第二章 制冷剂、载冷剂和冷冻机油

机物液体。它们适用于不同的载冷温度。
各种载冷剂能够载冷的最低温度受其凝固
点的限制。
1．水
水可以用于蒸发温度高于0℃的制冷装 置中的载冷剂。由于水价格便宜、易 于获得、传热性能好，因此在空调装 置及某些0℃以上的冷却过程中广泛地 用作载冷剂。 水的缺点是只适合于载冷温度在0℃以 上的使用场合。
2．无机盐水溶液
查尔斯· 泰勒 （Charles Tellier) 二甲基乙醚
威德豪森 （Windhausen） CO2 1866年
乙醚 1834年
卡特· 林德 （Carl Linde) NH3 1870年
混合制冷剂 二十世纪 五六十年代
汤姆斯· 米杰里 （Thomas Midgley） 卤代烃 1929-1930年
第三节 载冷剂
直接冷却系统
间接冷却系统：被冷却物体的热量 是通过 载冷剂传给制冷剂
载冷剂的特性
优点：
（1）减小制冷机系统的容积及制冷剂的充灌量； （2）热容量大，被冷却对象的温度易于保持稳定， 蓄冷能力大； （3）便于机组的运行管理，便于安装。
缺点：
（1）增加了动力消耗及设备费用； （2）加大了被冷却物与制冷剂之间的传热温差， 需要较低的制冷机蒸发温度，总的传热不可逆 损失增大。
2．传输性质方面： （1）粘度、密度尽量小。 （2）热导率大。 （3）物理化学性质方面。 ① 无毒、不燃烧、不爆炸、使 用安全。 ② 化学稳定性和热稳定性好。 ③ 对大气环境无破坏作用。 （4）对材料的作用 ——“镀铜”现象。 （5）与润滑油的关系。 （6）对水的溶解性。 （7）泄漏性。 （8）抗电性。 （9）安全性。 （10）来源充足，制造工艺简单，价格便宜。
在大气臭氧层问题提出来以后，为了能 较简单地定性判别不同种类制冷剂对大气臭 氧层的破坏能力，氯氟烃类物质代号中的R 可表示为CFC，氢氯氟烃类物质代号中的R可 表示为HCFC，氢氟烃类物质代号中的R可表 示为HFC，碳氢化合物代号中的R可表示为HC， 而数字编号不变。例如，R12可表示为CFCl2， R22可表示为HCFC22，R134a可表示为 HFCl34a。
三、制冷剂的分类和命名
1．制冷剂的分类
（1）无机物制冷剂。如NH3、CO2和H2O等。 （2）卤代烃制冷剂（氟利昂）。如R12、R134a、 R22、R11、R123等。 （3）碳氢化合物制冷剂。如甲烷、乙烷、丙烷、 异丁烷、乙烯、丙烯等。 （4）环烷烃的卤代物、链烯烃的卤代物也可作制冷 剂使用，如八氟环丁烷，二氟二氯乙烯等。 （5）共沸制冷剂。如R500，R502、R507等。 （6）非共沸制冷剂。如R400，R402、R407等。
（１）共沸混合制冷剂
共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制冷 剂、按一定比例相互溶解而成的制冷剂。它与单 组分的制冷剂一样，在一定的压力下蒸发时能保 持恒定的蒸发温度，且液相与气相始终具有相同 的组分。
（ 2 ）非共沸混合制冷剂
非共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制 冷剂、按一定比例相互溶解而成的制冷剂。在饱 和状态下，气液两相的组成组分不同，低沸点组 分在气相中的成分总是高于液相中的成分。非共 沸混合制冷剂没有共沸点。在定压下蒸发或凝结 时，气相和液相的成分不同，温度也在不断变化。
臭氧层问题的提出
1982 年 ， 英 国 南 极 探 测 局 公 布 哈 雷 湾 站 1980年初以来在南极春季观察到臭氧层空洞这 一消息。这个空洞面积非常大，基本上与美国领 土面积相当，于每年9月上旬出现，然后迅速减 少一半左右，并形成一个“臭氧空洞”，持续到 11月又逐渐恢复。这一报道引起全世界的震惊， 人们担心这是臭氧层破坏或解体的先兆。 1986年，美国公布了通过“雨云二号”卫 星得到的数据，证实了自1979年到1984年10月 在南极上空的确出现了总臭氧含量持续减少的情 况，这样显著的变化已经超出了由气候变化引起 的变化范围。直到这个时候，南极上空的臭氧空 洞才受到全球的关注。
臭氧层问题的提出
氟氯烃是破坏臭氧层的元凶，这一发现对 使用氟氯烃的气溶胶行业来说可谓是当头一棒。 他们向两位科学家发难，公开诽谤他们的假说是 毫无根据的胡言乱语。罗兰德和莫里纳决心证明 自己的观点。他们在实验室使用英国洛夫洛克制 成的一种极低浓度有机气体检测器，进行了有关 的实验研究。他们在平流层发现了参与破坏臭氧 的几种化学粒子，并用3年时间对他们的假设进 行实验验证。在这期间，他们多次出席联邦和州 一级的听政会，表现出强烈的保护环境的社会责 任感。
作为制冷剂应该符合如下要求：
1．热力学性质方面： （1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比。 （2）通常要求单位制冷量q0和单位容积制冷量qv 较大 。 （3）单位质量所消耗的功w和单位容积压缩功wv 要小，循环效率高，经济性好。 （4）等熵压缩的终了温度不要太高。 （5）绝热压缩指数要小。
（6）气化潜热要大。
盐水，如氯化钙、氯化钠、氯化镁等的水 溶液。无机盐水溶液有较低的凝固温度，适合 于在中、低温制冷装置中载冷。它的主要缺点 是对一些金属材料有腐蚀作用。
图2—3
盐水溶液的相图（T—ξ图）
盐水溶液的密度和比热容都比较大，因此，传 递一定的冷量所需盐水溶液的体积循环量较小。盐 水溶液具有腐蚀性，尤其是略呈酸性且与空气相接 触的稀盐溶液对金属材料的腐蚀性很强。为此需要 采取一定的缓蚀措施。 如在盐水溶液中添加缓蚀剂，使溶液呈中性 （pH值调整到7.0~8.5）。缓蚀剂通常采用二 水重铬酸钠（Na2Cr2O7· 2O）和氢氧化钠 2H （NaOH）。
一、制冷循环系统对冷冻机油的性能要求
优良的与制冷剂共存时的热稳定性；
有极好的与制冷剂的互溶性；
良好的润滑性； 优良的低温流动性； 无蜡状物絮状分离； 不含水和优良的绝缘性能。
Hale Waihona Puke 二、冷冻机油的分类冷冻机油主要可分为：矿物油、合成油。
矿物油又以其所含主要成分不同，分为石蜡基油 和环烷基油。
2．制冷剂的命名
（1）无机化合物。无机化合物的简写符号规定为R7（）。括 号代表一组数字，这组数字是该无机物分子量的整数部分。 （2）卤代烃和烷烃类。烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2； 卤代烃的分子通式为CmHnFxClyBrz（2m+2 = n+x+y+z），它 们的简写符号规定为R（m-1）（n+1）（x）B（z）。表2— 5为一些制冷剂的符号举例
一、载冷剂的要求
1. 载冷剂在工作温度下应处于液体状态；其凝固 温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度。 2. 热容要大。 3. 密度小。 4. 粘度小；化学的稳定性好。对设备和管道无腐 蚀。 5. 载冷剂应不燃烧、爆炸、无毒，对人体无害。 6. 价格便宜，容易获得。
二、常用的载冷剂的性质
常用的载冷剂是水、无机盐水溶液或有

南极臭氧空洞的变化
南极臭氧空洞的变化
二、卤代烃制冷剂的命名
《蒙特利尔议定书》
1．对CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、 CFCll5 等氯氟烃物质： （1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停 止生产与消费； （2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/ 年），最后停用的日期是2010年。 2．对HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等： （1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004 年开始削减，至2020年完全停用； （2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量， 2040年完全停用。
气候变化问题
总而言之，在选用制冷剂时，除 了要考虑其热力学性质外，还需要考 虑制冷剂的物理化学性质，如毒性、 燃烧性、爆炸性、与金属材料的作用、 与润滑油的作用、与大气环境的“友 好性”等。
第二节 常用和新型的制冷剂
氨：
它在蒸发器中的蒸发压力一般为 0.098~0.491Mpa，在冷凝器内的冷凝压力一般为 0.981~1.570 MPa，标准蒸发温度为 33.4℃，凝固温度为-77.9℃。氨具有较好的热力 学性质和热物理性质，单位容积制冷量大，粘性 小，流动阻力小，传热性能好。此外，氨的价格 低廉，又易于获得。 氨的主要缺点是对人体有较大的毒性，也有一 定的可燃性 。 氨的压缩终温较高 。 氨在矿物油中的溶解度很小 。 纯氨不腐蚀钢铁 。 氨能以任意比例与水相互溶解 。 氨的检漏方法：从刺激性气味很容易发现系统 漏氨；可以用石芯试纸或酚酞试纸化学检漏。
臭氧层问题的提出
氟里昂可以吸收少量的紫外线分解，氯原子 发生的是一系列连锁反应，据初步推测每一个氯 原子会使10万个臭氧分子发生分解。大气中的化 学成分发生了重大变化，由于普遍使用了氟氯烃， 地球中氯浓度大大增加，进而连锁地破坏了平流 层中的臭氧层。这样得出的结论就是:紫外线会 穿透地球的保护层，从而伤害保护层下面的生物。
第二章 制冷剂、载冷剂和冷冻机油
第一节
制冷剂：
制冷剂的种类和要求
是制冷机中的工作流体，它是制冷系
统中为实现制冷循环的工作介质，也
称为制冷工质，或简称工质。
一、制冷剂的发展史
蒸气制冷机中的制冷剂从低温热 源中吸取热量，在低温下气化，再在 高温下凝结，向高温热源排放热量。 因此，只有在工作温度范围内能够气 化和凝结的物质才有可能作为制冷剂 使用。
（3）非共沸混合制冷剂。非共沸混合制冷剂的简写 符号为R4（ ）。括号代表一组数字，这组数字 为该制冷剂命名的先后顺序号，从00开始。 （4）共沸混合制冷剂。共沸混合制冷剂的简写符号 为R5（ ）。括号代表一组数字，这组数字为 该制冷剂命名的先后顺序号，从00开始。 （5）环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物。其简写符 号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头， 链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头 。 （６）有机制冷剂则在600序列任意编号。
四、制冷剂的环保要求
图2—1
一些制冷剂的ODP值和H GWP值示意图