制冷剂

(1)热力性质及其对循环的影响
在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。 (1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和 蒸汽压力曲 线可以描述这种关系。 制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，用 ts 表示。 制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。ts 越低的制冷剂,能够达 到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据 的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷 剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标准蒸发温度高的 制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又 属于低压工质；低温工质 又属于高压工质。 制冷剂的饱和蒸汽压力－温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。
共沸与非共沸混合物
Zeotropic & Azeotropic Blends
T
P=定值
1
T
气相区
C
P=定值
1
气相区
2
Bl
B A
Bg
2
共沸点
液相区
液相区 X
0
1
0
X
1
非共沸
Azeotropes zeotropes
共沸
Zeotropes
非共沸与共沸制冷剂的特点
共沸制冷剂在一定压力下 蒸发时有一定的蒸发温度， 且比单组分低 在一定的蒸发温度下，单 位容积制冷量比单一工质 容积制冷量大 可使压缩机排气温度降低 化学稳定性比单工质好 全封闭压缩机的电机绕组 温升小 一定情况下可增大COP 泄漏时组分不变 非共沸制冷剂在一定压力 下蒸发或冷凝时温度是变 化的，能适应于变温热源 增大制冷量（或COP） 降低循环压比，使单级压 缩获得更低的温度 较少量的高沸点组分与较 多量的低沸点组分混合， 与低沸点工质相比，可提 高COP，但制冷量会减小。 反之可增加制冷量，而 COP减小 泄漏时组分发生变化
常见制冷剂的环保指标
TEWI
Impact )
（Total Equivalent Warming
是综合反映一台机器对全球变暖所造成影响的指标值。 TEWI=m• GWP•n+E• 其计算方法如下: : TEWI=m•l•GWP•n+E•n•β 其中, GWP是以CO2 为基准, m是系统中工质总质量 (kg)，l为工质的年泄漏率(%)，n 指系统运行年限(年)， E 代表系统每年的能耗(kWh)，β 体现每度电CO2的释放 (kWh) β CO 量(kg/kW h) (kg/kW h)。 TEWI包括 包括直接排放效应和间接排放效应 TEWI包括 直接排放效应和间接排放效应 。前者指 计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤CO2 的积聚效 果，后者体现产生1kWh电由燃料燃烧所释放的CO2量。 需要指出的是，间接温室效应对各个国家而言是不同的， 取决于该国火力发电和水力发电的比例以及火力发电的 全厂热效率。
已经商品化的共沸制冷剂，依应用先后在R500 序号中顺次地规定其编号： R500R12/R152a(73.8/26.2mass%) R502R22/R115(48.8/51.2mass%) 已经商品化的非共沸制冷剂，依应用先后在 R400序号中顺次地规定其编号。混合制冷剂的 组分相同，比例不同，编号数字后接大写A、B、 C等字母加以区别。 R404AR125/143a/134a(44.0/52/4.0) R407CR32/125/134a(23.0/25.0/52.0)
（4）混合制冷剂
为什么要使用混合工质？
----调节沸点 ----调节沸点
共沸工质：混合后沸点高于和低于各组分沸点 共沸工质： 非共沸工质： 非共沸工质：混合沸点在各组分之间
----调节热力性能 ----调节热力性能
高沸点组分中加入低沸点组分，qv提高 高沸点组分中加入低沸点组分， 反之，COP提高 反之，COP提高
高温（低压） 制冷剂1 中温（中压） 制冷剂2 低温（高压） 制冷剂3
约在3-20 约>20
1 离心式制冷机的空调系统
举 例
2 普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷系统,-60 °C以上 3 覆叠式装置的低温级
（1）无机化合物
无机化合物用序号700表示，化合物的分 子量（取整数部分）加上700就得出其制冷 剂的编号。例如，氨的分子量为17，其编 号为R717 。二氧化碳和水的编号分别为 R744和R718。
C2H2F4为R134， CF3Br为R13B1。
CmHnFpClqBrr，其原子数m、n、p、q、r之间的
卤代烃-氟利昂(2) 卤代烃-氟利昂(2)
近来，常常根据制冷剂的化学组成表示 制冷剂的种类。不含氢的卤代烃称为氯氟化碳， 写成CFC；含氢的卤代烃称为氢氯氟化碳，写 成HCFC；不含氯的卤代烃称为氢氟化碳，写 成HFC；碳氢化合物写成HC；CFC、HCFC、 HFC、HC等后接数字或字母的编制方法同国家 标准GB7778-87规定一致。如，R12属氯氟化碳 化合物，表示成CFC-12；R22、R134a、R170 分 别表示成HCFC-22、HFC-134a、HC-170。
2,制冷剂的环保指标 ODP-Ozone Depletion Potential 臭氧消耗潜能
以CFC-11的值1.000作基准，来表示制冷剂消耗大气 臭氧分子潜能的程度
GWP-Global Warming Potential 温室效应指数
是衡量制冷工质对气候变暖影响的指标值。当选用 CFC-11的值作为基准值1.0时，称为HGWP。近 年来人们将作用100年的CO2作为基准，并将CO2 的温室效应潜能值订为1.0，称为GWP或GWP100
非共沸混合制冷剂的制冷循环图
（5）其它烃类
其它各种有机化合物规定按600序号 编号，其编号是任选的。
3、制冷剂的选用原则 制冷剂的选用原则
我们期望制冷剂的冷凝压力不太高， 1， 制冷性能 我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不 要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大， 要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大， 循环的性能系数高。传热性好。 循环的性能系数高 。 传热性好 。 2， 实用性 制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不 制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解， 变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。 变质 。无毒 ， 无害 。 来源广， 价格便宜 。 应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求， 3， 环境可接受性 应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制 温室效益指数应尽可能小。 冷剂的臭氧破坏指数必须为 0 ， 温室效益指数应尽可能小 。
无机化合物 无机化合物：氨、水、二氧化碳 卤代烃：氟利昂 碳氢化合物：甲烷、乙烷、丙烷 混合制冷剂：共沸和非共沸 其他烃类：乙烯、丙烯
高温(低压)、中温(中压)、低温(高压)制冷 剂————按制冷剂标准沸点 标准沸点的不同区分 标准沸点
类别 ts（°C） 环境温度在30 °C 时的冷凝压力（bar) >0 -60-0 <-60 约<3 制冷剂 R11,R113,R114,R21 R12,R22,R717,R142,R502 R13,R14,R503,烷,烯
96.1.1全面限制 CFC 96.1.1全面限制 2030.1.1全面限制 HCFC 2030.1.1全面限制
HFC ODP=0 HCC
有毒
PFC ODP=0 PCC
强毒
(5).乙烷族 (5).乙烷族 氟利昂
C2H6 R170 C2H5Cl C2H5F R160 R161 C2H4Cl2 C2H4ClF C2H4F2 R150 R151 R152 C2H3Cl3 C2H3Cl2F C2H3ClF2 C2H3F3 R140a R141b R142b R143a C2H2Cl4 C2H2Cl3F C2H2Cl2F2 C2H2ClF3 C2H2F4 R130a R131 R132a R133a R134a C2HCl5 C2HCl4F C2HCl3F2 C2HCl2F3 C2HClF 4 C2HF5 R120 R121 R122 R123 R124 R125 C2Cl6 C2Cl5F C2Cl4F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 C2ClF5 C2F6 R110 R111 R112 R113 R114 R115 R116
制冷剂
制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂 (又称制冷工质)，它在系统的各个部件间 循环流动以实现能量的转换和传递，达到 制冷机向高温热源放热；从低温热源吸热， 实现制冷的目的。
1、制冷剂发展历史
1834年美国人珀金斯发明世界上第一台制冷机，采用的制冷剂 为乙醚(CH3OCH3)。 1866年二氧化碳(CO2)被用作制冷剂。 1872年波义耳发明以氨(NH3)为制冷剂的压缩机。 1876年使用二氧化硫(SO2)为制冷剂。 氯甲烷(CH3Cl)在1878年开始使用。到20世纪30年代，一系列 的卤代烃，美国杜邦公司称其为卤代烃(Freon)的制冷剂相继 问世。卤代烃12(即R12)于1931年，R11于1932年，R114于 1933年，R113于1934年，R22于1936年，R13于1945年，R14 于1955年陆续出现。 20世纪50年代开始使用共沸制冷剂。 60年代开始使用非共沸制冷剂。 20世纪80年代的CFC问题的出现及其替代技术的发展。
（2）卤代烃-氟利昂 卤代烃关系式为2m+2=n+p+q+r。 命名：R（m-1）（n+1）pBr，如：CF2Cl2为R12 ， 环状衍生物的编号的规则相同，只在字母R后加 一个字母C，如C4F8为RC318。 同分异构体相同编号，而随着同分异构变得愈来 愈不对称，附加小写a、b、c等。如CH2FCH2F， 编号为R152；它的同分异构体分子式为CHF2CH3， 编号为R152a。
要求制冷剂临界温度高
T k 2
pk
Tk
3 wc wC
2'
p0
T0
4
q0 q 0
1 S
对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系： 这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。 不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温 度范围是有限的。另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度 tk 超过制冷剂的临界温度 ，则无 法凝结；若 略低于 ，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。爱森曼 (Eiseman)发现，当对比冷凝温度 / 和对比蒸发温度 / 相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体 相等。
卤代烃-氟利昂(3) 卤代烃-氟利昂(3)
CFC，氯氟烃
性能稳定，可进入平流层 只有受紫外线照射方分解出Cl离子 对臭氧层破坏作用较大
HCFC，氢氯氟烃
相对不稳定，到达平流层前已经分解 对臭氧层破坏作用较小
(4)甲烷族氟利昂 甲烷族氟利昂
ห้องสมุดไป่ตู้甲烷
CH4 R50 CH3Cl CH3F R40 R41 CH2Cl2 CH2ClF CH2F2 R30 R31 R32 CHCl3 CHCl2F CHClF2 CHF3 R20 R21 R22 R23 CCl4 CCl3F CCl2F2 CClF3 CF4 R10 R11 R12 R13 R14
LCCP
（Life Cycle Climate Performance） 在TEWI基础上补充了制冷机和制冷剂生 产及报废过程中的能耗引起的温室效应。
2、制冷剂的种类和编号
根据制冷剂的分子结构可将制冷剂分为无机化合物和有机化合物 根据制冷剂的组成可分为单一制冷剂和混合制冷剂 根据制冷剂的物理性质可将制冷剂分为高温(低压)、中温(中压)、低温(高 压)制冷剂。
乙烷 96.1.1全面限制 CFC 96.1.1全面限制 2030.1.1全面限制 HCFC 2030.1.1全面限制
HFC ODP=0 HCC
有毒
PFC ODP=0 PCC
强毒
氟利昂的性质
氟利昂的性质(2)
（3）碳氢化合物
饱和碳氢化合物制冷剂中甲烷、乙烷、丙烷的 编号方法与卤代烃相同。例如乙烷的分子式为 C2H6，编号为R170。丁烷编号特殊，正丁烷 的编号为R600，异丁烷的编号为R600a。 非饱和碳氢化合物制冷剂主要有乙烯、丙烯等 烯烃，它们的编号规则中，字母R后面的第一 位的数字定为1，接着的数字编制与卤代烃相 同。例如乙烯、丙烯的分子式分别为C2H4、 C3H6，编号分别为R1150、R1270。非饱和卤 代碳氢化合物的编号方法与此相同。