上非常接近。它们都反映了 人们在较长时间内接触制冷与低温工质而不至于产生不良反应 如果这些指标的数值为1000或1000以上，则可认为这种制冷与低温工质 是无毒的 TLVs（安全阈值，Threshold Limit Values）：表示各种工作人员可以日复 一日地暴露在这种条件下，而免受任何对健康不利的影响。对挥发性物 质，如制冷剂，其安全阈值以容器中每百万分之几的制
13、冷剂容积浓度表 示 4.4.2 热稳定性 通常制冷与低温工质因受热而发生化学分解的温度，大大高于其工作 温度，因此在正常运转条件下，制冷与低温工质是不会发生裂解的 温度较高又有油、钢铁铜存在时，长时间使用会发生变质甚至热解 氨在温度超过250时分解成氮和氢 丙烷含有氧气时，在460时开始分解，660时分解43%，830时完全 分解 R12与铁、铜等金属接触时，在410430时分解，并生成氢、氟和极毒 的光气 R22与铁相接触时，550开始分解。 4.4.3 对材料的作用 氢、氦、氮及其他惰性气体工质、碳氢化合物工质等，对金属无腐蚀 作用。但氢很容易扩散到其他工程材料中，使材料的力学性能下降， 称为氢脆。 在正常情况下，卤素化合物制冷工质与大多数常用金属材料不起作用。 但在某种情况下，一些材料将会和制冷工质发生作用，例如水解作用、 分解作用等 制冷工质与金属材料接触时，发生分解作用强弱程度的次序（从弱到 强）是铬镍铁耐热合金、不锈钢、镍、纯铜、铝、青铜、锌、银（分 解作用最大）。 有水分存在时，氟利昂水解成酸性物质，对金属有腐蚀作用。当制冷 工质在系统中与铜或铜合金部件接触时，
