制冷原理与设备(制冷剂)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制冷原理与设备,第2章 制冷剂与载冷剂,主 编李晓东,电子制作齐向阳,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1 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,(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2章 制冷剂与载冷剂,依据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,ts0,Pc0.20.3MPa,0ts-60,0.3MPaPc2.0MPa,ts-60,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.1.2 制冷剂的编号表示方法,卤代烃,R,22,分子式,C,m,H,n,F,x,Cl,y,Br,z,n,+,x,+,y,+,z,=,2,m,+,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),B,z,举例,二氟一氯甲烷(CHClF,2,),二氟二氯甲烷(CCl,2,F,2,),R,12,第2章 制冷剂与载冷剂,碳氢化合物(烃类) 不饱和碳氢化合物和卤代烯,R,50,R,170,R1,150,R1,270,编号,与氟利昂编号方法相同,举例,甲烷,(CH,4,),乙烷,(C,2,H,6,),R1,+,氟利昂编号方法,编号,举例,乙烯,(C,2,H,4,),丙烯,(C,3,H,6,),烷烃类,烯烃类,第2章 制冷剂与载冷剂,共沸(液体)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,R5,XX,举例,R5,00,R5,02,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2章 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,R4,XX,举例,R4,07c,R4,04a,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2章 制冷剂与载冷剂,无机化合物,R7,17,R7,44,R7,18,R7,XX,无机化合物的分子量,编号,氨,二氧化碳,水,举例,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.2 对制冷剂的要求,1.热力学方面的要求：,1)沸点要求低,2)临界温度要高、凝固温度要低,3) 具有适宜的工作压力， (Pk/Po)小,4) 汽化潜热大,5)对于大型制冷系统，单位容积制冷量尽可能地大,6) 绝热指数小些,7)对于离心式制冷压缩机应承受分子量大的制冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,2.物理化学方面的要求：,1粘度尽可能小,2热导率要求高,3纯度高。,4热化学稳定性好，,5良好的电绝缘性。,6溶解于油的不同性质表现出不同的特点。,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2章 制冷剂与载冷剂,3.安全性方面的要求：,1在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。,2无毒或低毒，相对安全性好,3具有易检漏的特点,4制冷剂无毒,4.经济性方面的要求,制冷剂的生产工艺简洁，价廉、易得。,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.3 常用制冷剂的性质,1.水的特性R718,属于无机物类制冷剂，来源最广，最为安全而廉价的工质。,水不宜在压缩式制冷机中使用，适合在空调用的吸取式和蒸汽喷射式制冷机中,2.氨的特性R717,氨的压力适中，单位容积制冷量大，流淌阻力小，热导率大，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作用。,氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有猛烈的刺激性臭味、等熵指数较大，假设系统中含有较多空气时，遇火会引起爆炸。,氨制冷系统中应设有空气分别器，准时排解系统内的空气及其它不凝性气体。,氨系统中不必设置枯燥器，含水量仍限制在0.2的范围内。,氨制冷系统中往往设有油分别器,氨制冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料,第2章 制冷剂与载冷剂,3.氟利昂的特性,1R12对大气臭氧层有严峻破坏作用，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一，2023年1月1日起将在我国完全停顿生产和消费。,南极臭氧空洞的变化,第2章 制冷剂与载冷剂,3.氟利昂的特性,R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，,R12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流淌阻力大、热导率较小。,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，必需经过枯燥处理,R12能与矿物性润滑油无限溶解，在蒸发器中，随R12 的不断蒸发，润滑油在其中渐渐积存，使蒸发温度上升，传热系数下降。,R12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对自然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。,R12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承受。,第2章 制冷剂与载冷剂,2R22对大气臭氧层有稍微破坏作用，并产生温室效应。它是其次批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起制止生产和使用。,R22是最为广泛使用的中温制冷剂,R22属安全性制冷剂。,R22化学性质不如R12稳定。,R22 能局部地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12一样。,R22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有承受。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2章 制冷剂与载冷剂,3R13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。,R13微溶于水，系统中也应设枯燥器。它不溶于油，对金属和有机物的作用、泄漏性与R12一样，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，要求进展中国家在2023年1月1日起停顿生产和消费。,4Rll属高温制冷剂，适用于离心式压缩机制冷系统。,Rll 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相像。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峻破坏作用，属限用与禁用之列。,5R142b属标准蒸发温度较高-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。,R142b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2章 制冷剂与载冷剂,6R134a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。,7R600a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，不允许承受气焊或电焊。价格廉价。由于具有极好的环境特性，目前广泛被承受，作为R12的替代工质之一。,8R123属高温制冷剂。适用于离心式制冷压缩机。具有肯定毒性。具有优良的大气环境特性ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的抱负制冷剂之一。,9R152a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2章 制冷剂与载冷剂,4.碳氢化合物的特性,丙烷R290是较多承受的碳氢化合物。属中温制冷剂。难溶于水。大气环境特性优良ODP=O，GWP=0.03，是目前被争论的替代工质之一。,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2章 制冷剂与载冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,2023年臭氧空洞的外形,2023年臭氧空洞变形了,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.4 CFCS、HCFCS的限制与替代,2.1.4.1 问题的提出,CFC又称氯氟烃，是氟利昂制冷剂家族中的一员,争论说明，当CFCs受猛烈紫外线照射后，将产生以下反响以CFC12为例:,CF2Cl2- CF2ClCl；ClO3-ClOO2 ；ClOO- ClO2,循环反响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，使臭氧层消失“空洞”，这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证明。据UNEP联合国环境规划署供给的资料，臭氧每削减1,紫外线辐射量约增加2。,臭氧层的破坏将导致：,危及人类安康，可使皮肤癌、白内障的发病率增加，破坏人体免疫系统；,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生殖；,产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程；,加速聚合物如塑料等的老化。,因此爱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,CCl,4,(R10),CH,4,(R50),CF,4,(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,HCFC,C,hlorine: 氯,F,luorine: 氟,C,arbon: 碳,H,ydrogen: 氢,第2章 制冷剂与载冷剂,类 别,物 质,类 别,物 质,第一类（氯氟烷烃）,CFCl,3,(CFC11,),CF,2,Cl,2,(CFC12,),C,2,F,3,Cl,3,(CFC113,),C,2,F,4,Cl,2,(CFC114,),C,2,F,5,Cl(CFC115,),第二类（溴氟烷烃）,CF,2,BrCl(哈隆1211),CF,3,Br (哈隆1301),C,2,F,4,Br,2,(哈隆2402),2.1.4.2 CFC,S,、,HCFC,S,的限用与禁用,表2-2 受掌握的消耗臭氧层物质,（蒙特利尔议定书）缔约国,1996.1.1：以1989年的HCFC消费量加2.8%CFC消费量的总和（折合到ODS吨）作为基准加以冻,结；2004.1.1：消减35%；2010.1.1：消减65%；2015.1.1：消减95%；2020.1.1：消减95.5%(0.5%仅用于现有设备的维修)；2030.1.1：消减100%,美国,2003.1.1：禁止HCFC141b用于发泡剂；2010.1.1：冻结HCFC22和HCFC142b的生产；不再制造使用HCFC22新设备；2015.1.1：冻结HCFC123和HCFC124的生产；2020.1.1：禁用HCFC22和HCFC141b；不再制造使用HCFC123和HCFC124的新设备；2030.1.1：禁用HCFC123和HCFC124,欧共体国家,2000.1.1：消减50%；2004.1.1：消减75%；2007.1.1：消减90%；2015.1.1：消减100%；,瑞士、意大利,2000.1.1禁用HCFC,德国,2000.1.1禁用HCFC22,瑞典，加拿大,2010.1.1禁用HCFC,表2-3 HCFC禁用时间表兴旺国家,第2章 制冷剂与载冷剂,行 业,消耗臭氧层物质,完全淘汰时间（年）,家用制冷设备,CFC11,2010,CFC12,2010,汽车空调器,CFC12,2002 ,工商业制冷设备,CFC11,2002 ,CFC12,2006 ,化工生产,CFC11,2010,CFC12,2010,CFC113,2006,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：允许修理使用到2023年。,第2章 制冷剂与载冷剂,替代制冷剂的争论动向,制冷剂代号,R12,R134a,R600a,相对分子质量,120.92,102.0,58.13,标准蒸发温度,/,-29.8,-26.5,-11.7,燃烧极限（体积分数）/%,无,无,1.88.4,ODP值,1.0,0,0,GWP值,4500,420,15,冷凝压力（40时）/MPa,1.01,1.02,0.53,蒸发压力（-30时）/MPa,0.10,0.084,0.047,理论排气温度/,120125,125130,100105,液体密度（-25时）/kg/m,3,1472.0,1371.0,608.3,润滑油,矿物油,酯类油,矿物油,对杂质的敏感性,敏感,高度敏感,敏感,容水性,极微,易容,极微,真空度要求,一般,较高,一般,材料兼容性,好,不好,好,表2-6 R12 、R134a 、R600a主要物性及性能比照,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 载冷剂的选择要求和选择方法,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取被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸取的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以到达连续制冷的目的。,第2章 制冷剂与载冷剂,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，,一般都承受水作载冷剂,蒸发温度在5-50的范围内，,一般可承受氯化钠或氯化钙盐水溶液,蒸发温度低于-50时，承受三氯乙烯、,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,第2章 制冷剂与载冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,2.2.3 常用载冷剂的特性,常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等,1空气,在冷库及空调中多有承受。空气比热容较小，所需传热面积较大,2水,水作为载冷剂只适用于载冷温度在O 以上的场合，空调系统中多有承受,第2章 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-E,G-E,E,A,A,F,G,E,C,1,B,C,C,2,D,t,E,t,C,t,B,0,x,1,x,2,m,1,m,2,t,定期测定比重,合理选择浓度,注意防腐蚀,MgCl,2,水溶液,NaCl水溶液,CaCl,2,水溶液,第2章 制冷剂与载冷剂,4有机物载冷剂,有机物载冷剂有,乙醇CH3-CH2OH、,乙二醇CH2OH-CH2OH、,丙二醇CH2OH-CHOH-CH3、,丙三醇CH2OH-CHOH-CH2OH、,二氯甲烷CH2Cl2及三氯乙烯CHCl-CCl2等。,它们都具有较低的凝固温度。,有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。,第2章 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，应留意什么问题。,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. 为什么要严格掌握氟利昂制冷剂中的含水量？,