制冷原理與設(shè)備多媒體課件 第二章 制冷劑

制冷原理與設(shè)備多媒體課件第二章制冷劑第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容2.1制冷劑發(fā)展歷史2.2制冷劑的分類及命名2.3制冷劑的主要性質(zhì)2.4制冷劑的選用原則2.5常用制冷劑2.6載冷劑和蓄冷劑第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.1制冷劑發(fā)展歷史1834年乙醚1866年CO21870年NH31874年SO21955年氟里昂（CmHnFxClyBrz）目前替代工質(zhì)的發(fā)展第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名一、制冷劑的分類按組分分類：單一制冷劑、混合物制冷劑按化學(xué)成分分類：無機(jī)化合物類、氟里昂類、碳?xì)浠衔镱惏礃?biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度分類：高溫低壓制冷劑（沸點(diǎn)＞0℃，冷凝壓力＜0.2MPa）中溫中壓制冷劑（0℃

＞沸點(diǎn)＞－60℃，0.2MPa＜冷凝壓力＜2.0MPa）低溫高壓制冷劑（沸點(diǎn)＜-60℃，冷凝壓力＞2MPa）第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名二、制冷劑的命名R＋數(shù)字或字母1.無機(jī)化合物R7＋數(shù)字或字母2.氟里昂 （1）分子式

CmHnFxClyBrz第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名(2)命名

R(m-1)(n+1)(x)B(z)CmHnFxClyBrz(3)分類

a鹵代烴(CFCs)

僅包含C、F、Cl原子

b氟烴類(HCHCs)

包含H、C、F、Cl原子

c氫氟烴類(HFCs)

包含H、F、C原子第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名(4)另一種命名方法 用元素符號(hào)（如CHC、HCFC、HFC）代替R符號(hào)，如R12稱為CFC12、R22稱為HCFC223.烷烴類

(1)分子式

CmH2m+2 (2)命名 其規(guī)則等同于氟里昂

R(m-1)(n+1)(x)B(z)CmHnFxClyBrz第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名4.共沸混合物

(1)定義共沸混合制冷劑與純質(zhì)制冷劑一樣，在一定的壓力下，具有幾乎不變的飽和蒸發(fā)溫度和相同的氣、液相成分，即相變時(shí)有一個(gè)固定的沸點(diǎn)。

(2)命名

R5XX，XX按命名先后，從00開始

第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名5.非共沸混合物

(1)定義非共沸混合制冷劑沒有共沸點(diǎn)。即在定壓下相變時(shí)，氣相和液相的成分不同，相變溫度也在不斷變化。

(2)命名

R4XX，XX按命名先后，從00開始

第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.2制冷劑的分類及命名6.其它（環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它們的鹵代物）

編寫方法規(guī)定：環(huán)烷烴及其鹵代物用RC開頭，鏈烯烴及其鹵代物用Rl開頭，其后的數(shù)字排寫規(guī)則與氟利昂及烷烴類符號(hào)表示中數(shù)字排寫規(guī)則相同。乙烷系的同分異構(gòu)體都具有相同的編號(hào)，但最對(duì)稱的一種用編號(hào)后面不帶任何字母來表示；隨著同分異構(gòu)體變得愈來愈不對(duì)稱，則附加a、b、c等字母。例如CHF2-CHF2表示為R134，CF3-CH2F表示為R134a。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則一、制冷劑的主要性質(zhì)1.對(duì)環(huán)境的影響臭氧衰減指數(shù)ODP（OzoneDepletionPotential）溫室指數(shù)GWP(GlobalWarmingPotential)通常以R11的ODP和GWP值為基準(zhǔn)，在此基準(zhǔn)下目前通常認(rèn)為ODP≤0.05，GWP≤750的制冷劑是可以接受的（其GWP值是以GWPCO2＝1為基準(zhǔn)得出另一套數(shù)據(jù)）第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則

2.熱力性質(zhì)

制冷劑的熱力性質(zhì)是指其熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)之間的相互關(guān)系，即制冷劑在各種狀態(tài)下其壓力(p)、溫度(T)、比體積(v)、比焓(h)、比熵(s)等參數(shù)之間的關(guān)系。其熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)可由實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)微分方程式確定。在工程上，這種熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)通常由熱力性質(zhì)圖表查得，也可以根據(jù)制冷劑的熱力性質(zhì)數(shù)學(xué)模型由計(jì)算機(jī)求得。第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則 3.遷移性質(zhì)制冷劑的遷移性質(zhì)主要是指制冷劑的粘性、導(dǎo)熱性和比熱容，制冷劑的這些性質(zhì)對(duì)制冷系統(tǒng)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)有重要的影響。粘性反映的是流體內(nèi)部分子之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。粘性的大小與流體種類、溫度和壓力有關(guān)。過冷液體的動(dòng)力粘性系數(shù)可以近似取相同溫度下飽和液體的動(dòng)力粘性系數(shù)。氣態(tài)制冷劑其導(dǎo)熱系數(shù)一般很小，并隨溫度的升高而增大，在制冷技術(shù)常用的壓力范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)際上不隨壓力而變化。液體的導(dǎo)熱系數(shù)主要受溫度影響，受壓力影響很小。過冷液體的導(dǎo)熱系數(shù)近似取同溫度下飽和液體的導(dǎo)熱系數(shù)。第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則 4.物理化學(xué)性質(zhì)

第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則（1）安全性（中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).制冷劑編號(hào)方法和安全性分類.GB/T7778-2001）

A：表示制冷劑體積濃度大于等于0.04％時(shí)沒有毒性危害，即低毒性；

B：表示制冷劑體積濃度小于0.04％時(shí)有毒性反應(yīng)，即高毒性。

1：表示不可燃，即在18℃和101kPa空氣環(huán)境中無燃燒現(xiàn)象

2：表示中等可燃，即在21℃、101kPa和相對(duì)濕度為50％的空氣環(huán)境中燃燒下極限大于0.1kg／m3，并且其燃燒熱不大于19000kJ/kg；

3：表示強(qiáng)烈可燃，即在21℃、10lkPa和相對(duì)濕度為50％的空氣環(huán)境中燃燒下極限不大于0.1kg/m3，或者其燃燒熱大于19000kJ/kg。燃燒性毒性低毒性高毒性不可燃A1B1燃燒性A2B2爆炸性A3B3第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則

（2）熱穩(wěn)定性在溫度較高又有油、鋼鐵及銅等存在時(shí)，制冷劑長時(shí)間使用會(huì)發(fā)生變質(zhì)甚至熱解。例如，當(dāng)溫度超過250℃時(shí)氨會(huì)分解成氮和氫；R12在與鐵、銅等金屬接觸時(shí)，在410～430℃時(shí)分解,并生成氫、氟和極毒的光氣；R22在與鐵相接觸時(shí)550℃開始分解。因此，為了保證制冷劑不發(fā)生熱分解現(xiàn)象，制冷劑工作溫度不允許超過其分解溫度。比如氨的工作溫度不得超過150℃，R22和R502不得超過145℃。第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則（3）對(duì)材料的作用

a氟里昂對(duì)金屬的作用：對(duì)大多數(shù)金屬無腐蝕性，除Mg、Zn及其含Mg合金外；氟里昂遇水水解產(chǎn)生酸性物質(zhì)，對(duì)金屬有腐蝕作用；鍍銅現(xiàn)象：氟里昂＋潤滑油能夠融解銅，融解的銅在鋼、鑄鐵表面會(huì)析出對(duì)非金屬材料的作用：氟里昂對(duì)天然橡膠和樹脂等材料是一種良好的有機(jī)溶劑，也可以使塑料等高分子化合物變軟、膨脹和起泡，即對(duì)高分子化合物具有所謂的“膨潤作用”。

第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則（3）對(duì)材料的作用

b碳?xì)浠衔?/p>

對(duì)金屬無腐蝕作用

c氨

對(duì)鋼鐵無腐蝕作用，對(duì)鋁、銅、銅合金輕微腐蝕作用；遇水，則對(duì)鋼和銅合金有強(qiáng)烈的腐蝕作用

（4）與水的融解性氨：極易溶于水，有強(qiáng)烈腐蝕性烷烴、氟里昂：不溶于水，含水容易產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則（5）與潤滑油的融解性（與溫度有關(guān)） 基本不融解：R717、R13、R14、R744 有限融解：R22、R114 無限融解：R11、R12、R113

選擇：與制冷劑融解性較好的潤滑油二、制冷劑的選用原則

1.具有環(huán)境可接受性

制冷劑的ODP和GWP應(yīng)盡可能的小；

2.熱力學(xué)性質(zhì)方面 在工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。即希望蒸發(fā)壓力不低于大氣壓力，避免制冷系統(tǒng)的低壓部分出現(xiàn)負(fù)壓；冷凝壓力不要過高，以免設(shè)備過分笨重；冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比也不宜過大，以免壓縮終了的溫度過高或使活塞式壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)過低。第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則 單位制冷量qo和單位容積制冷量qv比較大:因?yàn)閷?duì)于總制冷量一定的裝置，q0大可減少制冷劑的循環(huán)量；qv大可減少壓縮機(jī)的輸氣量，故可縮小壓縮機(jī)的尺寸；但對(duì)于離心式壓縮機(jī)，尺寸過小會(huì)帶來制造上的困難，因此應(yīng)當(dāng)采用q0和qv稍小的制冷劑。 比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。 等熵壓縮的終了溫度不能太高，以免潤滑條作惡化(潤滑油黏性下降、結(jié)焦)或制冷劑自身在高溫下分解。第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.3制冷劑的主要性質(zhì)及選用原則

3.遷移性質(zhì)粘度、密度盡量小，這樣可減少制冷劑在系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力及制冷劑的充注量；導(dǎo)熱系數(shù)大，這樣可以提高熱交換設(shè)備(如蒸發(fā)器、冷凝器、回?zé)崞鳌?的傳熱系數(shù)，減少傳熱面積，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。

4.物理化學(xué)性質(zhì)方面要求無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，制冷劑要經(jīng)得起蒸發(fā)和冷凝的循環(huán)變化，使用中不變質(zhì)，不與潤滑油反應(yīng)，不腐蝕制冷機(jī)構(gòu)件，在壓縮終了的高溫下不分解。

5.其他

原料來源充足，制造工藝簡單，價(jià)格便宜。第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑一、無機(jī)化合物制冷劑

1、水（R718） 基本性質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為100℃，冰點(diǎn)為0℃；ODP和GWP值均為0； 適用范圍：屬于高溫制冷劑，制冷溫度高于0℃場(chǎng)合，適用于吸收式、蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)

2、氨（R717）基本性質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-33.4℃，凝固溫度為-77.7℃；ODP和GWP值均為0；熱力性質(zhì)較好；融水性良好；不溶于潤滑油；適用范圍：制冷溫度高于－65℃的場(chǎng)合，多用于冷庫第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑二、氟里昂

1.共性

(1)分子量大、比重大、流動(dòng)性差；

(2)絕熱指數(shù)小，壓縮終溫比較低；

(3)對(duì)金屬腐蝕性較小，對(duì)非金屬高分子材料具有“膨潤作用”；

(4)融水性極差；

(5)遇明火易分解；

(6)價(jià)格昂貴；

(7)易泄漏，無味不易察覺第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑

2.R12(CFC12) 沸點(diǎn)：－29.8℃

凝固點(diǎn)：－155℃

適用范圍：－70℃以上，中溫制冷劑

3.R11(CFC11)

沸點(diǎn)：23.8℃

凝固點(diǎn)：-111℃

適用范圍：-5～10℃，高溫制冷劑

4.R22(HCFC22)

沸點(diǎn)：－40.8℃

凝固點(diǎn)：－160℃

適用范圍：－80℃以上，替代R12，中溫制冷劑第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑

5.R134a(HFC134a)

沸點(diǎn)：－26.5℃

凝固點(diǎn)：－101℃

適用范圍：替代R22 6.R123(HCFC123)

沸點(diǎn)：27.9℃

凝固點(diǎn)：－107℃

適用范圍：替代R11第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑四、碳?xì)浠衔铮ǎ?0～10℃

）

1.共性 （1）凝固點(diǎn)低 （2）不溶于水、不腐蝕金屬、溶油性好 （3）便宜 （4）易燃、易爆

2.丙烷（R290） 沸點(diǎn)：－42.2℃

凝固溫度：－197.1℃第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑 3.異丁烷（R600a） 沸點(diǎn)：－11.73℃

凝固溫度：－160℃

適用范圍：R12的永久替代

4.甲烷（R50） 沸點(diǎn)：－165.6℃

適用范圍：－150℃左右第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑五、共沸混合物制冷劑

1.共性

(1)在一定的蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時(shí)，不僅其蒸發(fā)溫度不變，而且蒸發(fā)溫度一般比組成它的單組分的蒸發(fā)溫度低。

(2)在一定的蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑的單位容積制冷量比組成它的單一制冷劑的容積制冷量要大。

(3)共沸制冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性較組成它的單一制冷劑好。

(4)在全封閉和半封閉壓縮機(jī)中，采用共沸制冷劑可使電機(jī)得到更好的冷卻，電機(jī)繞組溫升減小。

(5)一定范圍內(nèi)，能耗更低。比如：蒸發(fā)溫度-60～-30℃，能耗R502低于R22；-10～10℃，R502能耗高于R22第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑2.R500（R12/R152a，73.8/26.2） 沸點(diǎn)：－33.5℃，用于替代R123.R502（R22/R115，48.8/51.2） 沸點(diǎn)：－45.4℃，用于替代R224.R503（R23/R13，40.1/59.9）沸點(diǎn)：－87.9℃，用于替代R135.R507（R125/R143a，50/50）沸點(diǎn)：－46.7℃，用于替代R502第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑六、非共沸混合物

1.定義 非共沸混合制冷劑是由兩種或多種不同制冷劑按任意比例混合而成。它沒有共沸點(diǎn)，在定壓下蒸發(fā)或凝結(jié)時(shí)，氣相和液相的成分不同，溫度也在不斷變化。

2.近共沸混合制冷劑 通常將泡露點(diǎn)的溫度差小于3℃的混合制冷劑稱為近共沸混合制冷劑第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.4常用制冷劑3.R401A和R401BR12替代物，性能與R12也較接近4.R407C沸點(diǎn)溫度為－43.4℃，R22的替代物5.R410A屬于近共沸混合制冷劑，R22的替代物

第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.5載冷劑和蓄冷劑一、載冷劑

1.定義 載冷劑就是冷量的載體，俗稱為冷媒。載冷劑先在蒸發(fā)器與制冷劑發(fā)生熱交換獲得冷量，然后用泵將被冷卻了的載冷劑泵送到各個(gè)用冷場(chǎng)所。在用冷場(chǎng)所的冷卻設(shè)備內(nèi)，載冷劑吸收被冷卻對(duì)象的熱量使其降溫，載冷劑自身溫度升高后再返回蒸發(fā)器將熱量傳送給制冷劑。周而復(fù)始，載冷劑將制冷循環(huán)中供冷的蒸發(fā)器與用冷的用戶連接起來，起到了在用冷者和產(chǎn)冷者之間傳遞冷量的作用。第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.5載冷劑和蓄冷劑2.優(yōu)點(diǎn)

(1)可以將制冷系統(tǒng)集中在機(jī)房或者一個(gè)很小的范圍內(nèi)，使制冷系統(tǒng)的管道和接頭大大減少，便于密封和系統(tǒng)檢漏；

(2)制冷劑的充注量也大大減少；

(3)在大容量集中供冷裝置中采用載冷劑可解決冷量的控制和分配問題，便于機(jī)組的運(yùn)行營理；

(4)便于安裝，生產(chǎn)廠可以直接將制冷系統(tǒng)安裝好，用戶只需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝好載冷劑系統(tǒng)。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.5載冷劑和蓄冷劑3.選用原則

(1)在使用溫度范圍內(nèi)呈液態(tài)，

(2)凝固點(diǎn)低，揮發(fā)性好；

(3)無毒、無刺激性，不易燃、無爆炸危險(xiǎn)；

(4)對(duì)金屬腐蝕性??；

(5)粘度小，相對(duì)密度小，傳熱性能好，比熱容較大；

(6)化學(xué)穩(wěn)定性好；價(jià)格低廉，易于獲得。4.水 只適用于載冷溫度在0℃以上的場(chǎng)合第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.5載冷劑和蓄冷劑5.無機(jī)鹽水溶液

(1)基本性質(zhì) 共晶溫度 共晶濃度

(2)蒸發(fā)溫度比析冰溫度 高5～8℃

(3)定期檢測(cè)鹽濃度

(4)需要添加防腐劑，如 （Na2Cr2O7,NaOH）第三十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.5載冷劑和蓄冷劑6.有機(jī)載冷劑

(1)有機(jī)液體載冷劑（冰點(diǎn)溫度－100℃左右） 甲醇：冰點(diǎn)－97℃

乙醇：冰點(diǎn)－117℃

特點(diǎn)：比重大、粘性小、比熱容小 其它：二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯乙烯（C2HCl3）和其他氟里昂液體

(2)有機(jī)溶液載冷劑 甲醇、乙醇水溶液：比重和比熱容均比其純?nèi)芤焊?，它們的流?dòng)性都比較好，都有揮發(fā)性和可燃性。 丙三醇水溶液(甘油)：對(duì)金屬無腐蝕、無毒，可以和食品直接接觸，是良好的載冷劑 其它：乙二醇、丙二醇水溶液第三十六頁，共三十八頁，編輯于202