制冷原理-制冷剂和载冷剂
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制冷原理
三. 制冷技术的发展历程
• 人工制冷的方法是随着工业革命开始的。1748年， 英国人柯伦证明了乙醚在真空下蒸发时会产生制 冷效应。1755，苏格兰人 W.Cullen教授利用乙 醚蒸发使水结冰。W.Cullen教授的学生BLack从 本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热的概 念，并发明了冰量热器，这标志着现在制冷技术 的开始.......
五.经济性方面的要求
• 制冷剂应能工业化生产，原料容易获得， 并且价格便宜。由于制冷剂种类繁多，其 性质差别较大，完全符合理想要求的制冷 剂是很难找到的，因此在选择制冷剂时要 根据实际情况综合考虑。
• 氨有较好的热力学性质和热物理性质。氨的临界 温度（133.0℃）高，凝固点（-77.7℃）较低， 标准沸点为-33.3℃。在常况下，氨在制冷系统中 的蒸发压力位0.1MPa~0.5MPa，因而空气不易渗 入系统中，氨的冷凝压力一般为1.0MPa~1.6MPa， 其压力比适中。
四. 我国制冷行业的发展前景
• 目前，我国制冷空调行业已具有品种比较齐全的 大、中、小型制冷空调产品系列、产品质量、性 能和技术水平较过去有很大的提高，并已形成了 具有一定基础的科研、教学、设计和生产体系， 正在缩小与国外先进水平的差距。到目前为止， 我国制冷空调行业正飞速地发展。
第一章 制冷剂和载冷剂制
共沸混合物制冷剂代号：按开发的顺序 从R500开始排列。
4 非共沸混合物制冷剂
非共沸混合物制冷剂是由 两种或两种以上相互不 形成共沸混合物的单组 分制冷剂混合物而成的 制冷剂。
非共沸混合物制冷剂代号： 剂代号：按开发的顺序 从R400开始排列。
• 5 无机化合物制冷剂
无机化合物制冷剂是较早采用主制冷剂，主 要有氨，空气，水和二氧化碳等。
第二章 制冷原理
优点： 缺点： ★耗水量少（水冷式冷凝器的3~5%） ★冷凝管暴露于空气中易于腐蚀 ★空气流量不大 ★水在冷凝管外汽化时矿物质完 全 留在管子表面，水垢层增长较快， 故冷却水需软化处理。
制冷原理 五、制冷剂
制冷剂是进行制冷循环的工作物质。 对制冷剂的要求 理想的制冷剂要求化学性质是无毒、无刺激性气味、对金属腐蚀作用小、与润滑油 不起化学反应，不易燃烧、不易爆炸、并且要求制冷剂有良好的热力学性质，即在 大气压力下它在蒸发器内的蒸发温度要低、蒸发压力最好与大气压相近；制冷剂在 冷凝器中、冷凝温度对应的压力要适中，单位制冷量要大，汽化热要大，而液体的 比热要小，气体的比热要大。要求制冷剂的物理性质：凝固温度要低、临界温度要 高 (最好高于环境温度)，导热系数和放热系数要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。
制冷原理
德玛仕技术部 主讲人：印定兵 2018年08月15日
第二章
制冷原理
制冷原理
制冷原理 一、蒸气压缩式制冷原理
蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现 人工制冷的。 在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态 必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做 蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些 酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂 F-12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F-12的液 体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制 冷剂F-12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原 理。 蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。
制冷原理 五、制冷剂
制冷剂是进行制冷循环的工作物质。 对制冷剂的要求 理想的制冷剂要求化学性质是无毒、无刺激性气味、对金属腐蚀作用小、与润滑油 不起化学反应，不易燃烧、不易爆炸、并且要求制冷剂有良好的热力学性质，即在 大气压力下它在蒸发器内的蒸发温度要低、蒸发压力最好与大气压相近；制冷剂在 冷凝器中、冷凝温度对应的压力要适中，单位制冷量要大，汽化热要大，而液体的 比热要小，气体的比热要大。要求制冷剂的物理性质：凝固温度要低、临界温度要 高 (最好高于环境温度)，导热系数和放热系数要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。
制冷原理
德玛仕技术部 主讲人：印定兵 2018年08月15日
第二章
制冷原理
制冷原理
制冷原理 一、蒸气压缩式制冷原理
蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现 人工制冷的。 在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态 必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做 蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些 酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂 F-12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F-12的液 体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制 冷剂F-12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原 理。 蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。
制冷人必备的制冷技术知识（图解）
制冷⼈必备的制冷技术知识（图解）⼀、制冷术语1、制冷：物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产⽣低于环境温度的过程。
2、制冷剂:在制冷装置中不断完成循环的⼯作物质。
常⽤制冷剂：氨、氟利昂（R22、R134A、R407C、R410A）、⽔。
3、载冷剂:是在间接制冷系统中⽤来传送冷量的中间介质。
常⽤的载冷剂: 冰河冷媒、⽔、盐⽔、⼄⼆醇⽔溶液。
制冷量:单位时间⾥由制冷机（空调器）从低温物体向⾼温物体所转移的热量。
制热量:单位时间内由空调器（热泵型）从外界吸热后向室内输送的热量。
COP = 制冷量/压缩机电功率。
冬季热泵循环性能系数和夏季热泵的能效⽐表达形式均采⽤COP（能效⽐）表⽰。
EER = 制冷量/空调系统总电功率（EER值越⾼，表⽰空调中蒸发吸收较多的热量或压缩机所耗的电较少）。
在夏季制冷时，制冷量（W或Btu/h）与输⼊功率（W）的⽐率定义为热泵的能效⽐EER。
标准单位:⽡（W）或千⽡（KW）1KW = 860kcal/h1美国冷吨 = 3.526kw = 3024kcal/h（注：1冷吨就是使1吨0℃的⽔在24⼩所内变为0℃的冰所需要的制冷量。
）显热: 物质在吸热或放热过程中，温度上升或下降，但是物质的形态不发⽣变化，这种热称为显热。
潜热: 物质在吸收或放出热量的过程中，其形态发⽣变化，但温度不发⽣变化，这种热量⽆法⽤温度计测量出来，⼈体也⽆法感觉到，但可通过实验计算出来，这种热量就称为潜热。
1.⼲球温度：(符号DB)普通的温度。
2.湿球温度：(符号WB)温度计的球体上湿润时的温度，受湿度的影响。
3.露点温度：(符号DP)对空⽓进⾏冷却，空⽓中的⽔分开始结露⽔的温度。
湿度:空⽓中⽔蒸汽的含量。
绝对湿度：1m3的湿空⽓中所含⽔蒸⽓的质量。
（单位：公⽄·⽔／公⽄·⼲燥空⽓）相对湿度：湿空⽓的绝对湿度与同温度下饱和湿空⽓的绝对湿度之⽐。
（单位%，符号ＲＨ）饱和湿空⽓:空⽓中含⽔蒸⽓量是有限度的,达到最⼤容量时的湿空⽓称为饱和湿空⽓。
制冷原理
蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷； 冷凝器：输出热量。
制冷技术
带液体过冷、蒸汽过热、回热系统 蒸汽压缩式制冷循环
一、液体过冷
1. 基本概念
液体过冷：液体制冷剂的温度低于其压力所对应的饱
和液体温度。
过冷度：液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温
度之差。
过冷循环：具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。
一、液体过冷
4. 热力分析
p
4' 4 pk p0 5' 5 1 3 2
单位制冷制冷量：q0＝h1－h5’ 单位理论压缩功：w0＝h2－h1 单位质量制冷量提高 耗功量不变 制冷系数增大
0
过冷循环
h
二、蒸气过热
1. 基本概念
蒸气过热：制冷剂蒸汽温度高于其压力对应的饱和温度。
过热度：蒸汽过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。 过热循环：具有蒸汽过热的循环称为蒸汽过热循环。 有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制
汽车、常规武器的环境模拟试验等。
制冷技术
蒸汽压缩式制冷的理论循环
一、理论循环
1. 循环组成：
压缩机：等熵压缩；
冷凝器：等压放热；
节流阀：绝热节流，等焓；
蒸发器：等压吸热而制冷。
2. “四大件”作用
压缩机：“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸汽；
节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的
制冷剂流量；
而发生“冰堵”。氟利昂难溶于水。
溶水性好： 不会发生“冰堵”，氨易溶于水，但氨溶于水中易腐蚀
金属。
4.来源广，易制取。
第2讲：制冷剂、载冷剂、冷冻机油及压焓图
第2讲：制冷剂、载冷剂、冷冻机油§2-1 制冷剂制冷剂又称制冷工质，用英文单词（Refrigcrant）的首位字母“R”作为代号。
它是一种在制冷循环过程中利用液体气化吸收热量，又在外功的作用下，把气体液化放出的热量传给周围介质的物质。
它易于气化，又易于液化。
在制冷装置中，没有制冷剂就无法实现制冷。
高压制冷剂。
按可燃性和毒性分类，分为不可燃、可燃、易燃、低毒、高毒等组别。
●制冷剂的选用原则制冷剂应具备一些基本要求，可以从热力学、物理化学、安全和经济等方面来考虑。
（1）热力学的要求①在大气压下，制冷工质的蒸发温度（沸点）t0要低。
这样不仅可以获取比较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度t0下，使其蒸发压力P0高于大气压力，以避免空气进入制冷系统影响换热设备的换热效果和设备的使用寿命。
同时，在一定的蒸发温度下，蒸发压力高于大气压力，系统一旦发生泄漏时容易发现。
②要求制冷剂在常温条件下，要有比较低的冷凝压力P k，以免对处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排出管道等设备的强度要求过高。
通常按正常蒸发温度t0和常温下的冷凝压力P k将制冷工质分为以下三种：a.高温制冷工质（或称低压制冷工质）：t0>0℃,P k<2～3kg/cm2。
如R11、R113、R114等，这些制冷剂适用高温环境下空调系统用的离心式压缩机。
b.中温制冷工质（或称中压制冷工质）：0℃>t0>-70℃，P k<15～20 kg/cm2。
如氨（R717）、氟利昂12（R12）、氟利昂22（R22）、氟利昂500（R500）、氟利昂502（R502）等，这类制冷剂使用范围比较广，适用于活塞式制冷压缩机制电冰箱、食堂小冷库、空调用制冷系统、大型冷藏库等制冷装置中。
c.低温制冷工质（或称高压制冷工质）：t0<-70℃，P k>20kg/cm2.如氟利昂13(R13)、氟利昂14(R14)、氟利昂23（R23）、氟利昂503（R503）等，这类制冷剂只适用于复叠式制冷装置中的低温部分或在-70℃以下的低温制冷设备。
制冷系统理论培训
润滑油
润滑油的作用
• • • • 润滑各运动部件，减少摩擦和摩损； 冷却作用，将运动部件保持较低温度，以提高 效率； 在螺杆压缩机转子之间、转子与机体之间形成 油膜，起密封作用； 螺杆压缩机中利用润滑油的压差推动滑阀，进 行能量调节。
润滑油的性能指标
• 因润滑油与制冷剂直接接触，部分随制冷剂一起循环， 与电机线圈、密封垫等接触，即要经历压缩机排气的最 高温度，又要经历膨胀阀、蒸发器的最低温度。因此要 求润滑油具有稳定的化学性质和相溶性，具有优良的低 温流动性、润滑性，对环境无污染。 粘度：适宜的润滑油粘度是确保制冷压缩机正常工作的 保证，粘度过低，不能形成适宜的油膜，同时也影响密 封性；粘度过高，会造成压缩机耗功过大。另由于压缩 机在工作中高温侧润滑油的粘度不应降低过多，在低温 侧润滑油的粘度又不应过大，因而润滑油不仅必须具有 一定的粘度，又要保证润滑油随温度变化尽量小。
•
பைடு நூலகம்
制冷机组工作循环
• 高压液体管路：从冷凝器到节流阀的液体 管称高压液体管路。热交换使液体过冷度 增加，使制冷量增加。压力降会引起部分 液体汽化，导致制冷下降。 • 低压液体管路：从节流阀到蒸发器的管路 称低压液体管路。低压液体管路的温度通 常低于环境温度，一般都要从环境中吸 热，如果环境既是被冷却的空间，则这部 分吸热量既是有用的制冷量；否则是无效 的制冷量，从而导致制冷系统的制冷量及 制冷系数下降。
• 吸气管道：从蒸发器到压缩机的管路就是吸气管路， 吸气管路中的制冷制通常比环境温度低，即使管路有 良好的保温，也总会有热量传入管内，使吸气过热。 这种过热所吸的热量是无效制冷量。这样会造成单位 容积制冷量及制冷系数降低，功率消耗增加，排气温 度升高，因此，实际工程中，要注意采取措施，尽量 降低吸气管路传热的影响。吸气管路中流动阻力会造 成吸气压力（压缩机吸入蒸汽的压力）下降，由于压 缩机吸气压力下降，导致比容增大，单位压缩功增 加，从而使单位容积制冷量和制冷系数减小。 排气管道：由压缩机到冷凝器之间的管路称排气管 路。热交换不会引起性能的改变，仅仅减少了冷凝器 中的热负荷。压力降是有害的，它增加了压缩机的压 力比及比功，使容积效率降低，制冷系数下降。
冷水机组制冷原理
9
热力学第二定律
5、热力学第二定律 总结自然界中常发生的机械能与热能的相互转换以及热 量传递现象，热力学第二定律可表述为： 机械能可以全部变为热，但热却不能无条件地全部转换 成机械功。由此可知，利用一个热源(或冷源)无法完成循环 过程，也无法实现能量的连续转换。
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热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化 。它说明热从低温物体传到高温物体不能自发地进行，要 使之实现，必须花费一定的“代价”或具备一定的“条件 ”(或者说要引起其他变化)，在制冷机或热泵中，此代价就 是消耗的功量或热量。反之热从高温物体传到低温物体可 以自发地进行，直到两物体达到热平衡为止。
无机物沸点333凝固点779单位容积制冷量大粘性小传热性好流动阻力小毒性较大有一定的可燃性安全分类为b2氨蒸气无色具有强烈的刺激性臭味氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸氨液比重比矿物润滑油小油沉积下部需定期放出在氨制冷机中不用铜和铜合金材料磷青铜除外常用制况剂氨222氟利昂化学稳定性很好溶水性比r12强得多对系统干燥和清洁性要求更高用不r12丌同的干燥剂
制冷原理
一、制冷基础知识 二、制冷剂、载冷剂、润滑油 三、制冷系统的组成 四、制冷机组工作循环
1
一、制冷基础知识
定义
1、制冷定义： 制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某 物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保 持这个温度。 2、空调定义： 空气调节简称空调。是研究造成室内空气环境符合一定 的空气温度、相对湿度、空气的流动速度、空气的新鲜 度、洁净度，并在允许范围内有一定波动的技术。
制冷原理第二章制冷剂
爆炸极限 1.8~8.4 16.0~25.0 None None
制冷剂代号 R23 R32 R22 R744
爆炸极限 None 14~31 None None
18
制冷剂的物理化学性质及其应用
3、安全分类 毒性分为A、B两级
（A——低毒性、B——高毒性） 可燃性分为1、2、3三级
（1——不燃；2——低度可燃；3——高度可燃）
料无腐蚀作用。
30
目录
制冷剂概述 制冷剂的物理化学性质及其应用 载冷剂 ➢ 润滑油
31
润滑油
一、润滑油的功效 在制冷装置中，润滑油保证压缩机正常运转，对压缩机各
个运动部件起润滑与冷却作用，在保证压缩机运行的可靠性和 使用寿命中起着极其重要的作用。
减少运动零件摩擦量，延长寿命； 带走摩擦热； 防止制冷剂气体泄露； 清洗润画面，带走污垢； 保护零件防止锈蚀；
臭氧层有潜在消耗能力。
22
23
制冷剂的物理化学性质及其应用
臭氧衰减指数ODP CFC高、HCHC低、HFC为0
温室效应指数GWP CFC高、HCHC和 HFC低
总等效温室效应TEWI • 第一部分：直接温室效应——温室气体排放、泄露 或维修报废时进入大气产生的温室效应； • 第二部分：间接温室效应——使用这些温室气体的 装置因耗能引起的二氧化碳排放所带来的温室效应。
上节回顾
相变制冷——液体汽化、固体熔化与升华；压焓图 有外功输出（等熵）
绝热膨胀制冷 无外功输出（等焓）
（温度随微小压力变化而变化的关系） 逆卡诺循环
制冷的热力学特征 洛伦兹循环 热能驱动的制冷循环
（制冷量、制冷系数、热力系数、热力完善度、热泵系数）
1
第二章 制冷剂、载冷剂及润滑油
制冷原理与设备课件3.1、3.2
Department of Power Engineering
3.1 制冷剂概述
制冷剂替代步伐刻不容缓
以德国及北欧一些国家为 代表，主要采用天然工质 为替代物。美、日为代表，支持来自开发氢氟烃（HFCs） 类替代物
Department of Power Engineering
3.1 制冷剂概述 氟利昂类制冷剂
第一篇 基础篇
模块三 制冷剂与载冷剂（1）
Department of Power Engineering
3.1 制冷剂概述
3.1 制冷剂概述
3.1.1 制冷剂的发展与应用 制冷剂（Refrigerant）又称制冷工质，是制冷循环 的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即 制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结 时放热。 多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。
3.1 制冷剂概述
表3-2 饱和碳氢化合物制冷剂
制冷剂代号 化学名称 R50 R170 R290 甲烷 乙烷 丙烷 化学分子式 制冷剂代号 化学名称 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 R600a R600 异丁烷 丁烷 化学分子式 CH(CH3)3 CH3CH2CH2 CH3
Department of Power Engineering
五氯氟乙烷 CCl 3CCl 2F CCl 3CF3
1,1,2-三氯 1,2,2三氟乙 CCl 2FCClF2 烷 2,2-二氯 1,1,1-三氟乙 CHCl 2CF3 烷 1,1, -二氯乙 CH3CHCl 2 烷
R123
R134a R152a
CH2FCF3 CH3CHF2
R150a
Department of Power Engineering
制冷剂与载冷剂
简写符号规定为R(m简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z) R(m 数值为零时省去写， 数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写 英文字母以示区别。 英文字母以示区别。 正丁烷和异丁烷例外， R600和R600a(或R601)表示 正丁烷和异丁烷例外，用R600和R600a(或R601)表示
制 冷 原 理 与 装 置
2、工作温度范围内有合适的压力 和压力比
蒸发压力≧之比不宜过大
制 冷 原 理 与 装 置
3、单位制冷量 0和单位容积制冷量 v较 单位制冷量q 和单位容积制冷量q 单位制冷量 大。 4、压缩机的理论比功 小，循环效率高。 、压缩机的理论比功w小 循环效率高。 5、等熵压缩终了温度t2不能太高，以免 、等熵压缩终了温度 不能太高， 润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。 润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。
共沸混合工质
简写符号为R5( 简写符号为R5( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号， 00开始
制 冷 原 理 与 装 置
三、 制冷剂的环保化替代
1、制冷剂破坏臭氧层问题及温室效应 、
1975年美国学者提出，含氯的氟利昂中 年美国学者提出， 年美国学者提出 的氯原子会破坏臭氧层。 的氯原子会破坏臭氧层。 根据该理论， 根据该理论，含氯的氟利昂中的氯原子 在平流层会分离出来， 在平流层会分离出来，与臭氧分子作用生 成氧化氯和氧分子。氧化氯能与臭氧作用， 成氧化氯和氧分子。氧化氯能与臭氧作用， 重又生成氯原子和氧分子。这样不断重复， 重又生成氯原子和氧分子。这样不断重复， 使臭氧大量被破坏。 使臭氧大量被破坏。 该理论于1995年得到了诺贝尔化学奖。 年得到了诺贝尔化学奖。 该理论于 年得到了诺贝尔化学奖
制 冷 原 理 与 装 置
2、工作温度范围内有合适的压力 和压力比
蒸发压力≧之比不宜过大
制 冷 原 理 与 装 置
3、单位制冷量 0和单位容积制冷量 v较 单位制冷量q 和单位容积制冷量q 单位制冷量 大。 4、压缩机的理论比功 小，循环效率高。 、压缩机的理论比功w小 循环效率高。 5、等熵压缩终了温度t2不能太高，以免 、等熵压缩终了温度 不能太高， 润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。 润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。
共沸混合工质
简写符号为R5( 简写符号为R5( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号， 00开始
制 冷 原 理 与 装 置
三、 制冷剂的环保化替代
1、制冷剂破坏臭氧层问题及温室效应 、
1975年美国学者提出，含氯的氟利昂中 年美国学者提出， 年美国学者提出 的氯原子会破坏臭氧层。 的氯原子会破坏臭氧层。 根据该理论， 根据该理论，含氯的氟利昂中的氯原子 在平流层会分离出来， 在平流层会分离出来，与臭氧分子作用生 成氧化氯和氧分子。氧化氯能与臭氧作用， 成氧化氯和氧分子。氧化氯能与臭氧作用， 重又生成氯原子和氧分子。这样不断重复， 重又生成氯原子和氧分子。这样不断重复， 使臭氧大量被破坏。 使臭氧大量被破坏。 该理论于1995年得到了诺贝尔化学奖。 年得到了诺贝尔化学奖。 该理论于 年得到了诺贝尔化学奖
制冷原理与设备教材(PDF 136页)
3.制冷的分类
按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以 下4个领域：
普通制冷 120K以上 深度制冷 120K~20K 低温制冷 20K~0.3K 低温制冷 超低温制冷 0.3K以下 本课程主要讲普通制冷。
4.制冷技术的研究内容及理论基础
制冷技术主要研究以下三个方面： (1)研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并 对制冷循环进行热力学的分析和计算。（比如压缩式制冷） (2)研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。 (3)研究实现制冷循环所必需的各种机械和技术设备，包括他们的工 作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配 套设计。此外，还有热绝缘问题、制冷装置的自动化问题等等。
制冷与低温技术的应用领域举例 1. 空气调节
制冷和空调
的关系相互
联系又独立
图1-26 制冷与空调的关系
制冷在空调中的作用 (1)干式冷却
(2)减湿冷却
(3)减湿与干式冷却混合方式
2.人工环境
用人工方法构成各种人们所希望达到的环境条件，包 括地面的各种气候变化和高空宇宙及其它特殊的要求。
与制冷有关的人工环境试验有以下几种 (1) 低温环境试验 (2) 湿热试验 (3) 盐雾试验 (4) 多种气候试验 (5) 空间模拟试验
制冷技术的理论基础主要为热工的三大基础课程，即《工程热 力学》、《工程流体力学》、《传热学》。尤其是《工程热力 学》，学习和从事质量工作的人员应主要在这三门课程方面打好坚 实的理论基础。
5.制冷技术的发展历史
制冷技术的发展概括起来可分为两个阶段：
（1）天然冷源的应用阶段
是从古代~18世纪中期。 采水。
制冷原理与设备
热能教研室
制冷原理
5.4 节流过程
节流过程：电冰箱的节流阀是又细又长的毛细管。由于冷凝器冷
凝得到的液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压
力，在进入蒸发器前需让它降压降温。液态制冷剂通过毛细管时由于 流动阻力而降压，并伴随着一定程度的散热和少许的汽化，因此节流
过程是一个降压降温的过程。节流汽化的制冷剂量越大，蒸发器中的
中 ；离心式压缩机结构简单紧凑，运动件少，工作可靠，经久耐用 运行费用低，一般适用大于500RT的制冷系统中，并且可以实现无级 调节，使机组的负荷在30%~100%范围内工作。 4）评价制冷压缩机消耗能量方面先进性的指标： a、制冷压缩机的性能系数 COP 即：单位轴功率的制冷量。 轴功率（压缩机的耗功率）指电动机传至压缩机机轴上的功率， 主要包括直接用于压缩空气的所耗功率和克服运动机构的摩擦阻力所 耗功率。 b、能效比 EER ：单位电动机输入功率的制冷量大小。 此指标考虑到驱动电机效率对能耗的影响。
5.制冷系统原 低温高压液体
冷却水
32℃
膨胀阀 冷媒
冷 凝 器
主机
压缩机
冷 却 塔
12℃
低温低压气体
37℃
高温高压气体
空调制冷系统流程示意图
5.1 蒸发过程
蒸发过程：蒸发过程是在蒸发器中进行的。液态制冷剂在蒸发 器中蒸发时吸收热量，使其周围的介质温度降低或保持一定的低温 状态，从而达到制冷的目的。蒸发器制冷量大小主要取决于液态制 冷剂在蒸发器内蒸发量的多少。气态制冷剂流经蒸发器时不发生相 变，不产生制冷效应，因而应限制毛细管的节流汽化效应，使流入 蒸发器的制冷剂必须是液态制冷剂。另外，蒸发温度愈低，相应的 制冷量也略为降低，并会使压缩机的功耗增加，循环的制冷系数下 降。
制冷原理
一、制冷:是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保持这个温度。
二、制冷机：机械制冷中所必需的机械和设备的总和。
三、制冷工质1、制冷剂（1）分类按照化学成分分：1.无机物：NH3 、H2O、N2、CO22.有机物：1）碳氢化合物：CH4、C2H6、C2H42）氟利昂：饱和碳氢化合物的卤族取代物。
CHClF2、CCl2F2、C2H2F43.混合物：1）非共沸混合物：蒸发过程中混合物温度发生变化。
R4012）共沸混合物：具有共同的沸点，蒸发过程中混合物温度不发生变化。
R501 按照制冷剂的标准蒸发温度：高温（低压）、中温（中压）、低温（高压）制冷（2）命名原则（3）制冷剂的选用原则1、热力学方面的要求：1）具有较大的制冷工作范围：临界温度高、标准蒸发温度低、凝固温度低。
2）具有适当的工作压力和压缩比3）单位质量和单位体积制冷量均大：4）绝热指数低：可减少耗功率，降低排气温度，有利于润滑。
2、物理化学方面的要求：1）流动性好（粘度小，密度小）：可减少流动阻力损失，降低能耗，缩小管径减少材料消耗。
2）传热性好：可减少传热面积。
3）化学稳定性好：对金属和非金属材料不腐蚀3、安全性方面的要求：不燃烧、不爆炸、无毒或低毒、易检漏4、对环境的亲和友善：1）臭氧衰减指数ODP：表示物质对大气臭氧层的破坏程度2）温室效应指数GWP：表示物质造成温室效应的影响程度5、经济性方面的要求：制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。
6、特定要求：1)离心式压缩机要求分子量要大，提高级压比，减少级数；2 )制冷量在200W以下的制冷机要求制冷剂的单位容积制冷量要小，以免压缩机的尺寸过小，加工困难；制冷量1000W以上的制冷机要求制冷剂的单位容积制冷量要大，以减小压缩机的尺寸和制冷剂容积流量；3)全封闭和半封闭式制冷压缩机要求制冷剂电绝缘性能好。
（3）制冷剂与润滑油的溶解性：1）完全溶解 制冷剂与油形成均匀溶液，不会产生油膜而妨碍传热；制冷剂中润滑油含量较多时，容易引起蒸发温度升高、制冷量减少、润滑油黏度降低、沸腾时泡沫多、蒸发器液面不稳定。
制冷原理
R12无毒、无色、无味、不可燃，广泛应用于大、 中、小型制冷设备中。其标准沸点为-29.8 ℃ ，单 位容积制冷量小，流动阻力大，对金属无腐蚀性。 R12与矿物润滑油有良好的互溶性，用R12的制冷系统 必须密封严密。
2.危害性及替代品
R12是最早使用且性能优秀的氟里昂类制冷 剂。但因为对环境有危害，正被逐步限制使用。替 代R12的工质有R123a、R600a等。
简单空气压缩式制冷系统示意图
回热式空气压缩制冷系统
为了克服简单压缩空气制冷循环上述 缺点，在空气冷却器和膨胀机之间加入一 个回热器。如图所示。 回热器加热后的空气再进入压缩机可以 使压缩机的压比降低，小压比空气压缩可采 用叶轮式压缩机，其空气排量远大于活塞式 压缩机，从而提高了循环的制冷能力。 斯特林制冷机是另一种更先进的压缩 空气制冷循环，其理想循环是由两个定熵过 程和两个定容过程组成的逆向循环。
1.组成
蒸气喷射式制冷机是用喷射器取代压缩式制冷 机中的压缩机，如图所示
2.工作原理
高温、高压的工作蒸气进入喷射器中的喷嘴 后高速喷出形成低压气化环境，蒸发器中的 液体制冷剂在此环境中气化制冷，产生的低 压蒸气与高速喷射气流会合后进入喷射器的 扩压室，并使流速降低，压力升高，然后经 过冷凝器、膨胀阀返回蒸发器。
R600（异丁烷，C4H10）和R407C
1.R600（异丁烷，C4H10）
R600a也是R12的一种替代工质，标准沸点为11.7摄氏度，它的热力性质与R12并不相似，但它是一 种自然工质，对环境无破坏作用，它与R12热力性质差 异较大，其制冷系统需要重新设计。
2.R407C
R407C是R32、R125、R134a按质量成分23：25： 52配置成的非共沸混合物。R407C很有可能代替R22作 为新的制冷剂，不过正处于开发阶段。
2.危害性及替代品
R12是最早使用且性能优秀的氟里昂类制冷 剂。但因为对环境有危害，正被逐步限制使用。替 代R12的工质有R123a、R600a等。
简单空气压缩式制冷系统示意图
回热式空气压缩制冷系统
为了克服简单压缩空气制冷循环上述 缺点，在空气冷却器和膨胀机之间加入一 个回热器。如图所示。 回热器加热后的空气再进入压缩机可以 使压缩机的压比降低，小压比空气压缩可采 用叶轮式压缩机，其空气排量远大于活塞式 压缩机，从而提高了循环的制冷能力。 斯特林制冷机是另一种更先进的压缩 空气制冷循环，其理想循环是由两个定熵过 程和两个定容过程组成的逆向循环。
1.组成
蒸气喷射式制冷机是用喷射器取代压缩式制冷 机中的压缩机，如图所示
2.工作原理
高温、高压的工作蒸气进入喷射器中的喷嘴 后高速喷出形成低压气化环境，蒸发器中的 液体制冷剂在此环境中气化制冷，产生的低 压蒸气与高速喷射气流会合后进入喷射器的 扩压室，并使流速降低，压力升高，然后经 过冷凝器、膨胀阀返回蒸发器。
R600（异丁烷，C4H10）和R407C
1.R600（异丁烷，C4H10）
R600a也是R12的一种替代工质，标准沸点为11.7摄氏度，它的热力性质与R12并不相似，但它是一 种自然工质，对环境无破坏作用，它与R12热力性质差 异较大，其制冷系统需要重新设计。
2.R407C
R407C是R32、R125、R134a按质量成分23：25： 52配置成的非共沸混合物。R407C很有可能代替R22作 为新的制冷剂，不过正处于开发阶段。
(最新整理)制冷的基本原理
进入冷凝器时的状态。过程线
1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机
中的等熵Lnp压缩h 过t 程（k s1=s2），Lnp
压力由蒸发压力p0压缩到S 冷凝
3
=0 =1
压力pk。等熵线与于压力P 为冷
凝压力pk等压线的交点为2点。
4
压缩过程中外界对制冷剂h作功，
使制冷剂温度增加，2点处于
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2'
2
1 h
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制冷剂和载冷剂
一、制冷剂的选用原则
只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的 物质才有可能作为制冷剂使用。
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1.制冷剂热力学性质
(1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。
➢蒸发压力≧大气压力 ➢冷凝压力不要过高 ➢冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大
(2) 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。 (3) 比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。 (4) 等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化
强制对流空气冷 却式冷凝器
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自然对流空气冷却式冷凝器
空气强制对流冷凝器
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
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氨卧式壳管式冷凝器
氟利昂套管式冷凝器
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2）蒸发器
与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要 高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀 或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0， 使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀阀 的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的液 体在蒸发器中从被冷却对象中吸收他所需要的蒸发热， 使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸 汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机起着 压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用， 推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂 起着节流降压的作用，并用作调节进入蒸发器的制冷 剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器 中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器 是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连 同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起被冷 却介质带走。
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2.2CFCs的使用与替代
替代方案
制冷用途
原制冷剂
制冷剂替代物 R407c、R410a R123 R134a
家用和楼宇空调系统 R22 大型离心式冷水机组 R11
R22 低温冷冻冷藏机组和 R12 冷库 R502或R22
NH3 冰箱、冷柜、汽车空调 R12
螺杆式冷水机组
R134a R134a R407c、R410a
二、温室效应及京都议定书
CFCs、HCFCs及HFCs的排放会加剧地球的温室效应
带来的危害:气温上升、海平面上升、土地沙漠化加速、 厄尔 尼诺现象
1997年10月，联合国气候变化框架公约缔约国第三次会议在日 本东京召开，通过了《京都议定书》:将CO2、HFCS等6种气体 定为受管制的温室气体，并限制其排放总量,但无禁用期。 我国2002年9月加入，并承担相应国际义务。
2.2CFCs的使用与替代
2、保护措施及发展过程
蒙特利尔议定书及其修正案
• • • • 1985年：《维也纳公约》，二十多国家签署 1987年:《蒙特利尔议定书》，主要发达国家成员 1990年：《伦敦修正案》 1993年：《哥本哈根修正案》，第一次对HCFC类提出限制
CFC类:发达国家1996年;发展中国家2010年。
（2）单位容积制冷能力要大：单位容积 制冷能力越大，就可以减小压缩机的尺 寸 （3）临界温度要高，凝固温度要低 （4）绝热指数要低一些：绝热指数越小， 压缩机排气温度越低，增压比小
4
2、物理化学的性质 （1）在润滑油中的可溶性 （2）导热系数、放热系数要高
（3）密度、粘度要小 （4）不燃烧、不爆炸、无腐蚀、高温下不 分解 3、其它: 无害、无毒、无刺激性、温室 效应小、不破坏大气臭氧层、材料易得、 价格便宜
2.2CFCs的使用与替代
一、臭氧层的破坏
1、问题的提出：
1974年，美加州大学科学家在Nature杂志发表论文，提出卤 代烃中的cl原子会破坏大气O3层。（获1995年诺贝尔化学奖）
• 后果：O3层的破坏，增加太阳对地面紫外线辐射强度
人的免疫系统受到破坏，抵抗力下降 皮肤癌、白内障等 农作物、鱼类减产 树木坏死、塑料制品老化加速 城市光化学烟雾发生几率提高
6
2.1.3 安全标准与分类命名:
(一)安全性分类：分为六级，每级分为A、B两
级。 表2.3
8
(二)制冷剂的种类
1、卤代烃（氟利昂族）： 是饱和碳氢化合物（ Cm H 2m2 ） 的卤族衍生 物的总称（Cm Hn FxCl y Brz）
则：2m+2=n+x+y+z R(m-1)(n+1)xBz Eg：CHF2Cl
9
2、多元混合液 非共沸溶液——在固定压力 下蒸发或冷 凝时，其蒸发温度或冷凝温度以及各组 分的浓度不能保持恒定。 R4( )( ) 获得命名的先后顺序号 共沸溶液——在固定压力下蒸发或冷凝 时，其蒸发温度或冷凝温度恒定不变， 而且它的气相和液相具有相同的组分。 R5( )( ) 获得命名的先后顺序号
10
3、有机化合物： R6 如丁烷为R600 4、无机化合物：氨（R717）、水 （R718）、二氧化碳（R744） 5. 烷烃类：R（m-1）（n+1）。正丁烷 和异丁烷例外。
11
2.1.4 常用制冷剂
1、氨: 氨除了毒性大些以外，是一种很好的制冷剂。 （1）最大的优点是单位容积制冷能力较大，蒸发压力 和冷凝压力适中； 粘性小，密度小，流动阻力小，传热性能好； （2）吸水性强，吸水后对铜和铜合金有腐蚀作用，但不 会产生冰塞； （3）几乎不溶于润滑油（需定期放油） （4）价廉，极易购得，是我国生产企业最广泛采用的中 温制冷剂 （5）最大的缺点是有毒，且具可燃性，有爆炸危险。绝 热指数高，排气温度高，需降温。 适用：大中型工业制冷装置（-65℃以上）和大中型冷库
制冷原理
王亮 2015制冷班
第1章 制冷剂及载冷剂
本章主要内容
2.1制冷剂
2.2CFCs的使用与替代
2.3载冷剂
2.1 制冷剂
2.1.1定义：又称制冷工质,它是制冷系统中完成制冷循 环所必需的工作介质。
2.1.2 对制冷剂的要求：
1、热力学的性质 （1）蒸发压力和冷凝压力适中 A）蒸发压力不低于大气压力 （希望制冷剂是在大 气压力下沸点较低的物质） B）常温下制冷剂的冷凝压力也不应过高，一般不 要超过12~15bar C）冷凝和蒸发压力之比不要过大（增压比较小）
NH3 R134a、R600a
2.2CFCs的使用与替代
替代选择时考虑的主要问题： 热力性质（相近）、兼容性、ODP、GWP值（小）
替代过程中的注意事项：
压缩机尺寸、密封性能、干燥剂、制冷剂量
中央空调系统原理图
室内空调末端
LOAD
冷却塔 100% RLA
7℃
36.8℃
蒸发器
12.6℃
32℃
冷凝器
2.3载冷剂
部分与矿物润滑油互溶。
3. 混合制冷工质 由两种或两种以上的纯制冷工质以一定的比例 混合而成。
共沸混合制冷工质（与单一制冷剂比，单位容积制 冷量大，化学稳定性好，对电动机有更好的冷却 效果） 非共沸混合制冷工质（无共沸点，定压相变时，温 度变化，用于变温热源的温差匹配场合，实现近 似的洛伦兹循环）
54.4kPa
中央空调系统原理图
室内空调末端(间 接制冷系统)
水 末端
7.22℃
12.78℃
冷水机组蒸发器
冷凝器
中央空调系统原理图
制冷设备内部循环系统 (直接制冷系统)
蒸发器
冷凝器
中央空调系统原理图
冷却水循环系统 (间接制冷系统)
冷却塔
蒸发器
冷凝器
29.44℃
35℃ 水冷式
水
1.4载冷剂
载冷剂是指在间接制冷系统中用来传递 冷量的中间介质。
5
1）破坏臭氧潜能值（臭氧衰减指数 ODP）： 表示物质对大气臭氧层的破 坏程度。以Ｒ１１的值作为基准值． 应越小越好，ODP=0则对大气臭氧 层无害。 2）温室效应潜能值（温室效应指数 GWP）： 表示物质造成温室效应的影 响程度。以二氧化碳的值作为基准值． 应越小越好，GWP=0则不不爆，安全。 系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001%。 常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶。 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。
(2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）
毒性非常低，不可燃，安全。 与矿物润滑油不相溶。
化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥 和清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。
1.4载冷剂
二、常用载冷剂：
1. 水： 2.盐水溶液： NaCl、CaCl2 3.有机化合物及其水溶液：乙醇(酒精)、丙三醇(甘油)
1.4载冷剂
二 盐水溶液的特性
• 1 工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不汽化； • 2 无毒、无刺激性、化学稳定性好，环保、安全，腐蚀性 大； • 3 比热，传热性随溶液浓度和温度变化而变化； • 4 流动性，密度，粘度,流动阻力随溶液浓度变化而变化； • 5 来源广泛，价格较高。 • 6 有析冰和析盐现象，必须严格控制盐水溶液的浓度和工 作温度。
2、氟利昂
大多数氟利昂本身无毒、无臭、不燃、与空气混合 遇火也不爆炸，适用于公共建筑或实验室的空调制冷装 置。氟利昂中不含水分时，对金属无腐蚀作用。 绝热指数小、排气温度低。 氟利昂的放热系数低，价格较高。 密度大、粘性大、流动阻力大；
极易渗漏又不易被发现，而且它的吸水性较差，为了 避免发生“冰塞”现象，系统中应装干燥器。有水分存 在时，对金属有腐蚀。 含氟原子的氟利昂与明火接触能分解出剧毒的光气 COCl2。
13
常用的制冷剂R12、R22、R11、R502等在通 常的制冷温度下，会和润滑油互溶，会降低润滑 油的粘度，在相同的蒸发压力下，蒸发温度将升 高，使制冷量减少。在换热器表面不会形成油膜， 且润滑良好。 CFCs、HCFCs、HFCs
适用：范围广
14
(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）
沸点-29.8℃，凝固点-158℃。
1.4载冷剂
• 制冷剂选用要求的几个方面 1 物理化学 2 热力学 3 环境影响环保性 4 安全性 5 经济性
1.4载冷剂
一、载冷剂选用的基本要求
1. 工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不汽化； 2. 无毒、无刺激性、化学稳定性好，环保、安全，腐蚀性小； 3. 比热大，同样质量则载冷量大，传热性好； 4.流动性好，密度小，粘度小,流动阻力小； 5.来源广泛，价低易得。
(3) R11（一氟三氯甲烷 CFCl3）
沸点23.8℃，凝固点-111℃。
毒性比R12更小，安全。 水在R11中的溶解能力与R12相接近。 对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似。
(4) R22（二氟一氯甲烷 CHF2Cl）
沸点-40.8℃，凝固点-160℃。
毒性比R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。 溶水性稍大于R12，系统内应装设干燥器。
我国已于2007年7月1日停止使用 HCFC类：发达国家2030年；发展中国家2040年
2.2CFCs的使用与替代
• 1997年：《蒙特利尔修正案》，将HCFC类的禁用时间提前 10年；
• 1999年：《北京修正案》
• 这些修正案对议定书所列的种类、消耗量基准和禁用时间 做了进一步调整和限制。
2.2CFCs的使用与替代