项目一 制冷技术的基础知识和维修工具

制冷就是采用人工的方法把某一区域或某一物体的温度降至环境温度以下，并且在一段时间内维持所需的较低温度。这就需要不断地从某一区域、某一物体中吸收热量，并转移释放到周围环境介质中去，这个过程就是制冷过程。要掌握电冰箱和空调器的维修方法，就必须了解电冰箱与空调制冷的基本原理，熟悉制冷技术的基础知识和制冷设备的维修工具。

知识目标

1.正确认识和应用热力学基本概念。掌握热力系统基本状态参数、温度、热力学温标、干球温度、湿球温度、临界温度和饱和温度、压力、绝对压力、相对压力、真空、真空度、临界压力、饱和压力、湿空气、干空气、饱和空气、绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点的概念。

2.掌握物质的集态变化，了解湿蒸气、干蒸气、干度、过热蒸气、过冷液体。

3.掌握热、显热和潜热的概念、热力学第一定律和第二定律在制冷上的应用。了解焓和熵、制冷量、名义制冷量和能效比的概念。

4.掌握液体汽化法制冷常用的制冷种类、性质和要求，了解制冷剂的命名方法。

5.了解冷冻润滑油的性能、要求与选用。

技能目标

1.认识制冷维修设备和工具。

2.正确安装氧气乙炔气焊设备。

基本知识

知识一 制冷技术的基础知识

一、热力系统的基本概念

1.热力系统

（1）系统。在热力学研究中，研究者指定的具体研究对象称为系统。如制冷系统、电器控制系统等。

（2）环境。与系统发生相互作用的周围所有介质称为环境，又称为外界，如大气环境。

（3）闭口系统。与环境没有质量交换的系统称为闭口系统。如电冰箱的制冷系统。

（4）开口系统。与环境有质量交换的系统称为开口系统。如中央空调冷却水系统。

（5）绝热系统。与环境没有热量交换的系统称为绝热系统，又称孤立体系。如制冷剂在压缩机中的压缩过程，可近似认为是绝热压缩过程。绝对的绝热系统是不存在的。

2.系统的热力状态

（1）状态。某一时刻，系统中工质表现在热力现象方面的总状况。

（2）状态参数。描述制冷系统制冷剂热力状态的物理量称为状态参数。

（3）基本状态参数。当系统与外界发生相互作用时，系统的状态将发生变化，系统状态的变化一般表现为系统中工质的压力、比容、温度、内能、焓和熵这些物理量的变化，并且这些物理量的变化与变化的过程无关。但基本状态参数只有三个：温度、压力和比容。

3.密度与比容

（1）密度。单位体积流体具有的质量，单位是kg/L。

（2）比容。密度的倒数，单位质量流体具有的体积，单位是L/kg。

二、温度

1.温度的概念

温度在宏观上是描述物体冷、热程度的物理量；在微观上是物质内部大量分子移动的动能平均值。

2.温标

衡量温度的标尺称为温标，工程上常用的温标有3种：热力学温标、摄氏温标和华氏温标。

（1）热力学温标。又称开尔文温标，是国际制温标，符号为T，单位为K；规定以纯水的三相点作为零点，即热力学温标是在一个标准大气压（1atm）下定义纯水的冰点温度为273.15K，沸点温度为373.15K，其间分为100等份，每等份称为热力学温度1度（1K）。当物体内部分子的运动终止时，其热力学温度为0K。事实证明绝对0K是达不到的。

（2）摄氏温标。符号为 t，单位为℃；在一个标准大气压下，把纯水的冰点温度定为0℃，沸点温度定为100℃，其间分成100等份，每一等份多1℃。若温度低于0℃时，应在温度数字前面加“-”号。相对的温度计称为摄氏温度计。

（3）华氏温标。其符号本书用θ表示，单位为°F。华氏温标是在一个标准大气压下把纯水的冰点温度定为32°F，沸点温度定为212°F，其间分成180等份，每一等份就叫1°F。

（4）三种温标之间的关系如图1-1所示。

3种温标的换算关系为：

t = T-273.15（℃）

θ = 9t /5+32（°F）

T = t +273.15（K）

例1.1 电冰箱正常工作时，蒸发器中制冷剂的沸点为21.3℃，合多少华氏度？合多少开？

解：华氏度θ = 9t/5 +32=1.8×21.3+32=70.34（°F）

T=t +273.15=21.3+273.15=294.45（K）

3.干、湿球温度

（1）干球温度。普通温度计测量出来的温度。如天气预报白天最高温度为28℃，28℃就是干球温度。

（2）湿球温度。用湿纱布包住普通温度计的温包，就组成一个湿球温度计，所测出的温度就是湿球温度。

4.饱和温度

（1）饱和状态。气体和液体两种集态的质量不再发生变化，达到动态平衡，这种状态称为饱和状态。饱和状态下的蒸气称为饱和蒸气，饱和状态下的液体称为饱和液体。

（2）饱和温度的概念。液体沸腾时维持不变的温度称为沸点或称为在某一压力下的饱和温度；饱和蒸气和饱和液体的温度称为饱和温度。饱和蒸气和饱和液体的温度是一样的。与饱和温度相对应的某一压力称为该温度下的饱和压力。

饱和温度和饱和压力随着相应的压力和温度的增大而升高，一定的饱和温度对应着一定的饱和压力。饱和温度和饱和压力一一对应。如在一个大气压（约0.1MPa）下水的饱和温度为100℃，水在100℃时的饱和压力为一个大气压（1atm）；而在0.048MPa的绝对压力下，水的饱和温度为80℃，即80℃时水的饱和压力为0.048MPa。

饱和温度和饱和压力对制冷系统有重要的意义。在蒸发器中，制冷剂液体在蒸发器内进行吸热、沸腾，由于饱和压力不变，饱和温度也不变。

5.临界温度

当气体物质的温度升高到某一特定数值后，即使施加多么大的压力也不会由气态变成液体了，这一特定温度称为临界温度。

三、压力

1.压力定义

垂直作用于物体表面的力称为压力。压强则是单位面积上受到的垂直作用力。而工程上说的压力是压强，法定单位是 Pa（帕）。除了法定单位外，还有几种常见的非法定单位，大气压力（at）、工业大气压（bar）和标准大气压（atm）。

大气压是指空气对地球表面的压力，用at表示。

在工程上把1kg的力作用在1cm2上称为一个工程大气压（bar）。

标准大气压是在135纬度45经度0℃的海平面上受到的空气压力，用atm表示。

2.压力单位之间的换算关系为

1MPa=10at =10bar =106 Pa

1 at=1bar =1×105Pa

1 atm=1.013×105Pa

1 Pa=1N/m2

压力有绝对压力、表压力和真空度之分。

3.绝对压力、表压力和真空度

（1）绝对压力。是指被测流体器壁受到的实际压力，它是以绝对真空为零起点，标准大气压为1atm计算的压力，用P绝表示。

（2）表压力。压力表指示的压力叫做表压力，它是以当地大气压（B）为零起点计算的压力，高于当地大气压为正，低于此值为负。因此又称相对压力，用P表表示。绝对压力与表压力之间的换算关系是：

P绝= P表+ B

例如：夏天分体空调工作制冷时，压力表指示的压力为 4.5 个压力（bar），当地大气压为1bar，则绝对压力为P绝= P表+ B = 4.5+1=5.5bar，相对压力为4.5bar。

（3）真空度。真空是低于一个大气压的气态空间。表压力指示的数值为负值，而真空度是表示真空程度的物理量，在数值上是真空负压的绝对值。用P真表示：

P真= B -P绝

4.饱和压力

是饱和蒸气和饱和液体的压力，是与饱和温度相对应的压力。饱和压力与饱和温度一一对应。

5.临界压力

在临界温度时物质仍可由气态转变为液体，此时使气体液化的最低压力，即与临界温度相对应的压力。

四、湿度和露点

1.空气

（1）湿空气。含有水蒸气的空气称为湿空气。一般情况下空气就是湿空气，是由干空气和水蒸气组成的。

（2）干空气。完全不含水蒸气的空气称为干空气。

（3）饱和空气。在一定温度下，空气中所含水蒸气的量达到最大值，开始结露，这种空气就叫做饱和空气。空气中所含水蒸气的多少用湿度来表示，湿度常用绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点来表示。

2.绝对湿度与相对湿度

（1）绝对湿度。单位体积空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的绝对湿度，单位为kg/m3或g/m3 。

（2）相对湿度。是指在某一温度下，空气中所含水蒸气的实际质量与同一温度下饱和空气中的水蒸气质量之百分比。

（3）二者差别。绝对湿度只说明单位体积空气中含有多少克水蒸气，不能说明有没有达到饱和，而相对湿度则说明了空气达到饱和时的程度。

在实际中直接测量空气所含水蒸气质量较困难，由于空气中水分产生的压力在 100℃以下时与空气中含水量成正比，从而可以用空气中水蒸气产生的压力表示空气中的绝对湿度。

（4）空气中的绝对湿度与相对湿度的关系是：

相对湿度可用由两支完全相同的温度计组成干、湿球温度计来测量。其中一支温度计叫干球温度计，用来测量空气温度；另一支叫湿球温度计，其下端包着棉纱且浸在水中。由于水分的蒸发，湿球温度总是低于干球温度。如图1-2所示。

空气相对湿度越小，水越容易蒸发，干、湿球温差越大；反之，空气相对湿度越大，干、湿球温差就越小。相对湿度达到100%时，干、湿球温度相等。

3.含湿量与露点

（1）含湿量。在实际应用中，一般不使用绝对湿度，而使用“含湿量”这一概念。在含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的含湿量，其单位是g/kg干空气。

（2）露点。在含湿量不变的条件下，空气中水蒸气刚好达到饱和时的温度或湿空气开始结露时的温度叫露点。在空调技术中，常利用冷却方式使空气温度降到露点温度以下，以便水蒸气从空气中析出凝结成水，从而达到干燥空气的目的。空气的含湿量大，它的露点温度就高，物体表面也就容易结露。

五、气液状态变化

1.汽化与冷凝

蒸汽压缩式制冷与制冷剂的气液状态变化密切相关，如制冷剂在蒸发器内汽化，在冷凝器内冷凝。

（1）汽化。物质的状态从液态转变成气态叫汽化，汽化过程要吸收热量，汽化有蒸发和沸腾两种形式。

① 蒸发。蒸发是只在液体表面进行的汽化现象，它可以在任何温度和压强下进行。一般是慢慢进行的汽化现象。

② 沸腾。是在一定压力下温度达到一定值时，在液体表面和内部都剧烈进行的汽化现象。沸腾汽化时的温度称为沸点，也称为一定压力下的饱和温度。蒸发器内进行的汽化现象就是沸腾汽化现象，汽化程度是剧烈的。

制冷剂的沸点与压力有一一对应关系。例如，在1atm下水的沸点为100℃，在0.00891bar下沸点为5℃；R134a在0.64bar（表压力）时，沸点为-15℃，在0.33bar（表压力）下，沸点为-20℃；R12 在 0.51bar（表压力）下沸点为-20℃，在 0.24bar 下沸点为-25℃。R22 在4.143bar（表压力）下沸点为1℃，在4.839bar（表压力）下沸点为5℃。

（2）冷凝。物质的状态从气态变成液态叫冷凝，又称为液化。气体液化的条件：降低温度和增大压力对冷凝有利，有效的方法是提高压力，电冰箱制冷系统是采用压缩机和毛细管来提高冷凝压力的。冷凝过程要放出热量。

2.湿蒸气

（1）湿蒸气。饱和蒸气与饱和液体的混合物，称为湿蒸气。制冷剂在蒸发器和冷凝器中，进行的气液集态转变过程中，饱和液体与饱和蒸气是同时存在的。

（2）干蒸气。完全不含饱和液体的饱和蒸气称为干蒸气。为了避免压缩机进行湿压缩，要求回气管为干蒸气。

（3）干度。湿蒸气中饱和蒸气的含量，用湿蒸气的干度X表示。用mv和mw分别代表湿蒸气中所含饱和蒸气与饱和液体的质量，则湿蒸气的干度值：

X=mv / (mv+mw)

X=0时，完全不含饱和蒸气，为纯饱和液体。

X=1时，完全不含饱和液体，为干饱和气体。

制冷剂在蒸发器中的干度是从0～1不断增加的。在冷凝器中的干度是从1不断减小的。

3.过热蒸气及过热度

在某压力下，蒸气的温度若高于该压力所对应的饱和温度时，这种蒸气称为过热蒸气，超过的温度叫过热度。

例1.2 1atm（标准大气压）下，水的饱和温度为100℃，130℃水的蒸气为过热蒸气，过热度为30℃。

例1.3 R22制冷系统空调工况下，制冷剂在蒸发器中沸腾汽化温度为5℃，压缩机回气管中的温度为15℃，其蒸气为过热蒸气，过热度为15℃-5℃=10℃。

4.过冷液体及过冷度

某压力下，液体的温度若低于该压力对应的饱和温度时，这种液体称为过冷液体，温度差值为过冷度。

六、热

1.热量

是能量变化的一种量度，表示物体在吸热或放热过程中所转移的热能。热量的法定单位是J（焦），非法定单位是cal（卡）。它们之间的关系是：

1J = 0.2388cal， 1cal = 4.1868J

热量有显热和潜热两种形式。

（1）显热。是指物质温度变化，状态不变所吸收或放出的热量。如水的温度从20℃升至80℃，这时水吸收的热量为显热。

（2）潜热。是指物质的状态变化（如熔解、液化等），而温度不变所吸收或放出的热量。如将100℃的水变为100℃的水蒸气时，需要吸收的热量就是潜热。依据物态变化，潜热可分为汽化潜热、液化潜热、熔化潜热和凝固潜热等。

2.焓与熵

（1）焓。热能是物质分子所具有的动能与位能的总和，而物质分子在各种状态下都在不停地运动，所以物质总是含有一定的热量，只是所处状态不同时，所含热量不同而已。1kg的物质在某一状态时，所含的热量称为该物质的焓，符号为H，单位为kJ/kg。制冷工质在系统中流动时，其内能和外功总是同时出现的，因此焓可以转化成热力计算。

焓的物理意义是指以特定温度作为起点的物质所含的热量。例如，通常把水在压力为101325Pa，温度为 0℃时的焓定义为零。把 0℃的 R12和 R134a液态制冷剂的焓值规定为200kJ/kg。

焓随制冷剂的状态、温度和压力等参数的变化而变化。当对制冷剂加热或做功时，焓就增大，反之，制冷剂被冷却或蒸气膨胀向外做功时，焓就减小。

（2）熵。熵和焓一样，也是描述物质状态的参数，它是从外界加进1kg物质（系统内）的热量Q与加热时该物质的热力学温度T（K）之比，用S表示，其关系式为：

S = Q/T（kJ/kg）

熵值也是复合状态参数，它只与状态有关，而与过程无关，在一定的状态下，制冷剂的熵值是确定的。熵不需要计算绝对值。由于热力学温度T永远是正值，故热量的变化ΔQ与熵的变化ΔS符号相同。工质吸热，ΔQ为正值，工质的熵值必然增加，ΔS也为正值。反之，工质放热（被冷却）ΔQ 为负值，工质的熵减少，ΔS 也为负值。因此，根据制冷过程中熵的变化，就可判断出工质与外界之间热流的方向。

七、热力学第一定律和热力学第二定律

1.热力学第一定律

无论何种热力过程，在机械能与热能的转换或热能的转移中，系统和外界的总能量守恒。即：能量不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式的能转换成另一种形式的能，但总能量保持不变。

电冰箱工作制冷时，冷凝器散出的热量总是大于蒸发器吸收的热量，即冷凝器散出的热量一部分是来自蒸发器在箱内吸收的热量，一部分是压缩机做功时因摩擦产生的热量。

2.热力学第二定律

如果能从单一热源（如大海或空气使之温度降低 1℃）取得热量，不违背热力学第一定律，使热量全部变为机械能对外做功，发出的电能能使全世界人民用几十年，事实证明：虽然不同于第一类永动机，不违背热力学第一定律，故称为第二类永动机，但也是不能实现的。科学家通过长期的科学实验和生产实践，得出结论，开尔文和普朗克将热力学第二定律表述为：

不可能制造只从一个热源取得热量，使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。

热量可以自发地、不费代价地从高温热源传到低温热源，要想把热量从低温热源传到高温热源，必须消耗压缩机的机械能。电冰箱总是从箱内吸收食品、空气（低温热源）的热量传到箱外大气环境（高温热源），必须消耗压缩机的机械能。克劳修斯将热力学第二定律表述为：

热量不可能自发地、不费代价地从低温热源传到高温热源。

如夏天热量总是通过门窗、墙壁传到室内，要想把热量从室内低温热源传到室外高温热源，必须消耗空调压缩机的机械能，才能实现蒸发器不断地在室内吸收热量，然后在室外通过冷凝器放出热量。说明热量的传递具有方向性。

八、功率、制冷量

1.功率

单位时间内所消耗的能量或所做的功，称为功率；单位为瓦（W）或千瓦（kW）。

2.制冷量

电冰箱或空调器进行制冷运行时，单位时间从密闭空间或区域移走的热量叫制冷量，因此制冷量的单位是瓦（W，1W=1J/s）或千瓦（kW）。空调器铭牌上所标的制冷量，叫名义制冷量，它是在规定的标准工况下所测得的制冷量。不同国家所规定的空调标准工况不一样。我国房间空调器的标准测试工况为：室内侧，干球温度27.0℃，湿球温度19.5℃；室外侧，干球温度35℃，湿球温度24℃。外国空调器测试的标准工况与我国的不同。因此，名义制冷量相同的空调器，其实际制冷能力未必完全相同。

3.能效比

压缩机的制冷量与其运行时所消耗的功率之比叫能效比，也叫性能系数。能效比是反映压缩机能耗的一项重要指标。

知识二 常见的制冷方法

制冷方法总的来说可分为：物理方法和化学方法两大类。

根据制冷产生的低温环境温度的不同，制冷技术大体可分为三类：

（1）普通制冷。环境温度以下到-153.15℃。

（2）深度制冷。-153.15℃到-253.15℃。

（3）低温和超低温制冷。-253.15℃到接近0K（即-273.15℃）。

按照制冷的物理原理不同，制冷技术主要可划分为以下四种：

（1）液体汽化法。我们往手上擦点易挥发的酒精，皮肤会感到凉意，这是由于酒精蒸发时吸收并带走了皮肤的热量（汽化潜热）的缘故。液体汽化法制冷，就是利用常压下沸点较低的液态制冷剂沸腾汽化（制冷技术中习惯上称为蒸发），吸收汽化潜热，使周围的物体或空间致冷的。它是利用物质液气集态变化过程获取低温的方法。在普通制冷范围内，现在主要采用液体汽化法制冷，如蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷等，其中又以蒸气压缩式制冷的应用最为广泛。

蒸气压缩制冷循环。将蒸发器出来的蒸气加压冷却后，重新冷凝为液体，然后再蒸发，如此不断循环，这就是蒸气压缩制冷循环。电冰箱和家用空调器采用这种制冷方式。蒸气压缩式制冷循环原理如图1-3所示。将制冷用的工质充灌在一个密封的系统内，液态工质经节流装置节流降压后，在蒸发器中等压汽化吸热，变为低温、低压蒸气，然后经过压缩机绝热压缩成高温高压蒸气，最后在冷凝器中液化放热，并再进入节流装置，从而完成一个制冷循环。

（2）气体膨胀法。气体膨胀法制冷，让气体经膨胀机膨胀或使气体经绝热节流膨胀都可致冷。气体流道的截面突然缩小然后又扩大的流动过程称节流。气体流经孔板、阀门过程是工程上常见的节流实例。由于流道截面突然缩小，流动阻力增大，节流气体压力将降低；并且大多数气体经绝热（和外界无热交换）节流后温度会降低，即产生致冷反应。但是，气体节流膨胀的冷却效应不大，单纯采用气体节流制冷的效率不高。目前多将节流制冷与具有膨胀机的气体膨胀制冷结合进行，用于深度制冷（如液化空气）和低温设备（如液化氮气）。

（3）温差电制冷（半导体制冷）。温差电制冷是利用珀尔帖效应来获取低温的。将两种不同的导体连接成闭合的环路，两个连接点称为节点，若加热其中一个节点，冷却另一节点，环路中将有电流产生，这种现象称为温差电现象，也称热电效应。这两种导体的组合，称为电偶对。相反，若在电偶对组成的环路中接入直流电源，那么其中一个节点的温度会升高，向外界放出热量；而另一个节点的温度将降低，会吸收周围的热量，产生致冷效应，这种现象称为珀尔帖效应。金属导体的珀尔帖效应十分微弱，没有实用价值。采用P型半导体和N型半导体用铜片焊接成电偶对，珀尔帖效应较为显著。如果将数十个半导体电偶对串联组成热电堆，则可获得较大的制冷量。由于实践均采用半导体材料制作电偶对和热电堆，所以温差电制冷又称半导体制冷。

半导体制冷装置无机械运行和传动部件，因而无噪声、无磨损、运行可靠、维修方便，并且冷却速度快、易于控制，多用于不便使用机械制冷装置的场所。例如作为电子器件的冷却器应用于电子计算机、石英晶体振荡器、激光发光体和电子摄像管中，作为测量仪器的冷源应用于半导体人工零点仪、半导体露点仪和露点湿度仪。

（4）绝热去磁法。顺磁介质在磁场中被磁化后，如果绝热地使磁场减弱消磁，顺磁介质的温度将会降低。根据这一原理，可以应用绝热去磁的方法获取非常低的温度。例如，在大气压下液态氦（He）的沸点为-268.934℃（4.216K），先用其他制冷方法获得液态氦后，再用抽气机将氦蒸气迅速抽走，使液态氦在低压下沸腾，可以达到热力学温度 1K（-272.15℃）的低温。但此法不能获得更低的温度了，如果将液态氦与某种顺磁性块类物质混合，施加磁场使顺磁块因磁化升温，在顺磁块和液态氦发生热交换时达到液态氦的温度时，将氦蒸气抽走，变成负压真空，然后绝热除去磁场，顺磁块的温度将降低，利用这种方法，可以获得热力学温度仅为0.001K（-273.149℃）的低温，已十分逼近极限低温——0K。

知识三 常见的制冷剂

一、制冷剂

1.制冷剂的定义

制冷系统中循环流动的工作物质，简称工质，又称制冷剂，俗称雪种。用Refrigerant（制冷）的第一个字母R表示。

2.制冷剂的种类及代号

（1）制冷剂的种类。制冷剂按其化学结构的不同可分为四类。

① 无机化合物。R后面第一个数字用7表示无机物，其余两位数字为该特质的分子量。如：NH3 的分子量为17，其代号为R717；H2O 的分子量为18，其代号为R718；干冰CO2的分子量为44，其代号为R744。

② 氟利昂。它是烷烃的卤代物，其分子通式为 CmHnFxClyBrz，其代号为 R(m-1) (n-1)xBz。如：CF2Cl2代号为R12；C2HF3Cl2代号为R123；CHF2Cl代号为R22；CH2F4代号为R134a。

③ 共沸溶液。它是由两种或两种以上的氟利昂组成的混合物，其蒸发温度和冷凝温度恒定不变，第一个数字用5表示。如：R500，由73.5%的R12和R152a组成；R501由25%的R12和R22组成；R502由48.8%的R22和R115组成。

95%的乙醇和5%的水组成共沸溶液，蒸发出来的气体，其组成也是95%的乙醇和5%的水。要想减少水分提纯乙醇，用生石灰吸收水分，纯度可达分析纯 99.9%；要想再减少水分提纯乙醇，只有用氧化镁吸收水分，纯度可达化学纯99.99%。

④ 碳氢化合物

甲烷CH4 R50

乙烯C2H4 R1150

异丁烷 C4H10 R600a

（2）制冷剂根据蒸发温度和冷凝压力的不同可分为三种。

① 高温低压制冷剂

② 中温中压制冷剂

③ 低温高压制冷剂

如：R11；

如：R12、R717、R22；

如：R13。

3.对制冷剂的要求

（1）对制冷剂在热力学性质方面的要求

① 沸点和凝固点要低。R12，R22中均含有氯，破坏大气臭氧层，但其标准大气压下沸点很低，R12标准沸点为-29.8℃，R22的标准沸点为-40.8℃。

② 蒸发压力稍高于大气压力，冷凝压力要低，一般不超过1.5～2.2MPa，以免设备过于笨重，压缩机功耗太大。冷凝压力和蒸发压力压差要小，比值要小。

③ 汽化潜热值要大。NH3有强烈刺激性气味，腐蚀设备，易发生爆炸，之所以用R717作制冷剂，是因为汽化潜热值大。

（2）对制冷剂在物理化学方面的要求

① 导热系数和换热系数要大，易于散热传热。

② 密度和黏度要小，减小流动阻力，减少制冷剂在流动过程中的能量损耗。

③ 要有一定的吸水性，不易产生冰堵。

④ 化学性质要稳定，不燃烧、不易发生爆炸、不与铜管道发生反应，不与压缩机的钢壳发生反应，不与冷冻油发生反应，不破坏大气臭氧层，水汽化潜热小、沸点高，能成为制冷剂是因为不燃烧，不会发生爆炸，价格便宜，容易得到。

4.常用制冷剂

目前，能够用做制冷剂的物质有80余种，常用的不过10多种，而电冰箱、空调器常用的制冷剂有R12、R22、R134a、R600a、R502等。

（1）R12（CCl2F2 ，二氟二氯甲烷）。它是甲烷的衍生物，属于中压制冷剂，主要用于中、小型制冷设备，如电冰箱。它无色、无味、不燃烧、不爆炸，对人体危害较小。R12在一般情况下是无毒的，对金属也无腐蚀作用，只在温度达 400℃以上并与明火接触时，才分解出有毒的光气COCl2，如空气中R12的含量超过25%～30%时，两小时后也会使人窒息。

R12的特点是极易溶于油而不易溶于水，同时渗透力强。溶解于油，使润滑油性能降低，不易溶解于水，就容易使系统水分结冰，堵塞毛细管末端，而且当氟利昂含有水分时，氟利昂会发生水解，对金属有很大的腐蚀性。R12还能溶解多种有机物质，所以不能用一般的橡胶密封垫。R12在一个大气压下，沸点为-29.8℃，凝固点为-115℃。

R12中含有氯原子，能被大气臭氧层中的臭氧氧化，从而破坏臭氧层。现在全球已禁止使用。

（2）R22（CHClF2，二氟一氯甲烷）。它也是甲烷的衍生物，在相同蒸发压力下，R22蒸发温度和冷凝温度比R12要低。R22无色、无味、不燃烧、不爆炸、毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷剂。R22溶于油并稍溶于水，但仍属于不溶于水的物质。

R22对金属与非金属的作用与R12相似，其泄漏特性与R12相似，同样需要系统密封性能高，R22腐蚀塑料橡胶的能力比R12强。

（3）R502。它是由48.8%的R22和51.2%的R12组成的一种混合溶液，沸点是-45.6℃，使用温度是-60～-20℃。这种由两种或两种以上制冷剂按一定比例相互溶解而成的具有一定沸点的制冷剂叫做共沸溶液制冷剂。其在一定压力下，有一定的蒸发温度，而且液相和气相的成分是恒定的。

R502 兼有 R22 与 R12 的优点，使用 R502 的压缩机排气温度约比使用 R22 的低 10～15℃，单位容积制冷量比R22高。在蒸发温度和冷凝温度相同的情况下，R502的吸入压力高，压缩机的压缩比小，制冷系数大，在低温工况时，R502的制冷量比R22大；蒸发温度若高于0℃，则R502的制冷量反而比R22小。R502的溶油性比R22差。R502多用在低温的制冷系统，若用于小型空调器中，则须对制冷系统进行必要的改进。R502虽然价格较贵，但因其性能优良，已逐渐代替R22。

（4）新型制冷剂。由于 R12、R22 和 R502 均属低氯化氟化碳类物质，其分子中都含有氯原子，会破坏臭氧层，引起地球的“温室效应”，并且分子中氯原子数越多，破坏作用越强。因此，1992年哥本哈根国际会议规定：发达国家从1996年1月1日起禁用R12，从2020年1月1日起禁用R22，而发展中国家的禁用期允许推后10年。寻找CFCl的最佳替代物是世界性的热点研究课题。

① R12的替代物。无氟绿色电冰箱中，不是没有氟利昂，也不是没有氟原子，而是不含氯原子，比较成熟的有两类：一类是氢氟烃，以R134a为代表。与R12相比有相似的物理性质，R134a 消耗臭氧层潜能 ODP 为零，诱导温室效应 GWP 近零。沸点为-26.5℃，比 R12高，汽化潜热为219.8kJ/kg比R12大，但制冷量低于R12，比R12更难溶于水，冷冻油吸水性很强，R134a极易水解。制冷系统更易造成冰堵。另一类是丙烷和丁烷形成的烃，以R600a （C4H10异丁烷）为代表。沸点为-11.5℃。制冷系统为负压真空运行。消耗臭氧潜能ODP= 0，诱导温室效应 GWP= 0，环保性能好，蒸发压力为负压，无卤族元素与水不发生水解反应，不腐蚀金属，制冷性能比R12好，但其易燃易爆，制冷系统无特殊要求。

美国、日本及我国部分企业主张使用R134a。这种物质不会破坏臭氧层，无毒，不可燃，物化性质也与R12相近，但它具有使全球变暖的温室效应，而且不溶于矿物油，须选用新的与 R134a 兼溶的酯类润滑油（如 RL—329），并且要对压缩机、热交换器等制冷零部件的设计做相应的改动。欧洲国家普遍主张使用烃类制冷剂，有的用丙烷和丁烷各50%的混合物替代R12，有的用R600a（异丁烷）替代R12等。

② R22的替代物。氢氟烃类物质不破坏臭氧层。经过反复实验筛选，发现用R32/R134a的混合物替代R22，不但热力性能更好，又可节能，而且电气绝缘性能比R22更好，因而使空调器整机性能有所提高。但它仅对聚酯类润滑油有兼溶性，而且这种兼溶性还受添加剂的种类、数量的影响。

二、冷冻油

压缩机所有运动零部件的磨合面必须用润滑油加以润滑，以减少磨损，制冷压缩机所使用的润滑油叫做冷冻机油，简称冷冻油。冷冻油还把磨合面的摩擦热能——磨屑带走，从而限制了压缩机的温升，改善了压缩机的工作条件。压缩机活塞与汽缸壁、轴封磨合面间的油蜡，不仅有润滑作用，而且有密封作用，可防止制冷剂的泄漏。

1.冷冻油的性能与要求

冷冻油与制冷剂有很强的互溶性，并随制冷剂进入冷凝器和蒸发器，因此，冷冻油既要对运动部件起润滑和冷却作用，又不能对制冷系统产生不良影响，所以，冷冻油的物理、化学、热力性质应满足下列要求。

（1）黏度适当。黏度是表示流体黏滞性大小的物理量。黏度分为动力黏度和运动黏度两种，黏度随温度的升高而降低，随压力的增大而增大。黏度是冷冻油的一项主要性能指标，因此，冷冻油通常是以运动黏度值来划分牌号的，不同制冷剂要使用不同黏度的冷冻油。如R12与冷冻油互溶性强，使冷冻油变稀，应使用黏度较高的冷冻油。制冷系统工作温度低，应使用黏度低的冷冻油；制冷系统工作温度高，应使用黏度高的冷冻油；转速高的往复式压缩机及旋转式压缩机应使用黏度高的冷冻油。

（2）浊点低于蒸发温度。冷冻油中残留有微量的石蜡，当温度降到某个值时，石蜡就开始析出，这时的温度称为浊点。冷冻油的浊点必须低于制冷系统中的蒸发温度，因为冷冻油与制冷剂互相溶解，并随着制冷剂的循环而流经制冷系统的各有关部分，冷冻油析出石蜡后，会堵塞节流阀孔等狭窄部位，或存积在蒸发器盘管的内表面，影响传热效果。

（3）凝固点足够低。耐低温而不凝固，冷冻油失去流动性时的温度称为凝固点，其凝固点总比浊点低。冷冻油的凝固点必须足够低，以R12和R22为制冷剂的压缩机，其冷冻油的凝固点应分别低于-30℃和-40℃。冷冻油中溶入制冷剂后，其凝固点会降低。如冷冻油中溶入R22后，其凝固点会降低15～30℃。

（4）闪点足够高。冷冻油蒸气与火焰接触时发生闪火的最低温度，叫做冷冻油的闪点。冷冻油的闪点应比压缩机的排气温度高20～30℃，以免冷冻油分解、结炭，使润滑性能和密封性能恶化。使用R12和R22为制冷剂压缩机，其冷冻油闪点应在160℃以上；而在热带等高温环境下使用的空调器，其冷冻油闪点宜在190℃以上。

（5）化学稳定性好。冷冻油在与制冷剂、金属共存的系统中，若温度比较高，则会在金属的催化作用下，发生分解、聚合、氧化等化学反应，生成具有腐蚀作用的酸。因此，化学稳定性好的冷冻油，其含酸值比较低。

（6）杂质含量低。制冷剂、冷冻油溶液中若混入微量水分，则会加速该溶液的酸化作用，使制冷系统出现有害的镀铜现象，并使压缩机的电机绝缘性能降低。因此，1kg 冷冻油中含水应低于 40mg。冷冻油在生产过程中虽然经过严格的脱水处理，但它有很强的吸水性，因此冷冻油存储中要做好容器的密封工作，勿让其长时期与空气自然接触。冷冻油中若含有机械杂质，则会加速运动机件的磨损，并引起油路堵塞。所以，冷冻油不应含机械杂质。

（7）绝缘性能好。封闭式压缩机的电机绕组及其接线柱与冷冻油直接接触，因此，要求冷冻油有良好的绝缘性能。纯净冷冻油的绝缘性能一般都很好，但是，若油中含有水分、尘埃等杂质，则其绝缘性能就会降低。冷冻油的绝缘性能用击穿电压来表示，击穿电压测定的方法为：将冷冻油倒入装有一对2.5mm间隙的电极的玻璃容器内，电极通电后逐渐升高电压直到冷冻油的绝缘被破坏而发出激烈的响声，此时的电压值就是这种油的击穿电压。冷冻油的击穿电压要求在25kV以上。

（8）耐高温而不汽化。压缩机工作时因活塞与汽缸要发生摩擦而使温度升高，如果冷冻油汽化，会与制冷剂一起排入冷凝器和蒸发器中，使冷凝器和蒸发器的换热效果降低。

2.冷冻油的选用

（1）牌号选择。目前，我国生产的冷冻油主要有5种，其牌号按运动黏度来标定，黏度越大，标号越高。不同牌号的冷冻油不能混用，但可以代用，代替原则是：高标号冷冻油可代替低标号冷冻油，而低标号冷冻油不能代替高标号冷冻油。使用R12做制冷剂的压缩机可采用HD—18号冷冻油；使用R22做制冷剂的压缩机可采用HD—25号冷冻油；R717做制冷剂的压缩机可采用HD—13；R134a做制冷剂的压缩机可采用RL—329冷冻油。

（2）质量判断。从冷冻油外观可以初步判断其质量的优劣。当冷冻油中含有杂质或水分时，其透明度降低；当冷冻油变质时，其颜色变深。因此，可在白色干净的吸墨纸上滴一滴冷冻油，若油迹颜色浅而均匀，则冷冻油质量尚可；若油迹呈一组同心圆状分布时，则冷冻油内含有杂质；若油迹呈褐色斑点状分布，则冷冻油已变质，不能使用。优质冷冻油应是无色透明的，使用一段时间后会变成淡黄色，随着使用时间的延长，油的颜色会逐渐变深，透明度变差。

基本技能

技能一 认识制冷设备的维修工具

一、切割和涨扩铜管工具

制冷系统中的制冷剂是在封闭的管路中流动的，因此在维修电冰箱制冷系统的过程中，会对制冷剂的管路进行改造修补，因此会用到大量的切割工具和涨扩管工具来加工铜管。常用的切割工具和涨扩工具如表1-1所示。

二、气焊设备

1.气焊设备的组成

制冷设备中的管路的连接与维修，离不开气焊设备的使用。常用的气焊设备组成如表1-2所示。

2.打气检漏和抽真空设备

在检修制冷设备的过程中要对制冷剂管路进行打气检漏、抽真空等操作。在工作过程中会用到许多设备，如表1-3所示。

3.电路测量仪器

制冷设备中还包含许多电路控制设备，这类设备的检修必须用到专用检测仪器，主要仪器如表1-4所示。

4.其他用具及材料

制冷设备维修中还用到许多用具及材料，如表1-5所示。

技能二 气焊设备的安装调试

步骤如下：

（1）组装氧气减压表，把图1-4、图1-5所示的减压表、调节阀顶针安装在一起。

（2）组装乙炔减压表，把图1-6、图1-7、图1-8所示的减压表、调节阀顶针、卡具连接在一起。如图1-9所示。

（3）在氧气减压表上连接氧气皮管，并用铁丝拧紧，如图1-10所示。在氧气钢瓶上用大扳手安装氧气减压表，如图1-11、图1-12所示。

（4）在乙炔气钢瓶上配置安装乙炔减压表，在乙炔减压表上连接乙炔皮管（绿色皮管），均用铁丝紧固，如图1-13所示。把乙炔减压表安装在如图1-14所示的乙炔瓶上，如图1-15所示。

（5）用红颜色的氧气输气管的另一端连在焊枪下面氧气管道上，并用铁丝紧固，然后关闭焊枪上的调节阀门。焊枪上有氧气和乙炔字样，如图1-16所示。

（6）用绿色或黑色乙炔输气管的另一端连在焊枪上面乙炔气管道上，并用铁丝紧固，如图1-16所示。

（7）用氧气瓶双向绞手或扳手打开氧气瓶瓶阀（如图1-17、图1-18、图1-19所示），调节减压阀操作杆，使氧气输出压力为0.1～0.2MPa，如图1-20所示。

（8）用乙炔瓶钥匙（如图1-21所示）打开乙炔气钢瓶上的阀门，检查是否漏气，若漏拧紧；调节减压阀操作杆，使乙炔气输出压力为0.03～0.05MPa，如图1-22、图1-23所示。

（9）关闭乙炔瓶和氧气瓶瓶阀，等以后实习用。

技能三 压力真空连程表

一、压力表的认识

（1）压力表的作用。指示系统的压力，指示氟利昂的蒸发温度。

（2）压力表的常见外形。如图1-24、图1-25所示，图中的0.4、0.8、1.2、1.5表示的是MPa。

1MPa =10at=10bar=106Pa。MPa为兆帕，at为大气压，bar为工业大气压，即1kg的力作用在1cm2上。Pa为帕，是1N的力作用在1m2的面积上。如：0.4MPa即4个大气压，4×105Pa。

二、压力表的读数

读数单位：一般都以MPa为单位，电冰箱正常工作时，压缩机低压工艺管处的压力常温下应为 0.05MPa 左右，冬天温度很低时，工艺管处的压力在 0～0.02MPa，夏天中午温度高时，工艺管处的低压压力在 0.05～0.07MPa。分体空调夏天工作制冷时，早晨低压检修阀的表压力应为0.4MPa左右，中午环境温度高时，低压检修阀的表压力可达0.5～0.55MPa。

项目评价

项目小结

1.研究者指定的研究对象称为系统。系统有开口系统、闭口系统和绝热系统。与系统发生相互作用的周围所有介质称为环境，又称为外界。

2.温度在宏观上是描述物体冷热程度的物理量；在微观上标志物质内部大量分子热运动的激烈程度。衡量温度的标尺称为温标，常用的温标有3种：热力学温标、摄氏温标和华氏温标。3种温标的换算关系：t = T-273.15（℃），θ = 9t/5 +32（°F），T = t +273.15（K）。

普通温度计测量出来的温度就是干球温度，湿球温度计测出的温度就是湿球温度。液体沸腾时维持不变的温度称为沸点或称为在某一压力下的饱和温度；当气体物质的温度升高到某一特定数值后，即使施加多么大的压力也不会由气态变成液体了，这一特定温度称为临界温度。

3.器壁受到的实际压力称为绝对压力，它是以绝对真空为零起点。压力表的示数叫做表压力，它是以当地大气压（B）为零起点计算的压力。

4.单位体积空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的绝对湿度。单位体积空气中所含水蒸气的实际质量与饱和空气水蒸气质量之百分比，叫做空气的相对湿度。在含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的含湿量。空气开始结露时的温度叫露点。

5.物质的集态从液态转变成气态叫汽化，汽化有蒸发和沸腾两种形式。物质的集态从气态转变成液态叫冷凝。

6.常见的制冷方法，制冷剂及其种类，对制冷剂的要求，常用制冷剂及新型制冷剂。

7.润滑油、作用及对润滑油的要求。

思考与练习一

1.3种温标之间的换算关系。空调器正常工作时，低压表压力为4at（0.4MPa），饱和温度为5℃，华氏温度为多少？热力学温标为多少K？

2.什么是空气的绝对湿度、相对湿度？二者的关系如何？

3.绝对压力与相对压力的区别和关系是什么？空调器正常工作时，低压表压力为 4at （0.4MPa），绝对压力为多少at？相对压力为多少MPa？

4.显热和潜热的区别是什么?

5.氟利昂是怎么进行命名的？

6.制冷剂是怎样进行分类的？

7.对制冷剂的性能要求如何？

8.对冷冻油的性能要求如何？

9.常用的制冷设备维修工具有哪些？

10.叙述安装和调试气焊设备的步骤。