第章 制冷劑與載冷劑 世界大學(xué)城

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 榮紅林

第2章制冷劑與載冷劑2.1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)(1)無機(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等主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，將其分為三類高溫（低壓）制冷劑中溫（中壓）制冷劑低溫（高壓）制冷劑ts＞0℃Pc≤0.2～0.3MPa0℃＞ts＞-60℃,0.3MPa＜Pc＜2.0MPats≤-60℃主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑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(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz舉例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑碳?xì)浠衔?烴類)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(C2H6)R1+氟利昂編號(hào)方法編號(hào)舉例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烴類烯烴類主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑共沸(液體)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)。主講人：榮紅林第2章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按一定的比例混合而成。在定壓下氣化或液化過程中，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(%))主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑無機(jī)化合物R717R744R718R7XX無機(jī)化合物的分子量編號(hào)氨二氧化碳水舉例主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.1.2對(duì)制冷劑的要求1.熱力學(xué)方面的要求：1)沸點(diǎn)要求低2)臨界溫度要高、凝固溫度要低3)具有適宜的工作壓力，(Pk/Po)小4)汽化潛熱大5)對(duì)于大型制冷系統(tǒng)，單位容積制冷量盡可能地大6)絕熱指數(shù)小些7)對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)應(yīng)采用分子量大的制冷劑主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.物理化學(xué)方面的要求：1）粘度盡可能小2）熱導(dǎo)率要求高3）純度高。4）熱化學(xué)穩(wěn)定性好，5）良好的電絕緣性。6）溶解于油的不同性質(zhì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。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。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑3.安全性方面的要求：1）在工作溫度范圍內(nèi)不燃燒、不爆炸。2）無毒或低毒，相對(duì)安全性好3）具有易檢漏的特點(diǎn)4）制冷劑無毒4.經(jīng)濟(jì)性方面的要求制冷劑的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)廉、易得。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.1.3常用制冷劑的性質(zhì)1.水的特性（R718）屬于無機(jī)物類制冷劑，來源最廣，最為安全而便宜的工質(zhì)。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2.氨的特性（R717）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)大氣臭氧層無破壞作用。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，若系統(tǒng)中含有較多空氣時(shí)，遇火會(huì)引起爆炸。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。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)。氨制冷系統(tǒng)中往往設(shè)有油分離器氨制冷系統(tǒng)中，不允許使用銅及其銅合金材料主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑3.氟利昂的特性1）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主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑3.氟利昂的特性R12無色、氣味很弱、毒性小、不燃燒、不爆炸，R12等熵指數(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。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)過干燥處理R12能與礦物性潤(rùn)滑油無限溶解，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。R12對(duì)一般金屬?zèng)]有腐蝕作用，但能腐蝕鎂及含鎂量超過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。R12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)中都有采用。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2）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。R22是最為廣泛使用的中溫制冷劑R22屬安全性制冷劑。R22化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定。R22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。R22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、過渡性替代制冷劑。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑3）R13屬低溫制冷劑，毒性比R12更小，不燃燒、不爆炸。只應(yīng)用于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫級(jí)。R13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)。4）Rll屬高溫制冷劑，適用于離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)。Rll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，屬限用與禁用之列。5）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。R142b的毒性與R22差不多。當(dāng)它與空氣混合的體積分?jǐn)?shù)在10.6％～15.1％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。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑6）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。7）R600a屬中溫制冷劑。它對(duì)大氣臭氧層無破壞作用，無溫室效應(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。8）R123屬高溫制冷劑。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。9）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，也被用來作為R12的替代工質(zhì)。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑4.碳?xì)浠衔锏奶匦员椋≧290）是較多采用的碳?xì)浠衔铩僦袦刂评鋭?。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。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)。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.1.4CFCS、HCFCS的限制與替代2.1.4.1問題的提出CFC又稱氯氟烴，是氟利昂制冷劑家族中的一員研究表明，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）:CF2Cl2------CF2Cl＋Cl；Cl＋O3----ClO＋O2；ClO＋O-----Cl＋O2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)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％。臭氧層的破壞將導(dǎo)致：①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)；②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；③產(chǎn)生附加溫室效應(yīng)，從而加劇全球氣候轉(zhuǎn)暖過程；④加速聚合物（如塑料等）的老化。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)。主講人：榮紅林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Fluorine:氟Carbon:碳Hydrogen:氫主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑類別物質(zhì)類別物質(zhì)第一類（氯氟烷烴）CFCl3(CFC11)CF2Cl2(CFC12)C2F3Cl3(CFC113)C2F4Cl2(CFC114)C2F5Cl(CFC115)第二類（溴氟烷烴）CF2BrCl(哈隆1211)CF3Br(哈隆1301)C2F4Br2(哈隆2402)2.1.4.2CFCS、HCFCS的限用與禁用表2-2受控制的消耗臭氧層物質(zhì)（蒙特利爾議定書）締約國(guó)1996.1.1：以1989年的HCFC消費(fèi)量加2.8%CFC消費(fèi)量的總和（折合到ODS噸）作為基準(zhǔn)加以凍結(jié)；2004.1.1：消減35%；2010.1.1：消減65%；2015.1.1：消減95%；2020.1.1：消減95.5%(0.5%僅用于現(xiàn)有設(shè)備的維修)；2030.1.1：消減100%美國(guó)2003.1.1：禁止HCFC141b用于發(fā)泡劑；2010.1.1：凍結(jié)HCFC22和HCFC142b的生產(chǎn)；不再制造使用HCFC22新設(shè)備；2015.1.1：凍結(jié)HCFC123和HCFC124的生產(chǎn)；2020.1.1：禁用HCFC22和HCFC141b；不再制造使用HCFC123和HCFC124的新設(shè)備；2030.1.1：禁用HCFC123和HCFC124歐共體國(guó)家2000.1.1：消減50%；2004.1.1：消減75%；2007.1.1：消減90%；2015.1.1：消減100%；瑞士、意大利2000.1.1禁用HCFC德國(guó)2000.1.1禁用HCFC22瑞典，加拿大2010.1.1禁用HCFC表2-3HCFC禁用時(shí)間表（發(fā)達(dá)國(guó)家）主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑行業(yè)消耗臭氧層物質(zhì)完全淘汰時(shí)間（年）家用制冷設(shè)備CFC112010CFC122010汽車空調(diào)器CFC122002＊工商業(yè)制冷設(shè)備CFC112002＊CFC122006＊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。主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.1.4.3替代制冷劑的研究動(dòng)向制冷劑代號(hào)R12R134aR600a相對(duì)分子質(zhì)量120.92102.058.13標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度/℃-29.8-26.5-11.7燃燒極限（體積分?jǐn)?shù)）/%無無1.8～8.4ODP值1.000GWP值450042015冷凝壓力（40℃時(shí)）/MPa1.011.020.53蒸發(fā)壓力（-30℃時(shí)）/MPa0.100.0840.047理論排氣溫度/℃120～125125～130100～105液體密度（-25℃時(shí)）/kg/m31472.01371.0608.3潤(rùn)滑油礦物油酯類油礦物油對(duì)雜質(zhì)的敏感性敏感高度敏感敏感容水性極微易容極微真空度要求一般較高一般材料兼容性好不好好表2-6R12、R134a、R600a主要物性及性能對(duì)比主講人：榮紅林要求(1)比熱大(2)導(dǎo)熱系數(shù)大(3)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2.2.1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2章制冷劑與載冷劑主講人：榮紅林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第2章制冷劑與載冷劑主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑2.2.3常用載冷劑的特性常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機(jī)物等1．空氣在冷庫及空調(diào)中多有采用。空氣比熱容較小，所需傳熱面積較大2．水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)中多有采用主講人：榮紅林第2章制冷劑與載冷劑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-EEAA’FGEC1BCC2DtEtCtB0x1x2m1m2t定期測(cè)定比重合理選擇濃度注意防腐蝕MgCl2水溶液NaCl水溶液CaCl2水溶液主講人：榮