制冷劑與載冷劑2

制冷劑與載冷劑制冷劑的定義

制冷劑：是制冷機(jī)中的工作流體，它是制冷系統(tǒng)中為實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的工作介質(zhì)，也稱為制冷工質(zhì)，或簡稱工質(zhì)。一、制冷劑的作用

蒸氣制冷機(jī)中的制冷劑從低溫?zé)嵩粗形崃?，在低溫下氣化，再在高溫下凝結(jié)，向高溫?zé)嵩磁欧艧崃?。因此，只有在工作溫度范圍?nèi)能夠氣化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。乙醚1834年查爾斯·泰勒（CharlesTellier)二甲基乙醚

拉烏爾·皮克特（RaulPictel）SO2

1874年混合制冷劑二十世紀(jì)五六十年代

卡特·林德（CarlLinde)NH3

1870年

威德豪森（Windhausen）CO2

1866年

湯姆斯·米杰里（ThomasMidgley）鹵代烴1929-1930年

一、制冷劑的發(fā)展史

1974年美國加利福尼亞大學(xué)的羅蘭（SherwoodRowland）教授和他的博士后莫利納（MarioMolina）在“自然”雜志上發(fā)表文章，指出鹵代烴在紫外線作用下會釋放出氯離子，而氯離子會消耗地球周圍熱成層（Stratosphere，原名平流層）中的臭氧（Ozone,O3），而使過量的太陽紫外線照射到地面，給地球上的生物和人類帶來一系列的危害。為此，瑞典皇家科學(xué)院將1995年的諾貝爾化學(xué)獎授予這兩位和一名德國的化學(xué)家，以表彰他們在大氣化學(xué)特別是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出貢獻(xiàn)。制冷劑與載冷劑1.1制冷劑的種類(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℃制冷劑與載冷劑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)烷烴類烯烴類二、鹵代烴制冷劑的命名《蒙特利爾議定書》

1．對CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5等氯氟烴物質(zhì)：（1）對發(fā)達(dá)國家，規(guī)定從1996年1月1日起完全停止生產(chǎn)與消費(fèi)；（2）對發(fā)展中國家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。2．對HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等：（1）對發(fā)達(dá)國家，從1996年起凍結(jié)生產(chǎn)量，2004年開始削減，至2020年完全停用；（2）對發(fā)展中國家，從2016年開始凍結(jié)生產(chǎn)量，2040年完全停用。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。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(%))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氨二氧化碳水舉例

1.2對制冷劑的要求作為制冷劑應(yīng)該符合如下要求：1.熱力學(xué)方面的要求：沸點(diǎn)要求低臨界溫度要高、凝固溫度要低對于大型制冷系統(tǒng)，單位容積制冷量盡可能地大對于離心式制冷壓縮機(jī)應(yīng)采用分子量大的制冷劑熱力學(xué)方面的要求：

在工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。(Pk/Po)小通常要求單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。單位質(zhì)量所消耗的功w和單位容積壓縮功wv要小，循環(huán)效率高，經(jīng)濟(jì)性好。等熵壓縮的終了溫度不要太高。絕熱壓縮指數(shù)要小。氣化潛熱要大。

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。2．傳輸性質(zhì)方面：粘度、密度盡量小。熱導(dǎo)率大。3．安全性質(zhì)方面：物理化學(xué)性質(zhì)方面。

①無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。

②化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。

③對大氣環(huán)境無破壞作用。對材料的作用——“鍍銅”現(xiàn)象。與潤滑油的關(guān)系。對水的溶解性。

泄漏性?？闺娦浴?/p>

安全性。來源充足，制造工藝簡單，價(jià)格便宜。

制冷劑與載冷劑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，流動阻力小，熱導(dǎo)率大，價(jià)格低廉，對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制冷劑與載冷劑3.氟利昂的特性1）R12對大氣臭氧層有嚴(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。但它目前仍是國內(nèi)應(yīng)用較廣的中溫制冷劑之一，2010年1月1日起在我國完全停止生產(chǎn)和消費(fèi)。南極臭氧空洞的變化制冷劑與載冷劑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(jī)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(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。制冷劑與載冷劑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——鎂、鎂鋁合金。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。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。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(jī)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(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。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。它對大氣臭氧層無破壞作用，無溫室效應(yīng)?？扇肌⒖杀?，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)。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)。制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了制冷劑與載冷劑1.4CFCS、HCFCS的限制與替代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)象已被英國南極考察隊(duì)和衛(wèi)星觀測所證實(shí)。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(hù)臭氧層已成為當(dāng)前一項(xiàng)全球性的緊迫任務(wù)。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:氫制冷劑與載冷劑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)表2-3HCFC禁用時(shí)間表（發(fā)達(dá)國家）制冷劑與載冷劑表2-4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(shí)間表注：＊允許維修使用到2010年。制冷劑與載冷劑1.4.3替代制冷劑的研究動向表2-6R12、R134a、R600a主要物性及性能對比要求(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載冷劑的選擇要求和選擇方法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。制冷劑與載冷劑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載冷劑的選擇要求和選擇方法制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑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?？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O℃以上的場合，空調(diào)系統(tǒng)中多有采用制冷劑與載冷劑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水溶液制冷劑與載冷