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1、制冷原理与设备制冷原理与设备第2章 制冷剂与载冷剂主 编李晓东电子制作电子制作齐向阳齐向阳 第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂2.1 制冷剂制冷剂 在制冷装置内完成热力循环的工质2.1.1 制冷剂的种类与编号制冷剂的种类与编号(1)无机化合物(2)饱和烃的卤化物(氟利昂)(3)碳氢化合物(烃类)(4)共沸制冷剂(5)非共沸制冷剂如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、异丁烷等如R502等如R407C等第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类高温（低压）制冷剂中温（中压）制冷剂低温（高压）制冷剂t
2、s0Pc0.20.3MPa0ts-60,0.3MPaPc2.0MPats-60第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂2.1.1.2 制冷剂的编号表示方法 卤代烃卤代烃R22分子式CmHnFxClyBrz n+x+y+z=2m+2编号同分异构体溴分子数，为0，B可省略R(m1)(n+1)x(a,b)Bz举例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 碳氢化合物碳氢化合物(烃类烃类)不饱和碳氢化合物和卤代烯不饱和碳氢化合物和卤代烯 R50R170R1150R1270编号 与氟利昂编号方法相同举例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂
3、编号方法编号举例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烃类烯烃类第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 共沸共沸(液体液体)制冷剂制冷剂=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115 (48.8/51.2)质量百分比组成由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成，在气化或液化过程中，蒸气成分与溶液成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时对应的温度保持不变。编号R5XX举例R500R502已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 非共沸(液体)制冷剂组成由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。在定压下气化
4、或液化过程中，蒸气成分与溶液成分不断变化，对应的温度也不断变化。编号R4XX举例R407cR404a 已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。R32/R125/R134a(23:25:52(%)R125/R143a/R134a(44:52:4(%)第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l2.1.2 对制冷剂的要求l1.热力学方面的要求：l1)沸点要求低l2)临界温度要高、凝固温度要低l3)具有适宜的工作压力，(Pk/Po)小l4)汽化潜热大l
5、5)对于大型制冷系统，单位容积制冷量尽可能地大l6)绝热指数小些l7)对于离心式制冷压缩机应采用分子量大的制冷剂第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l2.物理化学方面的要求：l1）粘度尽可能小l2）热导率要求高l3）纯度高。l4）热化学稳定性好，l5）良好的电绝缘性。l6）溶解于油的不同性质表现出不同的特点。l制冷剂在润滑油中的溶解性可分为完全溶解、微溶解和完全不溶解。一般可认为R717、R13、R14等是不溶于油的制冷剂；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 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l3.安全性方面的要求：l1）在工作温度范围内
6、不燃烧、不爆炸。l2）无毒或低毒，相对安全性好l3）具有易检漏的特点l4）制冷剂无毒l4.经济性方面的要求 l制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l2.1.3 常用制冷剂的性质l1.水的特性（R718）l 属于无机物类制冷剂，来源最广，最为安全而便宜的工质。l水不宜在压缩式制冷机中使用，适合在空调用的吸收式和蒸汽喷射式制冷机中l2.氨的特性（R717）l氨的压力适中，单位容积制冷量大，流动阻力小，热导率大，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作用。l氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味、等熵指数较大，若系统中含有较多空气时，遇火会引起爆炸。l氨制
7、冷系统中应设有空气分离器，及时排除系统内的空气及其它不凝性气体。l氨系统中不必设置干燥器，含水量仍限制在0.2的范围内。l氨制冷系统中往往设有油分离器l氨制冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l3.氟利昂的特性l1）R12对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，2010年1月1日起将在我国完全停止生产和消费。南极臭氧空洞的变化第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l3.氟利昂的特性lR12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，lR12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量
8、小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。l水在R12中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必须经过干燥处理lR12能与矿物性润滑油无限溶解，在蒸发器中，随R12 的不断蒸发，润滑油在其中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。lR12对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。R12对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。lR12由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、不燃、不爆等优点，它广泛用于冷藏、空调和低温设备，从家用冰箱到大型离心式制冷机中都有采用。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载
9、冷剂l2）R22对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。lR22是最为广泛使用的中温制冷剂lR22属安全性制冷剂。lR22化学性质不如R12稳定。lR22 能部分地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12相同。lR22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，故可作为R12的近期、过渡性替代制冷剂。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l3）R13属低温制冷剂，毒性比R12更小，不燃烧、不爆炸。只应用于复叠式制冷系统的低温级。lR
10、13微溶于水，系统中也应设干燥器。它不溶于油，对金属和有机物的作用、泄漏性与R12相同，可用来制取-70-100的低温。R13对大气臭氧层也有破坏作用，但因其用量很少，直到1990年伦敦会议上才被列入增加的受控物质，要求发展中国家在2010年1月1日起停止生产和消费。l4）Rll属高温制冷剂，适用于离心式压缩机制冷系统。lRll 毒性比R12大，与明火接触时更易分解出剧毒光气。Rll的溶水性、溶油性、对金属及有机物的作用均与R12相似。Rll由于标准蒸发温度较高，故广泛用于空调系统或热泵装置中，制取10-5的低温。它对大气臭氧层有严重破坏作用，属限用与禁用之列。l5）R142b属标准蒸发温度较
11、高（-9.25）的中温制冷剂，适合于在热泵装置和高环境温度下的空调装置中使用。lR142b的毒性与R22差不多。当它与空气混合的体积分数在10.615.1范围内，会发生爆炸。它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，也将在2040 年被禁用。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l6）R134a属中温制冷剂。它的特性与R12相近，目前是R12的替代工质之一。l7）R600a属中温制冷剂。它对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。可燃、可爆，不允许采用气焊或电焊。价格便宜。由于具有极好的环境特性，目前广泛被采用，作为R12的替代工质之一。l8）R123属高温制冷剂。适用于离心式制冷压缩机。具有一定毒性。具
12、有优良的大气环境特性（ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的理想制冷剂之一。l9）R152a属中温制冷剂。中等程度的可燃性，它具有优良的大气环境特性，也被用来作为R12的替代工质。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l4.碳氢化合物的特性 l丙烷（R290）是较多采用的碳氢化合物。属中温制冷剂。难溶于水。大气环境特性优良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工质之一。l除丙烷外，通常用作制冷剂的碳氢化合物还有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯(R1150)。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂第第2章章 制
13、冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂2000年臭氧空洞的形状 2002年臭氧空洞变形了 第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l2.1.4 CFCS、HCFCS的限制与替代l2.1.4.1 问题的提出lCFC又称氯氟烃，是氟利昂制冷剂家族中的一员 l研究表明，当CFCs受强烈紫外线照射后，将产生下列反应（以CFC12为例）:lCF2Cl2-CF2ClCl；ClO3-ClOO2；ClOO-ClO2l循环反应产生的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一个氯氟烃分子，可以破坏成千上万个臭氧分子，使臭氧层出现“空洞”，这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证实。据UNEP（联合国环境规划署）提供的资料，臭氧每减少1
14、,紫外线辐射量约增加2。l臭氧层的破坏将导致：l危及人类健康，可使皮肤癌、白内障的发病率增加，破坏人体免疫系统；l危及植物及海洋生物，使农作物减产，不利于海洋生物的生长与繁殖；l产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程；l加速聚合物（如塑料等）的老化。l因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务。常用制冷剂及其性质CCl4(R10)CH4(R50)CF4(R14)稳定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中间大氯氟烃CFC氢氟烃HFC含氢氯氟烃HCFCChlorine:氯氯Fluorine:氟氟Carbon:碳碳Hydrogen:氢氢第第2章章 制冷剂与
15、载冷剂制冷剂与载冷剂类类 别别物物 质质类类 别别物物 质质第一第一类类（氯氯氟氟烷烃烷烃）CFCl3(CFC11)CF2Cl2(CFC12)C2F3Cl3(CFC113)C2F4Cl2(CFC114)C2F5Cl(CFC115)第二第二类类（溴氟（溴氟烷烃烷烃）CF2BrCl(哈隆哈隆1211)CF3Br(哈隆哈隆1301)C2F4Br2(哈隆哈隆2402)l2.1.4.2 CFCS、HCFCS的限用与禁用的限用与禁用表2-2 受控制的消耗臭氧层物质（蒙特利（蒙特利尔尔议议定定书书）缔约缔约国国1996.1.1：以：以1989年的年的HCFC消消费费量加量加2.8%CFC消消费费量的量的总总
16、和（折合到和（折合到ODS吨）作吨）作为为基准加以基准加以冻冻结结；2004.1.1：消减：消减35%；2010.1.1：消减：消减65%；2015.1.1：消减：消减95%；2020.1.1：消减：消减95.5%(0.5%仅仅用于用于现现有有设备设备的的维维修修)；2030.1.1：消减：消减100%美国美国2003.1.1：禁止：禁止HCFC141b用于用于发发泡泡剂剂；2010.1.1：冻结冻结HCFC22和和HCFC142b的生的生产产；不再制造使用；不再制造使用HCFC22新新设备设备；2015.1.1：冻结冻结HCFC123和和HCFC124的生的生产产；2020.1.1：禁用：禁
17、用HCFC22和和HCFC141b；不再制造使用不再制造使用HCFC123和和HCFC124的新的新设备设备；2030.1.1：禁用：禁用HCFC123和和HCFC124欧共体国家欧共体国家2000.1.1：消减：消减50%；2004.1.1：消减：消减75%；2007.1.1：消减：消减90%；2015.1.1：消减：消减100%；瑞士、意大利瑞士、意大利2000.1.1禁用禁用HCFC德国德国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HCFC表2-3 HCFC禁用时间表（发达国家）第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂行行 业业消耗臭氧消耗臭氧层
18、层物物质质完全淘汰完全淘汰时间时间（年）（年）家用制冷家用制冷设备设备CFC11CFC1120102010CFC12CFC1220102010汽汽车车空空调调器器CFC12 2002 工商工商业业制冷制冷设备设备CFC11 2002 CFC12 2006 化工生化工生产产CFC112010CFC122010CFC1132006表2-4 中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表 注：允许维修使用到2010年。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂2.1.4.3替代制冷剂的研究动向制冷制冷剂剂代号代号R12R12R134aR134aR600aR600a相相对对分子分子质质量量120.9
19、2120.92102.0102.058.1358.13标标准蒸准蒸发发温度温度/-29.8-29.8-26.5-26.5-11.7-11.7燃燃烧烧极限（体极限（体积积分数）分数）/%/%无无无无1.81.88.48.4ODPODP值值1.01.00 00 0GWPGWP值值450045004204201515冷凝冷凝压压力（力（4040时时）/MPaMPa1.011.011.021.020.530.53蒸蒸发压发压力（力（-30-30时时）/MPaMPa0.100.100.0840.0840.0470.047理理论论排气温度排气温度/12012012512512512513013010010
20、0105105液体密度（液体密度（-25-25时时）/kg/m/kg/m3 31472.01472.01371.01371.0608.3608.3润润滑油滑油矿矿物油物油酯类酯类油油矿矿物油物油对杂质对杂质的敏感性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极微极微易容易容极微极微真空度要求真空度要求一般一般较较高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主要物性及性能对比要求(1)比热大(2)导热系数大(3)粘度低(4)凝固点与使用温度范围相适应(5)腐蚀性小(6)无毒、不燃、不爆(7)化学稳定性好(8)价格低廉2.2.2 载冷剂的选择要求
21、和选择方法载冷剂的选择要求和选择方法2.2.1载冷剂与载冷剂循环特点载冷剂与载冷剂循环特点 载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂选择方法选择方法使用目的温度范围蒸发温度在5以上的载冷剂系统，一般都采用水作载冷剂 蒸发温度在5-50的范围内，一般可采用氯化钠或氯化钙盐水溶液 蒸发温度低于-50时，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等 2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法载冷剂的选
22、择要求和选择方法第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂l2.2.3 常用载冷剂的特性l常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等 l1空气 l在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积较大 l2水 l水作为载冷剂只适用于载冷温度在O 以上的场合，空调系统中多有采用 第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂3 盐水溶液液体冰与液体盐与液体固体析冰线析盐线共晶浓度共晶点A-B-EG-EEAAFGEC1BCC2DtEtCtB0 x1x2m1m2t定期测定比重合理选择浓度注意防腐蚀MgCl2水溶液NaCl水溶液CaCl2水溶液第第2章章 制冷剂与载冷剂制
23、冷剂与载冷剂l4有机物载冷剂 l有机物载冷剂有l乙醇（CH3-CH2OH）、l乙二醇（CH2OH-CH2OH）、l丙二醇（CH2OH-CHOH-CH3）、l丙三醇（CH2OH-CHOH-CH2OH）、l二氯甲烷（CH2Cl2）及三氯乙烯（CHCl-CCl2）等。l它们都具有较低的凝固温度。l有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。第第2章章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂思考题1.制冷剂的作用是什么？2.按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？3.什么是共沸制冷剂？4.无机化合物制冷剂的命名是怎样的？5.选择制冷剂时有哪些要求？6.家用的冰箱、空调用什么制冷剂？7.常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作
24、压力怎样？8.为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？9.试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。10.使用R134a时，应注意什么问题。11.试写出制冷剂R11、R115、R32和R11、R12、Rl2B1的化学式。12.试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。13.什么叫载冷剂？对载冷剂的要求有哪些？14.常用载冷剂的种类有哪些？它们的适用范围怎样？15.水作为载冷剂有什么优点？16.“盐水的浓度愈高，使用温度愈低”。这种说法对吗？为什么？17.人们常讲的无氟指的是什么意思？18.共沸混合物类制冷剂有什么特点？19.简述R12、R22、R717与润滑油的溶解性。20.为什么要严格控制氟利昂制冷剂中的含水量？