制冷

化學(xué)工業(yè)，利用制冷實現(xiàn)氣體分離、氣體冷疑；使混合物中一種物質(zhì)凝固，從而與其它物質(zhì)分離；液體的低溫貯存；為化學(xué)合成過程提供合適的溫度和壓力，移去反應(yīng)熱等。石油裂解、合成橡膠、合成塑脂、燃料生產(chǎn)、化肥生產(chǎn)需要制冷；天然氣液化、脫水、貯運也需要制冷。  機械制造，對鋼進行低溫處理（－70℃～－90℃）可以改變其金相組織，使奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強度。在鋼鐵工業(yè)中，需要對高爐鼓風(fēng)進行低溫除濕，以降低鐵水的焦化比，保證鐵水的質(zhì)量。在機器的裝配過程中，利用低溫方便地進行零件間的過盈配合。  低溫粉碎，低溫粉碎技術(shù)是利用材料在低溫狀態(tài)下的冷脆性能對材料進行粉碎。該技術(shù)的主要特點和用途如下：可以加工在常溫下無法粉碎的高彈性材料，如回收鋼結(jié)構(gòu)輪胎中橡膠；研制食品、中草藥的細微顆粒；加工生產(chǎn)納米材料，而且具有綠色生產(chǎn)的特點。 

建筑工業(yè)，用凍土法挖掘土方、建筑橋梁基礎(chǔ)、地下工程等可以提高施工效率，保障施工安全。制冷還應(yīng)用于冷卻巨型的混凝土塊，排除混凝土固化時釋放的化學(xué)反應(yīng)熱，以免發(fā)生熱膨脹和混凝土應(yīng)力。 

農(nóng)、牧業(yè)，制冷用于對農(nóng)作物種子進行低溫處理；建造人工氣候培育室；保存和處理優(yōu)良物種、畜種。某些食品、蔬菜等在冷凍干燥過程中，利用升華作用以除去水分，便于貯存和運輸，一些速溶咖啡就是采用這種冷凍干燥工藝進行生產(chǎn)的。  低溫與真空，低溫是獲取真空或高真空最有效手段之一，利用氣體在低溫表面的凝結(jié)、低溫吸附以及冷凝霜的捕集作用，可獲得<10_12Pa的極高真空。真空技術(shù)在空間研究和電子工業(yè)中有這樣用途。

1. 低溫生物醫(yī)學(xué)技術(shù) 

制冷在低溫生物醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著日益重要的作用。使用真空冷凍干燥法制取藥物，低溫保存血漿、疫苗、細胞組織、某些藥品及生物樣品；冷凍醫(yī)療是可靠、安全、有效易行的治療方法，特別是用于治療惡性腫瘤；用局部冷凍配合手術(shù)有很好的治療效果，如心臟、腫瘤、白內(nèi)障、扁桃腺等低溫外科手術(shù)，皮膚、眼珠等的移植手術(shù)等。諸多的現(xiàn)代醫(yī)療器械、治療儀、診斷儀也使用了制冷技術(shù)。

2. 科學(xué)實驗研究 

隨著能源需求的日益增加，在開發(fā)和合理使用現(xiàn)有能源、探索代用燃料和新能源、改善能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境條件等方面，制冷技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用。如天然氣開采、貯存和運輸，核聚變的開發(fā)和利用，磁懸浮高速列車的運行成功，低溫超導(dǎo)技術(shù)，氫能的生產(chǎn)和利用等。 

低溫在航空與航天領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及生命維持系統(tǒng)、地面研究設(shè)施，以及超高音速在空間邊緣飛行的推進系統(tǒng)。地面試驗裝置需用大容積的艙室來模擬深空間條件，高真空的空間環(huán)境要用液氮和液氦冷卻的低溫泵來產(chǎn)生，運載工具的固體或液體燃料的生產(chǎn)等，低溫技術(shù)已成為空間計劃的關(guān)鍵部分之一。 

低溫技術(shù)還用于儀器儀表、大型計算機、紅外裝置的冷卻。紅外天文衛(wèi)星用4K的液氦和1.8K的超流氦冷卻的儀器來探測寬頻道的紅外輻射，紅外探測器利用固體制冷劑（氫、氖和甲烷等）的升華（或采用輻射制冷技術(shù)）來冷卻。 

近年來，磁共振成像技術(shù)（MRI）已被許多醫(yī)院采用。采用超導(dǎo)量子干涉儀測量人體的心磁圖和腦磁圖的技術(shù)也將走向應(yīng)用。這些器件在不用電極接觸人體或不需要任何手術(shù)的情況下，探測人體的組織病變，并使精度大為提高。

制冷劑的一般性質(zhì)和要求 

一、制冷劑的熱力性質(zhì)  制冷系統(tǒng)中的制冷劑常常處于兩相區(qū)或接近飽和狀態(tài)。

二、制冷劑的化學(xué)、安全和環(huán)境性質(zhì)

2.1、制冷劑的熱穩(wěn)定性 

在一定的條件下，制冷劑受熱溫度升高會發(fā)生分解，但在制冷正常的運行條件下，由于制冷劑的工作溫度低于其分解溫度，制冷劑是熱穩(wěn)定的。制冷系統(tǒng)實際控制的制冷劑的最高使用溫度還受制冷工況、潤滑油的種類、壓縮機的材料等因素限制。

2.2、制冷劑與水的溶解作用 

不同的制冷劑的溶水性不一樣。氨易溶于水，生成的水溶液的凝固溫度低于0℃，因此氨制冷系統(tǒng)中不會因結(jié)冰堵塞制冷管路，但會腐蝕與其接觸的金屬材料。鹵代烴和碳氫制冷劑很難溶于水，當(dāng)制冷劑中含水量超過溶解度時，就會出現(xiàn)游離態(tài)的水；當(dāng)制冷溫度低于0℃時，游離水會因結(jié)冰堵塞節(jié)流機構(gòu)通道。水溶解制冷劑后會發(fā)生水解現(xiàn)象，生成酸性物質(zhì)，腐蝕金屬材料，降低繞組的電氣絕緣性能。因此，制冷系統(tǒng)中不允許有游離態(tài)水存在，一般在系統(tǒng)中設(shè)置干燥器。

2.3、制冷劑和潤滑油的溶解性 

不同的制冷劑液體與潤滑油的溶解性不同，同一制冷劑與不同的潤滑油的溶解性也不同，有的完全互溶，有的幾乎不溶解，而有的部分溶解。 在制冷溫度范圍內(nèi)， R717和R744幾乎不溶于礦物油；R22、R152a、R502與礦物油部分相溶，它們在高溫時與潤滑油完全互溶，在低溫時出現(xiàn)分層，一層含油較多，一層含油較少。R11、R12、R21、R500與礦物油完全互溶，形成均勻的溶液。R134a與多元醇酯類（簡稱POE）合成潤滑油是互溶的，而與礦物油是難溶的。 

注：制冷系統(tǒng)中的潤滑油是呈液體狀態(tài)存在的，當(dāng)制冷劑與潤滑油不互溶時，其優(yōu)點是蒸發(fā)溫度比較穩(wěn)定，同時在制冷設(shè)備中制冷劑與潤滑油分成兩層，因此易于分離；缺點是在換熱器的傳熱面上，會形成阻遏傳熱的油膜。當(dāng)制冷劑與潤滑油互溶時，在傳熱面上就不會形成油膜。潤滑油可隨制冷劑一起滲透到壓縮機的各個部件，形成良好的潤滑條件。但是，應(yīng)注意溶解制冷劑的潤滑油的粘度會降低，相同壓力下的蒸發(fā)溫度會升高等現(xiàn)象

2.4、制冷劑對金屬和非金屬的作用 

氨對鋼鐵無腐蝕作用，對銅、鋁或銅合金有輕微的腐蝕作用。但如果氨中含水，則對銅及銅合金（除磷青銅外）有強烈的腐蝕作用。鹵代烴對幾乎所有的金屬無腐蝕作用，只對鎂和含鎂超過2％的鋁合金有腐蝕。鹵代烴在含水情況下會水解成酸性物質(zhì)，對金屬有腐蝕作用。所以，含水的制冷劑和潤滑油的混合物能夠溶解銅。鹵代烴制冷劑是一種很好的有機溶劑，很容易溶解天然橡膠和樹脂，使高分子材料變軟。膨脹或起泡。所以，在選擇制冷機的密封材料和電器絕緣材料時，不使用天然橡膠、樹脂化合物，而要用耐鹵代烴腐蝕的氯丁烯、氯丁橡膠、尼龍、塑料等材料。烴類制冷劑對金屬材料無腐蝕。 

注意：鍍鋼現(xiàn)象：當(dāng)制冷劑在系統(tǒng)中與銅或銅合金接觸時，銅便會溶解在混合物中，然后沉積在溫度較高的鋼鐵部件上，形成一層銅膜，這就是所謂的鍍鋼現(xiàn)象。鍍銅現(xiàn)象在壓縮機曲軸的軸承表面，吸、排氣閥等光潔表面特別明顯。它會影響壓縮機的運動部件的配合間隙，以及吸排氣閥的密封，嚴重時使壓縮機無法正常工作。

2.5、制冷劑的電絕緣性  在封閉式壓縮機中，電動機的線圈與制冷機直接接觸，要求制冷劑應(yīng)具有良好的電絕緣性能。電擊穿強度表示制冷劑電絕緣性能的一個指標。值得說明的是雜質(zhì)、潤滑油的存在會使制冷劑的電絕緣強度下降。

2.6、制冷劑的安全性 安全性包括毒性和可燃性。 

2.7、環(huán)境性能及指標：臭氧消耗潛能值、全球變暖潛能值、總體溫室效應(yīng)值、大氣壽命、壽命期氣候性能。