制冷劑與載冷劑

1、制冷原理與設(shè)備制冷原理與設(shè)備第2章 制冷劑與載冷劑主 編李曉東電子制作電子制作齊向陽(yáng)齊向陽(yáng) 第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2.1 制冷劑制冷劑 在制冷裝置內(nèi)完成熱力循環(huán)的工質(zhì)2.1.1 制冷劑的種類與編號(hào)制冷劑的種類與編號(hào)(1) 無(wú)機(jī)化合物(2) 飽和烴的鹵化物(氟利昂)(3) 碳?xì)浠衔?烴類)(4) 共沸制冷劑(5) 非共沸制冷劑如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、異丁烷等如R502等如R407C等第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，將其分為三類按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，將其分為三類高溫（低壓）制冷劑中溫（中壓）制冷劑低溫（高壓

2、）制冷劑ts0Pc0.20.3MPa0ts-60, 0.3MPaPc2.0MPats-60第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2.1.1.2 制冷劑的編號(hào)表示方法 鹵代烴鹵代烴R22分子式CmHnFxClyBrz n+ x+ y+ z = 2m+2編號(hào)同分異構(gòu)體溴分子數(shù)，為0，B可省略R(m1)(n+1)x(a,b)Bz舉例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑 碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔?烴類烴類) 不飽和碳?xì)浠衔锖望u代烯不飽和碳?xì)浠衔锖望u代烯 R50R170R1150R1270編號(hào) 與氟利昂編號(hào)方法相同舉例甲烷(CH4)乙烷

3、 (C2H6)R1+氟利昂編號(hào)方法編號(hào)舉例乙烯 (C2H4)丙烯 (C3H6)烷烴類烯烴類第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑 共沸共沸(液體液體)制冷劑制冷劑= R152a/R12(26.2/73.8)= R22/R115 (48.8/51.2)質(zhì)量百分比組成由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成，在氣化或液化過(guò)程中，蒸氣成分與溶液成分始終保持相同；在既定壓力下，發(fā)生相變時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度保持不變。編號(hào)R5XX舉例R500R502已經(jīng)商品化的共沸混合物，依應(yīng)用先后在500序號(hào)中順次地規(guī)定其識(shí)別編號(hào)。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑 非共沸(液體)制冷劑組成由兩種或兩種以上的制冷劑

4、按一定的比例混合而成。在定壓下氣化或液化過(guò)程中，蒸氣成分與溶液成分不斷變化，對(duì)應(yīng)的溫度也不斷變化。編號(hào)R4XX舉例R407cR404a 已經(jīng)商品化的非共沸混合物，依應(yīng)用先后在400序號(hào)中順次地規(guī)定其識(shí)別編號(hào)。R32/R125/R134a(23:25:52(%)R125/R143a/R134a(44:52:4(%)第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑無(wú)機(jī)化合物R717R744R718R7XX無(wú)機(jī)化合物的分子量編號(hào)氨二氧化碳水舉例第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2.1.2 對(duì)制冷劑的要求l1.熱力學(xué)方面的要求：l1)沸點(diǎn)要求低l2)臨界溫度要高、凝固溫度要低l3) 具有適宜的工作壓力

5、， (Pk/Po)小l4) 汽化潛熱大l5)對(duì)于大型制冷系統(tǒng)，單位容積制冷量盡可能地大l6) 絕熱指數(shù)小些l7)對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)應(yīng)采用分子量大的制冷劑第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2.物理化學(xué)方面的要求：l1）粘度盡可能小l2）熱導(dǎo)率要求高l3）純度高。l4）熱化學(xué)穩(wěn)定性好，l5）良好的電絕緣性。l6）溶解于油的不同性質(zhì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。l制冷劑在潤(rùn)滑油中的溶解性可分為完全溶解、微溶解和完全不溶解。一般可認(rèn)為R717、R13、R14等是不溶于油的制冷劑；R22、R114等是微溶于油的；R11、R12、R21、R113等是完全溶于油的。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l3

6、.安全性方面的要求：l1）在工作溫度范圍內(nèi)不燃燒、不爆炸。l2）無(wú)毒或低毒，相對(duì)安全性好l3）具有易檢漏的特點(diǎn)l4）制冷劑無(wú)毒l4.經(jīng)濟(jì)性方面的要求 l制冷劑的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)廉、易得。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2.1.3 常用制冷劑的性質(zhì)l1.水的特性（R718）l 屬于無(wú)機(jī)物類制冷劑，來(lái)源最廣，最為安全而便宜的工質(zhì)。l水不宜在壓縮式制冷機(jī)中使用，適合在空調(diào)用的吸收式和蒸汽噴射式制冷機(jī)中l(wèi)2.氨的特性（R717） l氨的壓力適中，單位容積制冷量大，流動(dòng)阻力小，熱導(dǎo)率大，價(jià)格低廉，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。l氨的主要缺點(diǎn)是毒性較大、可燃、可爆、有強(qiáng)烈的刺激性臭味、等熵指數(shù)較大，若

7、系統(tǒng)中含有較多空氣時(shí)，遇火會(huì)引起爆炸。l氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有空氣分離器，及時(shí)排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣及其它不凝性氣體。l氨系統(tǒng)中不必設(shè)置干燥器，含水量仍限制在0.2的范圍內(nèi)。l氨制冷系統(tǒng)中往往設(shè)有油分離器l氨制冷系統(tǒng)中，不允許使用銅及其銅合金材料第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l3.氟利昂的特性l1）R12對(duì)大氣臭氧層有嚴(yán)重破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)，因此它已受到限用與禁用。但它目前仍是國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的中溫制冷劑之一，2010年1月1日起將在我國(guó)完全停止生產(chǎn)和消費(fèi)。南極臭氧空洞的變化第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l3.氟利昂的特性lR12無(wú)色、氣味很弱、毒性小、不燃燒、不爆炸，lR12等熵

8、指數(shù)小，壓縮機(jī)的排氣溫度較低。單位容積制冷量小、相對(duì)分子質(zhì)量大、流動(dòng)阻力大、熱導(dǎo)率較小。l水在R12中的溶解度很小，低溫狀態(tài)下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必須經(jīng)過(guò)干燥處理lR12能與礦物性潤(rùn)滑油無(wú)限溶解，在蒸發(fā)器中，隨R12 的不斷蒸發(fā)，潤(rùn)滑油在其中逐漸積存，使蒸發(fā)溫度升高，傳熱系數(shù)下降。lR12對(duì)一般金屬?zèng)]有腐蝕作用，但能腐蝕鎂及含鎂量超過(guò)2的鋁鎂合金。含水后會(huì)產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。R12對(duì)天然橡膠及塑料等有機(jī)物有膨潤(rùn)作用，R12極易滲透。lR12由于壓力適中、壓縮終溫低、熱力性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定、無(wú)毒、不燃、不爆等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛用于冷藏、空調(diào)和低溫設(shè)備，從家用冰箱到大型離心式制冷機(jī)中都

9、有采用。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2）R22對(duì)大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)。它是第二批被列入限用與禁用的制冷劑之一。我國(guó)將在2040年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用。lR22是最為廣泛使用的中溫制冷劑lR22屬安全性制冷劑。lR22化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定。lR22 能部分地與潤(rùn)滑油互溶，R22對(duì)金屬的作用、泄漏性與R12相同。lR22廣泛用于冷藏、空調(diào)、低溫設(shè)備中。在活塞式、離心式、壓縮機(jī)系統(tǒng)中均有采用。由于它對(duì)大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，故可作為R12的近期、過(guò)渡性替代制冷劑。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l3）R13屬低溫制冷劑，毒性比R12更小，不燃燒、

10、不爆炸。只應(yīng)用于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫級(jí)。lR13微溶于水，系統(tǒng)中也應(yīng)設(shè)干燥器。它不溶于油，對(duì)金屬和有機(jī)物的作用、泄漏性與R12相同，可用來(lái)制取-70-100的低溫。R13對(duì)大氣臭氧層也有破壞作用，但因其用量很少，直到1990年倫敦會(huì)議上才被列入增加的受控物質(zhì)，要求發(fā)展中國(guó)家在2010年1月1日起停止生產(chǎn)和消費(fèi)。l4）Rll屬高溫制冷劑，適用于離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)。lRll 毒性比R12大，與明火接觸時(shí)更易分解出劇毒光氣。Rll的溶水性、溶油性、對(duì)金屬及有機(jī)物的作用均與R12相似。Rll由于標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度較高，故廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)或熱泵裝置中，制取10-5的低溫。它對(duì)大氣臭氧層有嚴(yán)重破壞作用，屬限用

11、與禁用之列。l5）R142b屬標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度較高（-9.25）的中溫制冷劑，適合于在熱泵裝置和高環(huán)境溫度下的空調(diào)裝置中使用。lR142b的毒性與R22差不多。當(dāng)它與空氣混合的體積分?jǐn)?shù)在10.615.1范圍內(nèi)，會(huì)發(fā)生爆炸。它對(duì)大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，也將在2040 年被禁用。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l6）R134a屬中溫制冷劑。它的特性與R12相近，目前是R12的替代工質(zhì)之一。l7）R600a屬中溫制冷劑。它對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，無(wú)溫室效應(yīng)。可燃、可爆，不允許采用氣焊或電焊。價(jià)格便宜。由于具有極好的環(huán)境特性，目前廣泛被采用，作為R12的替代工質(zhì)之一。l8）R123屬高溫制冷

12、劑。適用于離心式制冷壓縮機(jī)。具有一定毒性。具有優(yōu)良的大氣環(huán)境特性（ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的理想制冷劑之一。l9）R152a屬中溫制冷劑。中等程度的可燃性，它具有優(yōu)良的大氣環(huán)境特性，也被用來(lái)作為R12的替代工質(zhì)。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l4.碳?xì)浠衔锏奶匦?l丙烷（R290）是較多采用的碳?xì)浠衔?。屬中溫制冷劑。難溶于水。大氣環(huán)境特性優(yōu)良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工質(zhì)之一。l除丙烷外，通常用作制冷劑的碳?xì)浠衔镞€有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯( R1150)。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑第第2章

13、章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2000年臭氧空洞的形狀 2002年臭氧空洞變形了 第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2.1.4 CFCS、HCFCS的限制與替代l2.1.4.1 問(wèn)題的提出lCFC又稱氯氟烴，是氟利昂制冷劑家族中的一員 l研究表明，當(dāng)CFCs受強(qiáng)烈紫外線照射后，將產(chǎn)生下列反應(yīng)（以CFC12為例）:lCF2Cl2- CF2ClCl；ClO3-ClOO2 ；ClOO- ClO2l循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個(gè)氯氟烴分子，可以破壞成千上萬(wàn)個(gè)臭氧分子，使臭氧層出現(xiàn)“空洞”，這一現(xiàn)象已被英國(guó)南極考察隊(duì)和衛(wèi)星觀測(cè)所證實(shí)。據(jù)

14、UNEP（聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署）提供的資料，臭氧每減少1,紫外線輻射量約增加2。l臭氧層的破壞將導(dǎo)致：l危及人類健康，可使皮膚癌、白內(nèi)障的發(fā)病率增加，破壞人體免疫系統(tǒng)；l危及植物及海洋生物，使農(nóng)作物減產(chǎn)，不利于海洋生物的生長(zhǎng)與繁殖；l產(chǎn)生附加溫室效應(yīng)，從而加劇全球氣候轉(zhuǎn)暖過(guò)程；l加速聚合物（如塑料等）的老化。l因此保護(hù)臭氧層已成為當(dāng)前一項(xiàng)全球性的緊迫任務(wù)因此保護(hù)臭氧層已成為當(dāng)前一項(xiàng)全球性的緊迫任務(wù)。常用制冷劑及其性質(zhì)CCl4(R10)CH4 (R50)CF4 (R14)穩(wěn)定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中間大氯氟烴CFC氫氟烴HFC含氫氯氟烴HCFCChlorine: 氯氯Fluorine: 氟氟

15、Carbon: 碳碳Hydrogen: 氫氫第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑類類 別別物物 質(zhì)質(zhì)類類 別別物物 質(zhì)質(zhì)第一類（氯氟烷烴）第一類（氯氟烷烴）CFCl3(CFC11) )CF2Cl2(CFC12) )C2F3Cl3(CFC113) )C2F4Cl2(CFC114) )C2F5Cl(CFC115) )第二類（溴氟烷烴）第二類（溴氟烷烴）CF2BrCl(哈隆哈隆1211)CF3Br (哈隆哈隆1301)C2F4Br2 (哈隆哈隆2402)l2.1.4.2 CFCS、HCFCS的限用與禁用的限用與禁用表2-2 受控制的消耗臭氧層物質(zhì)（蒙特利爾議定（蒙特利爾議定書(shū)）締約國(guó)書(shū)）締約國(guó)1

16、996.1.1：以：以1989年的年的HCFC消費(fèi)量加消費(fèi)量加2.8%CFC消費(fèi)量的總和（折合到消費(fèi)量的總和（折合到ODS噸）作為基準(zhǔn)加以凍噸）作為基準(zhǔn)加以凍結(jié)；結(jié)；2004.1.1：消減：消減35%；2010.1.1：消減：消減65%；2015.1.1：消減：消減95%；2020.1.1：消減：消減95.5%(0.5%僅用于現(xiàn)有設(shè)僅用于現(xiàn)有設(shè)備的維修備的維修)；2030.1.1：消減：消減100%美國(guó)美國(guó)2003.1.1：禁止：禁止HCFC141b用于發(fā)泡劑；用于發(fā)泡劑；2010.1.1：凍結(jié)：凍結(jié)HCFC22和和HCFC142b的生產(chǎn)；不再制造使用的生產(chǎn)；不再制造使用HCFC22新新設(shè)備；

17、設(shè)備；2015.1.1：凍結(jié)：凍結(jié)HCFC123和和HCFC124的生產(chǎn)；的生產(chǎn)；2020.1.1：禁用：禁用HCFC22和和HCFC141b；不再制造使用；不再制造使用HCFC123和和HCFC124的新設(shè)備；的新設(shè)備；2030.1.1：禁用：禁用HCFC123和和HCFC124歐共體國(guó)家歐共體國(guó)家2000.1.1：消減：消減50%；2004.1.1：消減：消減75%；2007.1.1：消減：消減90%；2015.1.1：消減：消減100%；瑞士、意大利瑞士、意大利2000.1.1禁用禁用HCFC德國(guó)德國(guó)2000.1.1禁用禁用HCFC22瑞典，加拿大瑞典，加拿大2010.1.1禁用禁用HC

18、FC表2-3 HCFC禁用時(shí)間表（發(fā)達(dá)國(guó)家）第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑行行 業(yè)業(yè)消耗臭氧層物質(zhì)消耗臭氧層物質(zhì)完全淘汰時(shí)間（年）完全淘汰時(shí)間（年）家用制冷設(shè)備家用制冷設(shè)備CFC11CFC1120102010CFC12CFC1220102010汽車空調(diào)器汽車空調(diào)器CFC12 2002 工商業(yè)制冷設(shè)備工商業(yè)制冷設(shè)備CFC11 2002 CFC12 2006 化工生產(chǎn)化工生產(chǎn)CFC112010CFC122010CFC1132006表2-4 中國(guó)制冷空調(diào)和化工行業(yè)最終淘汰消耗臭氧層物質(zhì)時(shí)間表 注：允許維修使用到2010年。 第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2.1.4.3替代制冷劑的

19、研究動(dòng)向制冷劑代號(hào)制冷劑代號(hào)R12R12R134aR134aR600aR600a相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量120.92120.92102.0102.058.1358.13標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度/-29.8-29.8-26.5-26.5-11.7-11.7燃燒極限（體積分?jǐn)?shù)）燃燒極限（體積分?jǐn)?shù)）/%/%無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)1.81.88.48.4ODPODP值值1.01.00 00 0GWPGWP值值450045004204201515冷凝壓力（冷凝壓力（4040時(shí)）時(shí)）/MPa/MPa1.011.011.021.020.530.53蒸發(fā)壓力（蒸發(fā)壓力（-30-30時(shí)）時(shí)）/MPa/MPa0.100.100

20、.0840.0840.0470.047理論排氣溫度理論排氣溫度/120120125125125125130130100100105105液體密度（液體密度（-25-25時(shí)）時(shí)）/kg/m/kg/m3 31472.01472.01371.01371.0608.3608.3潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油礦物油礦物油酯類油酯類油礦物油礦物油對(duì)雜質(zhì)的敏感性對(duì)雜質(zhì)的敏感性敏感敏感高度敏感高度敏感敏感敏感容水性容水性極微極微易容易容極微極微真空度要求真空度要求一般一般較高較高一般一般材料兼容性材料兼容性好好不好不好好好表2-6 R12 、R134a 、R600a主要物性及性能對(duì)比要求(1) 比熱大(2) 導(dǎo)熱系數(shù)大(3)

21、粘度低(4) 凝固點(diǎn)與使用溫度范圍相適應(yīng)(5) 腐蝕性小(6) 無(wú)毒、不燃、不爆(7) 化學(xué)穩(wěn)定性好(8) 價(jià)格低廉2.2.2 載冷劑的選擇要求和選擇方法載冷劑的選擇要求和選擇方法2.2.1載冷劑與載冷劑循環(huán)特點(diǎn)載冷劑與載冷劑循環(huán)特點(diǎn) 載冷劑：在間接制冷系統(tǒng)中用以傳遞冷量的中間介質(zhì)在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設(shè)備中吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量，然后返回蒸發(fā)器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環(huán)不止，以達(dá)到連續(xù)制冷的目的。第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑選擇方法選擇方法使用目的溫度范圍蒸發(fā)溫度在5以上的載冷劑系統(tǒng)，一般都采用水作載冷劑 蒸發(fā)溫度在5-50的范圍內(nèi)，一般可采用

22、氯化鈉或氯化鈣鹽水溶液 蒸發(fā)溫度低于-50時(shí)，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等 2.2.2 載冷劑的選擇要求和選擇方法載冷劑的選擇要求和選擇方法第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑l2.2.3 常用載冷劑的特性l常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機(jī)物等 l1空氣 l在冷庫(kù)及空調(diào)中多有采用。空氣比熱容較小，所需傳熱面積較大 l2水 l水作為載冷劑只適用于載冷溫度在O 以上的場(chǎng)合，空調(diào)系統(tǒng)中多有采用 第第2章章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑3 鹽水溶液液體冰與液體鹽與液體固體析冰線析鹽線共晶濃度共晶點(diǎn)A-B-EG-EEEAAFGEC1BCC2DtEtCtB0