制冷原理及設(shè)備—第3章_制冷劑

1、蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑1. 制冷劑的發(fā)展和種類制冷劑的發(fā)展和種類乙醚乙醚標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度34.5，蒸發(fā)壓力低于大氣壓力。蒸發(fā)壓力低于大氣壓力。易燃，易爆易燃，易爆淘汰淘汰二甲基乙醚二甲基乙醚沸點沸點-23.6， 蒸發(fā)壓力比乙醚高的多。蒸發(fā)壓力比乙醚高的多。淘汰淘汰CO2（干冰）（干冰）使用溫度范圍內(nèi)壓力較高使用溫度范圍內(nèi)壓力較高（常溫下冷凝壓力高達(dá)（常溫下冷凝壓力高達(dá)8MPa）無毒，安全，無毒，安全，機器笨重機器笨重NH3SO2標(biāo)準(zhǔn)沸點標(biāo)準(zhǔn)沸點-10毒性大毒性大淘汰淘汰碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔?（20世紀(jì)）世紀(jì)）易燃，易爆易燃，易爆石油化工石油化工氟里昂氟里昂（1

2、930-至今）至今）毒性小，無燃爆危毒性小，無燃爆危險，腐蝕小，分子險，腐蝕小，分子量大，排氣溫度低量大，排氣溫度低實用廣泛實用廣泛共沸混合制冷劑共沸混合制冷劑非共沸混合制冷非共沸混合制冷劑劑 （1950-至今）至今）1. 制冷劑的發(fā)展和種類制冷劑的發(fā)展和種類著名的著名的“CFC問題問題” 制冷劑的種類制冷劑的種類 單一制冷劑單一制冷劑 混合制冷劑混合制冷劑 組組 成成 高溫制冷劑高溫制冷劑 中溫制冷劑中溫制冷劑 低溫制冷劑低溫制冷劑 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點溫度的高低沸點溫度的高低 無機物無機物 氟里昂氟里昂 碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔?化學(xué)成分化學(xué)成分2. 制冷劑的命名制冷劑的命名 R（ ）

3、 制冷劑制冷劑 根據(jù)制冷劑的化學(xué)組成根據(jù)制冷劑的化學(xué)組成 按一定規(guī)則編寫按一定規(guī)則編寫（1）無機化合物：無機化合物： 符號表示符號表示: R 7（ ） 無機物分子量的整數(shù)部分無機物分子量的整數(shù)部分 舉例舉例: 符號表示：符號表示：（2）氟里昂和烷烴類氟里昂和烷烴類： 是飽和碳?xì)浠衔锏姆龋逖苌锏目偡Q。是飽和碳?xì)浠衔锏姆?，氯，溴衍生物的總稱。 烷烴化合物的分子通式：烷烴化合物的分子通式： CmH2m+2 將將R換成物質(zhì)分子中組成元素符號換成物質(zhì)分子中組成元素符號例例如如: CFC113，HCFC22，HFC134a 氟里昂的分子通式：氟里昂的分子通式： CmHnFxClyBrz R (

4、m-1) (n+1) (x) B (z) 例例如如: R11，R12，R113 符號表示法符號表示法1：符號表示法符號表示法2： 含氯氟碳的完全鹵代烴含氯氟碳的完全鹵代烴CFC類類 ： 例如：例如：CFC11，CFC12，CFC113 氟里昂的種類：氟里昂的種類： 含氫含氫氯氟碳的不完全鹵代烴氯氟碳的不完全鹵代烴HCFC類：類： 例如：例如：HCFC21，HCFC22 含含氫氫氟碳的無氯鹵代烴氟碳的無氯鹵代烴HFC類：類： 例如：例如：HFC134a ，HFC152a 符號表示：符號表示：R 5 ( ) ( ) 按該混合物命名的先后順序按該混合物命名的先后順序 （3）共沸混合物）共沸混合物 舉

5、例：舉例：R500：R12/R152a （最早命名）（最早命名） R501：R22/R12 R502：R22/R115（4）非共沸混合物：）非共沸混合物： 符號表示：符號表示：R 4 ( ) ( ) 按該混合物命名的先后順序按該混合物命名的先后順序 舉例；舉例；R400； R22/114 R401A：R22/152a/124 R401B：R22/152a/124 （5）環(huán)烷烴及其鹵代物：）環(huán)烷烴及其鹵代物： （6）鏈稀烴及其鹵代物：鏈稀烴及其鹵代物： 符號：符號：RC ( ) 同氟里昂的書寫規(guī)則同氟里昂的書寫規(guī)則 舉例：舉例：RC318（C4F8） RC316（C4F6Cl2） 符號：符號：R

6、1 ( ) 同氟里昂的書寫規(guī)則同氟里昂的書寫規(guī)則 舉例：舉例：R1150（C2H4 乙烯）乙烯） R1120（CHCl=CCl 三氯乙烯）三氯乙烯）（1）熱力性質(zhì)方面；熱力性質(zhì)方面；（2）傳熱性和流動性方面；傳熱性和流動性方面；（3）物理化學(xué)性質(zhì)方面；物理化學(xué)性質(zhì)方面；（4）環(huán)境的可接受性；環(huán)境的可接受性； （5）價格便宜，來源充足。價格便宜，來源充足。 3. 制冷劑選擇的要求制冷劑選擇的要求熱力性質(zhì)熱力性質(zhì) 在工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比；在工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比； 希望：單位制冷量和單位容積制冷量比較大；希望：單位制冷量和單位容積制冷量比較大； 希望：比功和單位容積壓縮比

7、功小，循環(huán)效率高；希望：比功和單位容積壓縮比功小，循環(huán)效率高； 壓縮終了排氣溫度不太高，以免潤滑條件惡劣以及壓縮終了排氣溫度不太高，以免潤滑條件惡劣以及 制冷劑在高溫下分解。制冷劑在高溫下分解。傳輸性質(zhì)傳輸性質(zhì) 粘度，密度盡量小，減小制冷劑在系統(tǒng)中流動阻力，粘度，密度盡量小，減小制冷劑在系統(tǒng)中流動阻力， 以及制冷劑的充注量；以及制冷劑的充注量； 導(dǎo)熱系數(shù)大，可以提高熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)，減少導(dǎo)熱系數(shù)大，可以提高熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)，減少 傳熱面積，使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。傳熱面積，使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。物理化學(xué)性質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì) 無毒，不燃燒，不爆炸，使用安全；無毒，不燃燒，不爆炸，使用安全； 化學(xué)穩(wěn)定性和熱

8、穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好； 使用中不變質(zhì)，不與潤滑油反應(yīng)，不腐蝕機器構(gòu)件，使用中不變質(zhì)，不與潤滑油反應(yīng)，不腐蝕機器構(gòu)件， 在壓縮終了高溫下不分解等。在壓縮終了高溫下不分解等。環(huán)境可接受性環(huán)境可接受性 對大氣環(huán)境無破壞作用；對大氣環(huán)境無破壞作用； 臭氧破壞指數(shù)和溫室效應(yīng)指數(shù)為零或盡可能小。臭氧破壞指數(shù)和溫室效應(yīng)指數(shù)為零或盡可能小?？偨Y(jié)總結(jié) 完全滿足上述要求的制冷劑很難找到；完全滿足上述要求的制冷劑很難找到； 其中，環(huán)境指標(biāo)是硬指標(biāo)；其中，環(huán)境指標(biāo)是硬指標(biāo)； 制冷劑選定后，反過來要求制冷系統(tǒng)在流程安排，制冷劑選定后，反過來要求制冷系統(tǒng)在流程安排， 結(jié)構(gòu)設(shè)計及運行操作等方面要與制冷劑相適應(yīng)。

9、結(jié)構(gòu)設(shè)計及運行操作等方面要與制冷劑相適應(yīng)。1. 熱力性質(zhì)：熱力性質(zhì)： 是指其熱力參數(shù)之間的相互關(guān)系。是指其熱力參數(shù)之間的相互關(guān)系。 （1）制冷劑的飽和蒸氣壓力曲線）制冷劑的飽和蒸氣壓力曲線 不同制冷劑的飽和蒸氣壓力曲線。不同制冷劑的飽和蒸氣壓力曲線。 （書中圖（書中圖3-25） 飽和蒸氣壓力和溫度之間的關(guān)系，飽和蒸氣壓力和溫度之間的關(guān)系， 熱力狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，熱力狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系， 狀態(tài)參數(shù)與比熱容，絕熱指數(shù)，聲速的關(guān)系等。狀態(tài)參數(shù)與比熱容，絕熱指數(shù)，聲速的關(guān)系等。例如：例如：4. 制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力制冷劑的飽和蒸發(fā)壓力-溫度特性決定了給定工作溫度下溫度特性決定了給定工作溫度下 制冷循

10、環(huán)的壓力和壓力比。制冷循環(huán)的壓力和壓力比。3. 在同一溫度下，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的制冷劑壓力低；在同一溫度下，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的制冷劑壓力低； 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度低的制冷劑壓力高標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度低的制冷劑壓力高。2. 習(xí)慣上往往依據(jù)習(xí)慣上往往依據(jù)ts的高低，將制冷劑分為：的高低，將制冷劑分為： 高溫制冷劑，中溫制冷劑，低溫制冷劑高溫制冷劑，中溫制冷劑，低溫制冷劑。1. 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度大體上可以反映制冷時能夠達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度大體上可以反映制冷時能夠達(dá)到的 低溫范圍。低溫范圍。ts越低的制冷劑，能夠達(dá)到的制冷溫度越低越低的制冷劑，能夠達(dá)到的制冷溫度越低。 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（標(biāo)準(zhǔn)沸點）標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度（標(biāo)準(zhǔn)沸點）ts： 制

11、冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸騰溫度。制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸騰溫度。說說明明（2）臨界溫度）臨界溫度 是物質(zhì)在臨界點狀態(tài)時的溫度，用是物質(zhì)在臨界點狀態(tài)時的溫度，用 tc表示。表示。 是制冷劑不可能加壓液化的最低溫度。是制冷劑不可能加壓液化的最低溫度。 4 .085.05 .0ccPPTT 制冷劑的工作溫度和壓力的選擇范圍：制冷劑的工作溫度和壓力的選擇范圍： 絕大多數(shù)物質(zhì)其臨界溫度與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度的關(guān)系；絕大多數(shù)物質(zhì)其臨界溫度與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度的關(guān)系； 6.0csTT1. 標(biāo)準(zhǔn)沸點溫度低的低溫制冷劑其臨界溫度也低，標(biāo)準(zhǔn)沸點溫度低的低溫制冷劑其臨界溫度也低， 對每一種制冷劑，其工作溫度范圍是有限的；對每一種制

12、冷劑，其工作溫度范圍是有限的；2. 蒸發(fā)制冷循環(huán)應(yīng)遠(yuǎn)離臨界點。蒸發(fā)制冷循環(huán)應(yīng)遠(yuǎn)離臨界點。說明說明（3）特魯頓（）特魯頓（Trouton）定律：定律： 大多數(shù)物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度下蒸發(fā)時，其摩爾墑增大多數(shù)物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度下蒸發(fā)時，其摩爾墑增 的數(shù)值都大體相等。的數(shù)值都大體相等。)./(8876kkmolkJTrMsss即：即：分析分析1. 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度相近的物質(zhì)，分子量大的，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度相近的物質(zhì)，分子量大的， 汽化潛熱小，單位質(zhì)量制冷量??；汽化潛熱小，單位質(zhì)量制冷量??；2. 各種制冷劑在一個大氣壓下汽化時，各種制冷劑在一個大氣壓下汽化時， 單位容積汽化潛熱大體相等；單位容積汽化潛熱大體相等；3

13、. 相同蒸發(fā)溫度下，壓力高的制冷劑其相同蒸發(fā)溫度下，壓力高的制冷劑其 單位容積制冷量大。單位容積制冷量大。 （4）壓縮終溫）壓縮終溫4. 重分子的壓縮終溫重分子的壓縮終溫 t2低，輕分子的低，輕分子的 t2高。高。說明說明1. 壓縮終溫是實際制冷機必須考慮的一個安全指標(biāo)。壓縮終溫是實際制冷機必須考慮的一個安全指標(biāo)。2. 相同吸氣溫度下，制冷劑等熵壓縮終了溫度相同吸氣溫度下，制冷劑等熵壓縮終了溫度 t2 與其絕熱指數(shù)和壓力比有關(guān)。與其絕熱指數(shù)和壓力比有關(guān)。3. 壓縮終溫壓縮終溫 t2與制冷劑的比熱容有關(guān)。與制冷劑的比熱容有關(guān)。（5）粘度，導(dǎo)熱性和比熱容）粘度，導(dǎo)熱性和比熱容1. 制冷劑的粘性，導(dǎo)

14、熱性和比熱容等熱物理性質(zhì)制冷劑的粘性，導(dǎo)熱性和比熱容等熱物理性質(zhì) 是影響制冷機輔機設(shè)計的重要物性參數(shù)。是影響制冷機輔機設(shè)計的重要物性參數(shù)。說明說明2. 粘性的大小與流體種類，溫度和壓力有關(guān)。粘性的大小與流體種類，溫度和壓力有關(guān)。3. 氣體的熱導(dǎo)率很小，且隨溫度升高而升高。氣體的熱導(dǎo)率很小，且隨溫度升高而升高。 規(guī)定規(guī)定R11：ODP=1，GWP=1。2. 環(huán)境影響指標(biāo)環(huán)境影響指標(biāo)（1）臭氧衰減指數(shù)）臭氧衰減指數(shù)ODP： 考察物質(zhì)對臭氧層破壞的潛在影響程度考察物質(zhì)對臭氧層破壞的潛在影響程度 。（2）溫室影響指數(shù)）溫室影響指數(shù)GWP： 考察物質(zhì)造成溫室效應(yīng)危害的程度?？疾煳镔|(zhì)造成溫室效應(yīng)危害的程度

15、。 國際上對國際上對CFC和和HCHC物質(zhì)限制日程表：物質(zhì)限制日程表： 對對CFC，包括，包括CFC11, CFC112, CFC113, CFC114等，等， 發(fā)達(dá)國家發(fā)達(dá)國家: 1996.1.1 完全停止生產(chǎn)和消費；完全停止生產(chǎn)和消費； 發(fā)展中國家：發(fā)展中國家：2010最后停用。最后停用。對對HCFC，包括，包括HCFC22, HCFC42b, HCFC123等等 發(fā)達(dá)國家：發(fā)達(dá)國家：1996年凍結(jié)，年凍結(jié)，2004年削減，年削減，2020年停用；年停用； 發(fā)展中國家：發(fā)展中國家：2016年凍結(jié)生產(chǎn)，年凍結(jié)生產(chǎn)，2040年完全停用。年完全停用。3. 物理、化學(xué)性質(zhì)物理、化學(xué)性質(zhì)（2）電絕緣

16、性電絕緣性 （1）安全性）安全性 通過制冷劑的毒性，燃燒性和爆炸性來評價制冷劑通過制冷劑的毒性，燃燒性和爆炸性來評價制冷劑 的安全程度。的安全程度。 （3）熱穩(wěn)定性及與材料的相容性）熱穩(wěn)定性及與材料的相容性 （4）與潤滑油的互溶性與潤滑油的互溶性 （5）溶水性溶水性 （6）滲透性滲透性 毒性指數(shù)毒性指數(shù)TLVs 用造成中毒的制冷劑用造成中毒的制冷劑氣體在空氣中體積含氣體在空氣中體積含量的極限值表示；量的極限值表示； 毒性指數(shù)為毒性指數(shù)為1000或或以上，可認(rèn)為無毒；以上，可認(rèn)為無毒； 注意無毒制冷劑在注意無毒制冷劑在高溫或火焰作用下分高溫或火焰作用下分解產(chǎn)生有毒光氣。解產(chǎn)生有毒光氣。 毒毒 性

17、性（1）安全性）安全性 爆炸極限爆炸極限制冷劑制冷劑在空氣中發(fā)生爆炸在空氣中發(fā)生爆炸時的體積百分比的時的體積百分比的范圍。范圍。 爆炸極限下限越小，爆炸極限下限越小，越易燃易爆；越易燃易爆； 下限相同，范圍越下限相同，范圍越寬，越易燃易爆。寬，越易燃易爆。 爆炸性爆炸性 可燃性低限可燃性低限LFL用引起燃燒的空氣中用引起燃燒的空氣中制冷劑含量的極限值制冷劑含量的極限值表示。表示。 避免使用易燃工質(zhì)。避免使用易燃工質(zhì)。 燃燒熱燃燒熱HOC 單位單位質(zhì)量制冷劑燃燒時的質(zhì)量制冷劑燃燒時的發(fā)熱量發(fā)熱量kJ/kg。 燃燒性燃燒性 舊標(biāo)準(zhǔn)：分別以毒性和可燃性作出規(guī)定。舊標(biāo)準(zhǔn)：分別以毒性和可燃性作出規(guī)定。

18、新標(biāo)準(zhǔn)：將毒性與可燃性合在一起，規(guī)定了六個安全等級。新標(biāo)準(zhǔn)：將毒性與可燃性合在一起，規(guī)定了六個安全等級。 （國際標(biāo)準(zhǔn)（國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5149-1993和美國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAE34-1993） 安全等級：安全等級：A1、A2、A3、B1、B2、B3（2）電絕緣性：）電絕緣性： 要求制冷劑和潤滑油有較好的電絕緣性；要求制冷劑和潤滑油有較好的電絕緣性； 注意；微量雜質(zhì)和水分的存在造成冷凍機油和制冷劑注意；微量雜質(zhì)和水分的存在造成冷凍機油和制冷劑 電絕緣性降低。電絕緣性降低。（3）熱穩(wěn)定性及與材料的相容性）熱穩(wěn)定性及與材料的相容性 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 正常運轉(zhuǎn)時，制冷劑不會發(fā)生裂解；但

19、在溫度較高且有正常運轉(zhuǎn)時，制冷劑不會發(fā)生裂解；但在溫度較高且有 油，鋼鐵，銅存在時，長時間使用會發(fā)生變質(zhì)甚至熱解；油，鋼鐵，銅存在時，長時間使用會發(fā)生變質(zhì)甚至熱解； 規(guī)定制冷劑的最高使用溫度不得超過允許極限值。規(guī)定制冷劑的最高使用溫度不得超過允許極限值。（R717：不超過：不超過150；R22：不超過：不超過145） 與材料的相容性與材料的相容性 系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)考慮不同制冷劑的腐蝕性特點，選擇系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)考慮不同制冷劑的腐蝕性特點，選擇 與制冷劑相容的結(jié)構(gòu)材料。與制冷劑相容的結(jié)構(gòu)材料。制冷劑對金屬的作用制冷劑對金屬的作用 氫，氦，氮及其它惰性氣體工質(zhì)，碳?xì)浠衔锕べ|(zhì)對氫，氦，氮及其它惰性氣體

20、工質(zhì)，碳?xì)浠衔锕べ|(zhì)對 金屬無腐蝕作用；金屬無腐蝕作用； 純氨對鋼鐵無腐蝕；對鋁，銅或銅合金有輕微腐蝕；純氨對鋼鐵無腐蝕；對鋁，銅或銅合金有輕微腐蝕； 若氨中含水，對銅和幾乎所有銅合金（磷青銅除外）有若氨中含水，對銅和幾乎所有銅合金（磷青銅除外）有 強烈腐蝕；氨制冷機中不能用黃銅，純銅和其它銅合金；強烈腐蝕；氨制冷機中不能用黃銅，純銅和其它銅合金； 氟利昂幾乎對所有金屬都無腐蝕。但對鎂和含鎂氟利昂幾乎對所有金屬都無腐蝕。但對鎂和含鎂2%以上以上 的鋁合金除外。鎂和鎂合金材料不能用在氟利昂系統(tǒng)中。的鋁合金除外。鎂和鎂合金材料不能用在氟利昂系統(tǒng)中。 氟利昂中含水時，將水解生成酸性物質(zhì)，對金屬有腐蝕

21、氟利昂中含水時，將水解生成酸性物質(zhì)，對金屬有腐蝕 作用；氟利昂與潤滑油混合物能水解出現(xiàn)作用；氟利昂與潤滑油混合物能水解出現(xiàn)“鍍銅現(xiàn)象鍍銅現(xiàn)象”。 氟利昂制冷系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免水分存在。氟利昂制冷系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免水分存在。制冷劑對非金屬的作用制冷劑對非金屬的作用 氟利昂制冷劑極易溶解天然橡膠和樹脂材料；氟利昂對氟利昂制冷劑極易溶解天然橡膠和樹脂材料；氟利昂對 高分子化合物，會起高分子化合物，會起“膨潤作用膨潤作用”。氟利昂制冷機中不得。氟利昂制冷機中不得 使用天然橡膠和和樹脂化合物。使用天然橡膠和和樹脂化合物。 氟利昂制冷機中密封材料和絕緣材料應(yīng)使用耐氟材料，氟利昂制冷機中密封材料和絕緣材料應(yīng)使用耐氟材料， 如氯丁乙烯，氯丁橡膠，或其它耐氟塑料制品。如氯丁乙烯，氯丁橡膠，或其它耐氟塑料制品。 氟利昂制冷劑要求使用與它互溶的潤滑油；氟利昂制冷劑要求使用與它互溶的潤滑油； 氟利昂比油重，溶油性差會帶來不利因素；氟利昂比油重，溶油性差會帶來不利因素； 滿液式蒸發(fā)器：機器回油困難，以及影響制冷劑蒸發(fā)；滿液式蒸發(fā)器：機器回油困難，以及影響制冷劑蒸發(fā)； 干式蒸發(fā)器：依靠制冷劑蒸氣裹挾油滴回油制冷劑溶油干式蒸發(fā)器：依靠制冷劑蒸氣裹挾油滴回油制冷劑溶油 越充分，越容易將油帶回壓縮機。越充分，