制冷劑基本常識(shí).ppt

1、制冷劑基本常識(shí),第一節(jié) 制冷劑概述,第二節(jié) 制冷劑的熱物性參數(shù)及其計(jì)算方法,第三節(jié) 制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用,第四節(jié) 常用制冷劑,第一節(jié) 制冷劑概述,一、 制冷劑的發(fā)展、應(yīng)用與選用原則,只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。,第一節(jié) 制冷劑概述,一、 制冷劑的發(fā)展、應(yīng)用與選用原則,http:/ ,2000年臭氧空洞的形狀,2002年臭氧空洞變形了,第一節(jié) 制冷劑概述,一、 制冷劑的發(fā)展、應(yīng)用與選用原則,1.熱力學(xué)性質(zhì)方面,2.遷移性質(zhì)方面,(1) 工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。,(2) 單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。,(3) 比功w 和單位容積壓縮

2、功wv小，循環(huán)效率高。,蒸發(fā)壓力大氣壓力，以免系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)壓 冷凝壓力不要過高，以免設(shè)備笨重 冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不宜過大，降低輸氣系數(shù),(4) 等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤(rùn)滑條件惡化,或制冷劑自身在高溫下分解。,作為制冷劑應(yīng)符合的要求,3.物理化學(xué)性質(zhì)方面,4.其它,原料來源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。,二、制冷劑命名,制冷劑按其化學(xué)組成主要有三類,字母“R”和它后面的一組數(shù)字或字母,表示制冷劑；,根據(jù)制冷劑分子組成按一定規(guī)則編寫,1.無機(jī)化合物,2.氟里昂和烷烴類,編寫規(guī)則,制冷劑的簡(jiǎn)寫符號(hào),表2-1 制冷劑符號(hào)舉例,3.非共沸混合工質(zhì),4.共沸混合工質(zhì),5.環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它

3、們的鹵代物,簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定：環(huán)烷烴及環(huán)烷烴的鹵代物用字母“RC”開頭，鏈烯烴及鏈烯烴的鹵代物用字母“R1”開頭，其后的數(shù)字排寫規(guī)則與氟里昂及烷烴類符號(hào)表示中的數(shù)字排寫規(guī)則相同。,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。,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。,此外，有機(jī)氧化物、脂肪族胺用R6開頭，其后數(shù)字任選。詳細(xì)可從表2-2 制冷劑標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)表示中查出。,第二章制冷劑、載冷劑及潤(rùn)滑油,第二節(jié) 制冷劑的熱物性參數(shù)及

4、其計(jì)算方法,一、熱力性質(zhì),制冷劑的常用熱力性質(zhì)：,壓力、溫度、比體積、比內(nèi)能、比焓，比熵、比熱容、聲速，都是狀態(tài)參數(shù)，彼此之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。,熱力學(xué)參數(shù)關(guān)系：通過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定出來。,它們常被表示成兩種形式： 一種是熱力學(xué)性質(zhì)圖和表，參數(shù)關(guān)系方程式。,最基本的熱力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)；表2-3 制冷劑的基本熱力性質(zhì) 導(dǎo)出熱力學(xué)量是通過熱力學(xué)關(guān)系式計(jì)算得到。,在使用熱力性質(zhì)圖和表時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意不同表的焓和熵等參數(shù)的基準(zhǔn)值的選取。,熱力參數(shù)的關(guān)系/方程式：,（1）壓縮性系數(shù)：,（2）飽和蒸氣壓 一般由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。,（3）汽化熱：與單位質(zhì)量制冷量有關(guān)。,（4）比熱容：一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。,（5）液體的密度

5、,壓縮系數(shù) Z 可用實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,式中：,二、熱物性參數(shù)的計(jì)算機(jī)計(jì)算方法,1、氣相熱力性質(zhì)計(jì)算,狀態(tài)方程：很多（如馬丁-侯方程）,有了精確的狀態(tài)方程，利用熱力學(xué)關(guān)系式，可推導(dǎo)出比焓、比熵等熱力性質(zhì)。,它是壓力、溫度、比體積關(guān)系式。式中：,1、氣相熱力性質(zhì)計(jì)算,由狀態(tài)方程計(jì)算亥姆霍茲自由能的余函數(shù)公式為,由熱力學(xué)的余函數(shù)理論可知，只要求得了亥姆霍茲自由能的余函數(shù)，其他余函數(shù)都可以由此經(jīng)過簡(jiǎn)單求導(dǎo)或加減運(yùn)算得到。,1、氣相熱力性質(zhì)計(jì)算,2、液相熱力性質(zhì)計(jì)算,計(jì)算飽和液體比體積：,計(jì)算飽和液體比焓： = 飽和蒸氣的比焓 - 氣化熱。,計(jì)算過冷液體比焓和比熵：,計(jì)算飽和液體比熵： = 飽和蒸氣的比熵 -

6、 氣化熱 / 熱力學(xué)溫度。,密度的倒數(shù)，,3、物性計(jì)算程序示例：,可以看出，計(jì)算熱力參數(shù)的方法似乎有點(diǎn)繁瑣，還不如查表方便。 但實(shí)際上，不管是作制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還是作優(yōu)化分析研究，都經(jīng)常地反復(fù)地要查找大量的熱力性質(zhì)數(shù)據(jù)，這時(shí)，采用上述方法通過計(jì)算機(jī)計(jì)算就顯得非常的方便。,第三節(jié) 制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用,1.安全性,(1) 毒性,雖然一些氟里昂制冷劑其毒性都較低，但在高溫或火焰作用下會(huì)分解出極毒的光氣。,(2) 燃燒性和爆炸性,(3) 安全分類,表28與表29分別給出了6個(gè)安全等級(jí)的劃分定義和一些制冷劑的安全分類。,爆炸極限,表27 制冷劑的毒性指標(biāo)給出常用制冷劑TLVs或AEL值,表28

7、一些制冷劑的易燃易爆特性,注：None表示不燃燒，na表示未知。,表29 ASHRAE34-1992以毒性和可燃性為界限的安全分類,表210 一些制冷劑的安全分類,2.熱穩(wěn)定性,制冷劑在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下不發(fā)生裂解。在溫度較高又有油、鋼鐵、銅存在長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)發(fā)生變質(zhì)甚至熱解。,3.對(duì)材料的作用,正常情況下，鹵素化合物制冷劑與大多數(shù)常用金屬材料不起作用。只在某種情況例如水解作用、分解作用等下，一些材料才會(huì)和制冷劑發(fā)生作用。,制冷系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免水分存在和銅鐵共用。,氨制冷機(jī)中不能用黃銅、紫銅和其它銅合金，因?yàn)橛兴謺r(shí)要引起腐蝕，但磷青銅除外。,橡膠與氟利昂會(huì)發(fā)生溶解；氟里昂對(duì)塑料等高分子化合物會(huì)起“

8、膨潤(rùn)”作用(變軟、膨脹和起泡)，故在制冷系統(tǒng)中要選用特殊橡膠或塑料。,4.與潤(rùn)滑油的互溶性,在大多數(shù)制冷機(jī)里，工質(zhì)與潤(rùn)滑油相互接觸是不可避免的。 各種工質(zhì)與潤(rùn)滑油之間的溶解程度不同。有的完全溶解，有的幾乎不溶解，有的部分溶解。,若工質(zhì)與油不溶解，可以從冷凝器或貯液器中將油分離出來，避免將油帶入蒸發(fā)器中，降低傳熱效果。,若制冷工質(zhì)與油溶解，會(huì)使?jié)櫥妥兿?，影響?rùn)滑作用，且油會(huì)被代入蒸發(fā)器中，影響到傳熱效果。,5.與水的溶解性,“冰堵現(xiàn)象”,當(dāng)溫度降到0以下時(shí)，水結(jié)成冰而堵塞節(jié)流閥或毛細(xì)管的通道形成“冰堵”，致使制冷機(jī)不能正常工作。,6.泄漏性,表211 水分在一些制冷劑中的溶解度（25）,注：n

9、a表示沒有找到可用的數(shù)據(jù)。,表4-5 制冷劑的安全、環(huán)境特性表 注: LFL燃燒低限，它是可燃性的一個(gè)標(biāo)志 。 TLV-TWA低限值的時(shí)間加權(quán)平均值。,臭氧消耗潛能值ODP( Ozone Depletion Potential )，是一個(gè)規(guī)范化的標(biāo)志，選用CFC11的值作為基準(zhǔn)值1.0，表示制冷劑消耗大氣臭氧分子潛能的程度。,全球變暖潛能值GWP( Global Warming Potential )，是衡量制冷劑對(duì)氣候變暖影響的指標(biāo)值。當(dāng)選用CFC11的值作為基準(zhǔn)值1.0時(shí)，稱為HGWP。近年來人們將作用100年的CO2作為基準(zhǔn)，并將CO2的溫室效應(yīng)潛能值定為1.0，稱為GWP或GWP100

10、。,7、制冷劑與大氣環(huán)境,氟利昂類制冷劑中，凡分子內(nèi)含有氯或溴原子的制冷劑對(duì)大氣臭氧層有潛在的消耗能力。,表4-5所示GWP數(shù)值是相對(duì)于一百年年限產(chǎn)生的二氧化碳的量; 所示混合物的GWP100是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得來。 要全面反映溫室效應(yīng)必須考慮機(jī)器的泄漏量、使用年限、能耗等多方面的因素。,總體溫室效應(yīng)值TEWI (Total Equivalent Warming Impact)，是綜合反映一臺(tái)機(jī)器對(duì)全球變暖所造成影響的指標(biāo)值。其計(jì)算方法如下: TEWI=mIGWPn+EnB 式中： GWP以CO2為基準(zhǔn)的全球變暖潛能值； m系統(tǒng)中制冷劑總質(zhì)量（kg）； I制冷劑的年泄漏率（%）； n系統(tǒng)運(yùn)行年限

11、（年）； E系統(tǒng)每年的能耗（kWh）； B每度電CO2的釋放量kg/（kWh）。,TEWI由兩項(xiàng)構(gòu)成：直接使用制冷劑產(chǎn)生的溫室效應(yīng)；制冷機(jī)使用期內(nèi)電廠發(fā)電產(chǎn)生的間接溫室效應(yīng)。 前者指計(jì)算年限內(nèi)泄漏的制冷劑相當(dāng)于多少公斤CO2的積聚效果，后者體現(xiàn)產(chǎn)生1kWh電，由燃料燃燒所釋放的CO2量。需要指出的是，間接溫室效應(yīng)對(duì)各個(gè)國(guó)家而言是不同的，取決于該國(guó)火力發(fā)電和水力發(fā)電的比例，以及火力發(fā)電的全廠熱效率。,大氣壽命，是制冷劑排放到大氣中一直到分解前時(shí)間，也就是制冷劑在大氣中的存留的時(shí)間。制冷劑的壽命長(zhǎng)，說明其潛在的破壞作用就大。,壽命期氣候性能 LCCP（Life Cycle Climate Perf

12、ormance），是在TEWI基礎(chǔ)上補(bǔ)充了制冷機(jī)和制冷劑生產(chǎn)過程中的能耗引起的溫室效應(yīng)。若用LCCP衡量和分析，其直接溫室效應(yīng)均很小，且可以通過提高能效比來補(bǔ)償；間接溫室效應(yīng)占主要部分。,表4-5 制冷劑的安全、環(huán)境特性表,7、制冷劑與大氣環(huán)境,表4-6 綠色環(huán)保制冷劑的趨勢(shì),沸點(diǎn)-33.3，凝固點(diǎn)-77.9 單位容積制冷量大粘性小，傳熱性好，流動(dòng)阻力小 毒性較大，有一定的可燃性，安全分類為B2 氨蒸氣無色，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味 氨液飛濺到皮膚上會(huì)引起腫脹甚至凍傷 氨系統(tǒng)中有水分會(huì)加劇對(duì)金屬腐蝕同時(shí)減小制冷量 以任意比與水互溶但在礦物潤(rùn)滑油中的溶解度很小 系統(tǒng)中氨分離的游離氫積累至一定程度遇空

13、氣爆炸 氨液比重比礦物潤(rùn)滑油小，油沉積下部需定期放出 在氨制冷機(jī)中不用銅和銅合金材料(磷青銅除外),第四節(jié) 常用制冷劑,1.無機(jī)物,2.氟利昂,(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）,(2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）,R134aChemical name: 1,1,1,2-TetrafluorethaneChemical formula: CF3-CH2F,Substitute for R12 Solkane 134a has similar Vapour pressureas R 12 Existing R 12 equipment can be retrofitted

14、with Solkane 134a Solkane 134a is non-flammable and safe to use Solkane 134a is environmentally acceptable Applications Solkane 134a can replace R12 in most applications. Household refrigerators Car air conditioning systems Heat pumps Chillers Transport refrigeration Commercial cooling,(3) R11（一氟三氯甲

15、烷 CFCl3）,(4) R22（二氟一氯甲烷 CHF2Cl）,R22:Chemical name: ChlordifluormethaneChemical formula: CHCIF2,In comparison to CFC 12, the ODP of Solkane 22 is reduced by 94.5% It is used in a broad spectrum of different applications Mostly used refrigerant worldwide Possible replacement for CFC 12 and CFC 502 in

16、low-temperature application Well-known and approved refrigerant Application Frozen food display case Chest freezer Air conditioner Cold storage room Heat pump ransport cooling system Commercial refrigeration (e.g. supermarket, in medium and low temperature range) Industrial refrigeration,R123Chemica

17、l name: 1,1-Dichloro-2,2,2-trifluorethaneChemical formula: CHCI2-CF3,Low pressure refrigerant Physical properties comparable to R11 Non-flammable Use of conventional oils possible ODP reduced by 98% related to R11 Low HGWP Solkane 123 is an interim replacement for CFC 11. Centrifugal chillers for in

18、dustrial and commercial use Centrifugal compressors ORC - processes Heat - pumps CFC 11 compatible mineral oils can be used with Solkane 123. Solkane 123, as an interim refrigerant, ensures the operation of existing CFC 11-equipment with low residual lifetime. Toxicity PAFT-Results (Program for Alte

19、rnative Fluorcarbon Toxicity Testing): Short-term studies: low toxicity Long-term studies: on rats an increased incedence of benign tumours was observed Attention: lassified according TRGS 905,category 3 substances are suspected carcinogens. Measurements on centrifugal chillers showed that the opera

20、tion under approved technical procedures can be safely maintained.,R142bblowing agents produce foams such as polyurethane foam and extruded polystyrene, which provide insulation.,Description Appearance: colourless gas Odour: faintly ethereal Solkane 142b, a high-purity gas liquefied under pressure,

21、has a wide range of applications in the plastic foams sector either alone or as a mixture with Solkane 22. On account of its properties Solkane 142b constitutes an ideal alternative for fully halogenated chloro-fluorocarbons.,R23 Chemical name : Trifluormethane Chemical formula : CHF3,Substitute for

22、 R13 High pressure refrigerant for ultra-low temperatures (-60 C to -100 C) Solkane 23 features among others similar Vapour pressure as R13 Solkane 23 is not flammable and safe to handle Solkane 23 presents no toxicological risks Compressors must be charged with polyolester oils Applications The low

23、-temperature refrigerant Solkane 23 finds its exclusive use in cascade systems at an evaporating temperature of 60C to 100C and at a condensing temperature of approx. 10C to 40C. Industrial refrigeration systems for e.g. gas separation and chemical process engineering Pharmaceutical manufacturing pl

24、ants Medical applications Material testing Cryomats and cryostats High-vacuum chambers Test chambers, test benches Retrofitting of existing R13-systems is possible,R404AChemical name : Pentafluorethane/1,1,1-Trifluorethane/1,1,1-Tetrafluorethane: Chemical formula: CHF2-CF3/CH3-CF3/CF3-CH2F,Substitut

25、e for R502 Near azeotropic refrigerant containing R125, R143a and R 134a (44/52/4% by weight) Refrigerant must be charged from liquid phase Physical and thermodynamical properties comparable to R502 Non-flammable Compressors must be charged with polyolester oils application Cold-storage cells Superm

26、arket display cases Ice machines Replacement for R502 in transport refrigeration Retrofit of existing R502-installations with Solkane 404A is possible,R407C:Chemical name: Difluormethan/ Pentafluorethane/1,1,1,2TetrafluorethaneChemical formula: CH2F2/CF3CHF2/CF3CH2F,Interim replacement for R22 Refri

27、gerant containing R32, R125 and R 134a (23/25/52 weight-%) temperature glide approx. 7 K Refrigerant must be charged from liquid phase Physical and Vapour pressurecomparable to R22 No flammabe and safe to handle Commercially avaible mixable with polyester oil environmentally acceptable application A

28、ir-conditioning systemes Heat-pumbs Industrial and commercial cooling* Solkane 407 c is applicable for new air-conditioning units or for retrofit of existing R22 installations* *not for systems with flooded evaporation,R410Chemical name : Difluormethane/ PentafluorethaneChemical formula: CH2F2/CHF2-

29、CF3,Near azeotropic refrigerant containing R32 and R125 Distinct higher efficiency in comparision with R22 Non-flammable Solkane 410 is atng favoured worldwide as long-term alternative for R22 Commercially available Compressors must be charged with polyolester oils Applications Air-Conditioning units Heat pumps