制冷原理及设备

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,*,第二章 制冷剂、载冷剂及润滑剂,一、制冷剂的发展、应用与选用原则,二、制冷剂命名,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,四、常用制冷剂,五、载冷剂的种类、作用及选用原则,六、润滑油的功效、要求、种类及选用,一、制冷剂的发展,CO,2,、NH,3,、SO,2,卤代烃（氟里昂,Freon）,是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。可以分为三类：,全卤代烃，分子中只含有氯、氟、碳原子，称为氯氟烃，简称,CFCs；,如,R11，R12，R13,等；,氢氯氟烃，分子中除氯、氟、碳原子外，还有氢原子，简称,HCFCs，,如,R22；,氢氟烃，分子中没有氯原子，而有氢、氟、碳原子，简称,HFCs，,如,R134a。,二甲基乙醚（蒸发压力有所提高）,乙醚（易燃、易爆、制取低温时蒸发压力低于大气压）,蒙特利尔议定书,联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书，我国1992年正式宣布加入修订后的蒙特利尔议定书,对于,CFCs：,发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年；,对于,HCFCs：,发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。,以上时间表可能还会提前。,制冷剂的替代,R22,（,HCFCs,）,R407C,（,HFC32/HFC125/HFC134a,）,R410A,（,HFC32/HFC125,）,R12,（,CFCs,）,R134a,（,HFCs,）,R600a,车用,R22 CO,2,制冷剂性质方面的要求：,热力学性质方面：,在工作温度范围内有合适的压力和压比；,单位制冷量,q,0,和单位容积制冷量,q,v,比较大；,比功,w,和单位容积压缩功,w,v,小，循环效率高；,等熵压缩终了温度,t,2,不太高；,制冷剂性质方面的要求：,迁移性质方面：,粘度、密度尽量小；,热导率大；,物理化学性质方面：,无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全；,化学稳定性和热稳定性好；,对大气环境没有破坏作用；,其它方面：,原料来源广、制造工艺简单、价格便宜；,二、制冷剂命名,无机物,卤代烃,碳氢化合物,环烷烃、链烯烃的卤代物,二、制冷剂命名,国际上统一规定用字母“,R”,和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。,无机化合物：,简写符号规定为,R7（），,括号代表一组数字，是该无机物分子量的整数部分；例如,R717,，,R744,等,二、制冷剂命名,卤代烃和其他烷烃类,：烷烃类化合物的分子通式为,C,m,H,2m+2,；,卤代烃的分子通式为,C,m,H,n,F,x,Cl,y,Br,z,（n+x+y+z=2m+2），,则简写符号规定为,R(m-1)(n+1)(x)B(z)，,每个括号是一个数字，该数字为零时省去不写。比较特殊的是,R600,和,R600a,。,二、制冷剂命名,非共沸混合制冷剂,：简写符号为,R4（）；,共沸混合制冷剂,：简写符号为,R5（）；,环烷烃及环烷烃的卤代物,：用字母“,RC”,开头；,链烯烃及链烯烃的卤代物,：用字母“,R1”,开头；,有机氧化物、脂肪族胺,：用,R6,开头，其后的数字是任选的。,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,安全性,1.毒性,美国工业与环境卫生专家大会用,TLVs（Threshold Limit Values）,指标作为毒性指标；,美国杜邦公司用,AEL（Allowable Exposure Limit）,作为毒性指标。,上述两个指标数量非常接近，如果这些指标的数值不小于1000，则认为这种制冷剂是无毒的。,注意：,虽然有些氟里昂制冷剂的毒性较低，但是在高温或是火焰作用下会分解出,极毒,的光气（二氯化碳酰，又称碳酰氯），使用时要特别注意！,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,2.燃烧性和爆炸性,各种制冷剂的燃烧性和爆炸性差别很大。易燃的制冷剂在空气中的含量达到一定的范围时，遇明火就会产生爆炸。因此应尽量避免使用，万一必须要使用，要有防火防爆安全措施。,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,3.安全分类,国际标准,ISO514993,和美国标准,ANSIASHRAE34-92,对制冷剂的安全分类作了较大的调整，将毒性和可燃性合在一起，规定了六个安全等级。,(,American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers,),三、制冷剂的物理化学性质及其应用,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,热稳定性,通常情况下，制冷剂因受热而发生化学分解的温度大大高于其工作温度，因此正常运转条件下制冷剂不会发生裂解。但在温度较高，又有油、钢铁、铜存在长时间使用时会发生变质甚至热解。,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,对材料的作用,碳氢化合物制冷剂对金属无腐蚀作用；,卤素化合物制冷剂与金属的作用,；,“镀铜”现象；,氨制冷机中对铜的特殊要求(磷青铜)；,橡胶、塑料的溶解和膨润,(,变软、膨胀和起泡,),作用。,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,对水的溶解性,冰堵；,形成的水合物对金属材料有腐蚀作用,；,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,泄漏性,制冷机工作时不允许有制冷剂向系统外泄漏，因此系统的运行需要经常在设备、管道的结合面处检查有无制冷剂泄漏。,氨：依靠嗅觉；不能用肥皂水检漏；可以用酚酞试剂或试纸检漏。,氟里昂：,用肥皂水检漏；卤素喷灯；电子检漏仪。,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,制冷剂与大气环境,ODP,（,Ozone Depletion Potential,）,大气臭氧层消耗的潜能值；以,R11,为基准值，人为地规定其值为1.0（或,1000,）；,GWP,（,Global Warming Potential,）,全球变暖潜能；以,R11,为基准值，人为地规定其值为1.0（或,1000,）；,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,四、常用制冷剂,无机物,氟里昂,碳氢化合物,混合制冷剂,R717,1,、无色有味可燃可爆，毒性大，对金属无腐蚀；,2,、高温能分解；,3,、与水互溶；,4,、与润滑油互溶性差；,5,、适用于工业制冷。,R22,1,、无色无味不燃不爆，毒性小，对金属无腐蚀；,2,、,ODP 0.05,；,GWP 0.35,；,3,、在水中溶解度小；,4,、极性分子，有膨润作用，密封采用耐氟材料；,5,、高温与润滑油互溶；,6,、适用于空调、工业制冷、聚四氟乙烯的原料、气体灭火剂,1121,中间体。,R134a,1,、无色无味不燃不爆，毒性小，对金属无腐蚀；,2,、,ODP 0.0,；,GWP 0.25,；,3,、在水中溶解度小；,4,、极性分子，有膨润作用，密封采用耐氟材料；,5,、使用合成润滑油；,6,、适用于冰箱、冷柜、冷水机组、聚合物发泡、气雾剂（医用）。,温度滑移（,Temperature glide）,近共沸制冷剂（,Near azeotropic mixture refrigerant）,非共沸混合制冷剂,五、载冷剂,在间接冷却的制冷装置中，被冷却物质或空间中的热量是通过一种中间介质传给制冷剂。这种中间介质在制冷工程中称为载冷剂或第二制冷剂。,优点：减小制冷机的充灌量；载冷剂热容大，易于保持恒温；,缺点：系统更加复杂；增大了被冷却对象与制冷剂间的温差，需要较低的蒸发温度。,五、载冷剂,在工作温度下处于液态;,比热容要大;,密度小;,粘度小;,化学稳定性好;,不腐蚀管道和设备;,不燃、不爆炸、无毒、对人体无害；,价格低廉，便于获得。,五、载冷剂,水,盐水,有机化合物及其水溶液,氯化钙、氯化钠对金属材料有腐蚀作用，在使用时一般加入缓蚀剂，调整溶液的,pH,值至7.08.5，缓蚀剂一般采用重铬酸钠（,Na,2,Cr,2,O,7,.,2H,2,O）,盐水,有机载冷剂,主要有乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶液等，其中乙二醇的水溶液使用的最为广泛。,不冻液：由乙二醇（质量分数40），乙醇（20），水（40）组成的三元溶液。,冰点：64，密度：1000,kgm,3,，,比热容：3.14,kJ（kg,.,K），,沸点：98,六、润滑油,润滑油的功效,对润滑油的要求,分类与特性,功效,保证压缩机正常运转，对压缩机的各运动部件起润滑和冷却作用；,在摩擦面形成油膜，降低摩擦功和带走摩擦热；,防止运动部件由于发热而卡死；,对于开启式压缩机，还可以起到密闭作用；,形成油膜，防止生锈；,带走杂质和油污，清洁润滑面。,要求,在运行状态下，润滑油要有适当的粘度；,凝固点要低，低温时要有良好的流动性；,不含水分、不凝性气体和石蜡；,与制冷剂有良好的兼容性，本身有较好的热稳定性和化学稳定性；,绝缘、耐电压要求；,价格低廉，容易获得。,分类和特性,天然矿物油：,具有较小的极性，适用于极性较小或没有极性的制冷剂 如,R600a,、,R12,；,人工合成油：,一般具有较强的极性，适用于极性较大的制冷剂 如,R134a,、,R717,。,选择,润滑油的选择主要取决于制冷剂的种类、压缩机的形式和运转工况（蒸发温度、冷凝温度）等，,一般使用制冷机制造厂推荐的牌号,。,从传热的角度出发，应选用与制冷剂互溶性好的润滑油。,吸水性,粘度,多元醇酯：,Polyol Ester(POE),聚二醇：,Polyalkylene Glycol(PAG),烷基苯合成油：,Alkybenzene,（,AB,）,环烷基矿物油：,Mineral Oil,（,MO,）,R134a,：,POE,、,PAG,R407C,、,R410a,：,POE,R22,：,POE,、,AB,、,MO,小论文,1,1,、以小论文的形式上交；,2,、截止时间,4.16,（第七周周五）；,制冷剂替换的趋势，以及替代过程中存在的问题（,制冷量、排气压力、润滑油、压缩机等,）和解决办法，最少包括,R12,和,R22,的替代。,参考格式,论文题目,作者 联系方式,1,、为什么要进行替代？（原因、意义）,2,、如何进行替代。,3,、替代过程中存在的问题以及如何解决。,4,、你有什么好的解决方法，或者是展望。,（如果你有的话）,5,、参考文献。,