第一節(jié) 制冷劑、載冷劑和潤滑油

制冷原理與設(shè)備第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.1制冷劑在制冷裝置內(nèi)完成熱力循環(huán)的工質(zhì)。1.1.1制冷劑的種類與編號(1)無機化合物(2)飽和烴的鹵化物(氟利昂)(3)碳氫化合物(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等第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油按照制冷劑的標(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℃1.1.2制冷劑的編號表示方法

鹵代烴R22分子式CmHnFxClyBrz

n+x+y+z

=2m+2編號同分異構(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第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油碳氫化合物(烴類)不飽和碳氫化合物和鹵代烯

R50R170R1150R1270編號與氟利昂編號方法相同舉例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂編號方法編號舉例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烴類烯烴類第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油共沸(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)生相變時對應(yīng)的溫度保持不變。編號R5XX舉例R500R502已經(jīng)商品化的共沸混合物，依應(yīng)用先后在500序號中順次地規(guī)定其識別編號。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油非共沸(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，對應(yīng)的溫度也不斷變化。編號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序號中順次地規(guī)定其識別編號。R32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油無機化合物R717R744R718R7XX無機化合物的分子量編號氨二氧化碳水舉例第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.1.3對制冷劑的要求1.熱力學(xué)方面的要求：1)沸點要求低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)對于離心式制冷壓縮機應(yīng)采用分子量大的制冷劑第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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。制冷劑在潤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。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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，相對安全性好3）具有易檢漏的特點4）制冷劑無毒4.經(jīng)濟性方面的要求制冷劑的生產(chǎn)工藝簡單，價廉、易得。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.1.4常用制冷劑的性質(zhì)1.水的特性（R718）屬于無機物類制冷劑，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中使用，適合在空調(diào)用的吸收式和蒸汽噴射式制冷機中。2.氨的特性（R717）氨的壓力適中，單位容積制冷量大，流動阻力小，熱導(dǎo)率大，價格低廉，對大氣臭氧層無破壞作用。氨的主要缺點是毒性較大、可燃、可爆、有強烈的刺激性臭味、等熵指數(shù)較大，若系統(tǒng)中含有較多空氣時，遇火會引起爆炸。氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有空氣分離器，及時排除系統(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第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油3.氟利昂的特性1）R12對大氣臭氧層有嚴重破壞作用，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日起將在我國完全停止生產(chǎn)和消費。南極臭氧空洞的變化第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油R12無色、氣味很弱、毒性小、不燃燒、不爆炸。R12等熵指數(shù)小，壓縮機的排氣溫度較低。單位容積制冷量小、相對分子質(zhì)量大、流動阻力大、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能與礦物性潤滑油無限溶解，在蒸發(fā)器中，隨R12的不斷蒸發(fā)，潤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對一般金屬沒有腐蝕作用，但能腐蝕鎂及含鎂量超過2％的鋁鎂合金。含水后會產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。R12對天然橡膠及塑料等有機物有膨潤作用，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，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中都有采用。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油2）R22對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能部分地與潤滑油互溶。R22對金屬的作用、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、壓縮機系統(tǒng)中均有采用。由于它對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。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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。R13微溶于水，系統(tǒng)中也應(yīng)設(shè)干燥器。它不溶于油，對金屬和有機物的作用、泄漏性與R12相同，可用來制取-70～-100℃的低溫。R13對大氣臭氧層也有破壞作用，但因其用量很少，直到1990年倫敦會議上才被列入增加的受控物質(zhì)，要求發(fā)展中國家在2010年1月1日起停止生產(chǎn)和消費。4）Rll屬高溫制冷劑，適用于離心式壓縮機制冷系統(tǒng)。Rll毒性比R12大，與明火接觸時更易分解出劇毒光氣。Rll的溶水性、溶油性、對金屬及有機物的作用均與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。它對大氣臭氧層有嚴重破壞作用，屬限用與禁用之列。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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數(shù)在10.6％～15.1％范圍內(nèi)，會發(fā)生爆炸。它對大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，也將在2040年被禁用。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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。它對大氣臭氧層無破壞作用，無溫室效應(yīng)?？扇?、可爆，不允許采用氣焊或電焊。價格便宜。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。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)。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油4.碳氫化合物的特性丙烷（R290）是較多采用的碳氫化合物。屬中溫制冷劑。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氫化合物還有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯(R1150)。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.1.5CFCS、HCFCS的限制與替代1.1.5.1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受強烈紫外線照射后，將產(chǎn)生下列反應(yīng)（以CFC12為例）:CF2Cl2------CF2Cl＋ClCl＋O3----ClO＋O2ClO＋O-----Cl＋O2第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個氯氟烴分、子，可以破壞成千上萬個臭氧分子，使臭氧層出現(xiàn)“空洞”，這一現(xiàn)象已被英國南極考察隊和衛(wèi)星觀測所證實。據(jù)UNEP（聯(lián)合國環(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。因此保護臭氧層已成為當(dāng)前一項全球性的緊迫任務(wù)。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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)1.1.5.2CFCS、HCFCS的限用與禁用表1-2受控制的消耗臭氧層物質(zhì)第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油（蒙特利爾議定書）締約國1996.1.1：以1989年的HCFC消費量加2.8%CFC消費量的總和（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2000.1.1禁用HCFC22瑞典，加拿大2010.1.1禁用HCFC表1-3HCFC禁用時間表（發(fā)達國家）行業(yè)消耗臭氧層物質(zhì)完全淘汰時間（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1-4中國制冷空調(diào)和化工行業(yè)最終淘汰消耗臭氧層物質(zhì)時間表注：＊允許維修使用到2010年。

第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.1.5.3替代制冷劑的研究動向制冷劑代號R12R134aR600a相對分子質(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（體積分數(shù)）/%無無1.8～8.4ODP值1.000GWP值450042015冷凝壓力（40℃時）/MPa1.011.020.53蒸發(fā)壓力（-30℃時）/MPa0.100.0840.047理論排氣溫度/℃120～125125～130100～105液體密度（-25℃時）/kg/m31472.01371.0608.3潤滑油礦物油酯類油礦物油對雜質(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1-6R12、R134a、R600a主要物性及性能對比第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油要求(1)比熱大(2)導(dǎo)熱系數(shù)大(3)粘度低(4)凝固點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)價格低廉1.2.1載冷劑的選擇要求和選擇方法1.2載冷劑

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，以達到連續(xù)制冷的目的。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.2.2常用載冷劑的特性常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機物等1．空氣在冷庫及空調(diào)中多有采用?？諝獗葻崛葺^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0℃以上的場合，空調(diào)系統(tǒng)中多有采用。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油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A-B-EG-EEAA’FGEC1BCC2DtEtCtB0x1x2m1m2t定期測定比重合理選擇濃度注意防腐蝕MgCl2水溶液NaCl水溶液CaCl2水溶液第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油4．有機物載冷劑有機物載冷劑有乙醇（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。它們都具有較低的凝固溫度。有機物載冷劑標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度均較低。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油蓄冷系統(tǒng)示意圖

載冷劑管道

1.3.1潤滑油的作用在制冷系統(tǒng)中必須充注一定量的潤滑油，又稱為冷凍機油。潤滑油的作用主要有：（1）潤滑作用潤滑相互摩擦的零件表面，使摩擦表面完全被油膜分隔開來，從而降低壓縮機的摩擦功、摩擦熱和零件的磨損。1.3潤滑油的作用和品種第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油（2）冷卻降溫作用帶走摩擦熱量，使摩擦零件的溫度保持在允許范圍內(nèi)。（3）密封作用使活塞環(huán)和氣缸壁之間的間隙、軸封摩擦面等密封部分充滿潤滑油，以阻擋制冷劑的泄漏。（4）防銹和清潔作用潤滑油流經(jīng)各種摩擦面和間隙時，能帶走金屬摩擦表面的磨屑、潤滑油碳化產(chǎn)生的雜質(zhì)及污垢，起防銹和清潔作用。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油（5）傳遞動力作用利用油壓作為控制卸載機構(gòu)的液壓動力。（6）消聲作用潤滑油能有效地阻擋聲音的傳遞，降低壓縮機的機械噪聲和氣流噪聲。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.3.2潤滑油的品種國家標(biāo)準(zhǔn)《冷凍機油》(GB/T16630—1996)中規(guī)定了我國生產(chǎn)的冷凍機油在不同制冷劑類型、不同機組形式中的應(yīng)用。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油1.凝固點要低在實驗條件下冷卻到停止流動的溫度，稱為凝固點。如果凝固點高，就會造成低溫流動性差，在節(jié)流機構(gòu)、蒸發(fā)器等處低溫流動能力降低，形成沉積，影響制冷系統(tǒng)的潤滑和運行，導(dǎo)致制冷量下降，運動部件磨損嚴重，甚至損壞壓縮機。1.3.3對潤滑油的基本要求第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油2.要有適當(dāng)?shù)酿ざ瑞ざ仁菨櫥偷囊粋€主要性能指標(biāo)，不同的制冷劑要求使用不同黏度的潤滑油。如果黏度太小，不易形成油膜或油膜強度太低，會加速機械磨損，甚至發(fā)生汽缸拉毛、抱軸等故障，密封也不好，制冷劑容易泄漏。如果黏度太大，制冷壓縮機耗功會增加。潤滑油的黏度過大或過小都會影響制冷壓縮機的正常運行，因此，制冷壓縮機使用的潤滑油黏度要適當(dāng)。有些制冷劑跟潤滑油互溶，致使?jié)櫥妥兿?，所以?yīng)選用黏度較高的潤滑油。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油3.要有較好的黏溫性能潤滑油的黏度隨溫度而變化，這種性質(zhì)稱為潤滑油的黏溫性。黏度隨溫度變化越小，黏溫性就越好。制冷壓縮機使用的潤滑油要具有良好的黏溫性，以免在使用溫度變化時，由于潤滑油的黏度發(fā)生變化而影響壓縮機的正常工作。因此，在制冷壓縮機中要求選用黏溫性好的潤滑油。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油4.閃點要高潤滑油的蒸氣在遇明火時發(fā)生閃光的最低溫度，稱為潤滑油的閃點。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的排氣溫度較高（汽缸等處的溫度可高達130～150℃），特別是螺桿式壓縮機，使用同樣的制冷劑，排氣溫度更高，因此要求潤滑油的閃點要高一些，一般應(yīng)高于排氣溫度150℃以上。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油5.要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性良好的化學(xué)穩(wěn)定性是指在高溫下不分解、不氧化的性質(zhì)。這樣才能保證長期使用而不變質(zhì)。在全封閉式的制冷壓縮機（如電冰箱等）內(nèi)，要求能夠使用10～15年以上，長期不換油，更要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性。6.不應(yīng)有腐蝕性制冷機在正常工作時，潤滑油經(jīng)常接觸金屬材料、橡膠、塑料、金屬漆等，因此潤滑油不應(yīng)對上述材料有腐蝕性，以保證壓縮機的運行安全。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油7.不含水及酸之類雜質(zhì)潤滑油中的含水量與制冷裝置的制冷效果及使用壽命有十分密切的關(guān)系。潤滑油中不應(yīng)含有水分，否則會對機器部件產(chǎn)生腐蝕作用，加速零件損壞，水在氟利昂系統(tǒng)中會引起“冰塞”和“鍍銅”現(xiàn)象。為了避免上述情況發(fā)生，對潤滑油的含水量必須按要求嚴格控制。如果潤滑油中含有酸之類的雜質(zhì)過多，也會加劇腐蝕壓縮機及其部件。第1節(jié)制冷劑、載冷劑和潤滑油8.透明度要好合格的潤滑油應(yīng)該是清澈透明的，呈無色或淡黃色。如果潤滑油渾濁，說明油中有雜質(zhì)，必須更換潤滑油。9.濁點要低潤滑油的濁點就是隨潤滑油溫度的下降，析出石蠟時的最高溫度。在制冷壓縮機工作時的低溫部分，