第3章制冷剂与载冷剂

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常用制冷剂
R22（二氟一氯甲烷，CHF2Cl）
• 最广泛使用的中温制冷剂，已进入被限制和禁止 使用进程（第二批，2030年起禁止使用）。 • 属安全性制冷剂A1，其毒性略大于R12。 • 化学性质不如R12稳定，与有机物的“膨润”作用 更强。 • 广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、 离心式、压缩机系统中均有采用。 • 对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，可作为R12的 近期、过渡性替代制冷剂。
2013-7-31
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常用制冷剂
无机物自然工质-CO2
• 上世纪30年代被氟利昂所代替，近年来受到广 泛关注； • 优点：环境友好、优良的经济性、良好的安全 性和化学稳定性； • 缺点：较低临界温度（31.1℃）和较高临界压 力(7.37MPa)，使得CO2系统效率低。 • 有望广泛应用于汽车空调、热泵、食品冷冻领 域。
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常用制冷剂
共沸混合制冷剂
• 一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度 ，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温 度低，扩大了应用温度范围。 • 一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比 组成它的单一制冷剂的容积制冷量要大。 • 共沸制冷剂化学稳定性较组成它单一制冷剂好。 • 全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使 电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。 • 一定情况下，采用共沸制冷剂可使能耗减少。
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常用制冷剂
混合制冷剂-非共沸制冷剂
• 没有共沸点，定压下蒸发或者凝结时，气相和液 相成分不同，温度也在不断变化。 • 优点1：节能，实现近似劳伦兹循环； –利用定压下相变不等温的特性，与实际热源的 变温特点相适应，可以减小冷凝器和蒸发器的 传热不可逆损失。 • 优点2：实现各纯质制冷剂的优势互补。 • 不足：系统泄漏会引起混合物成分变化。
获取相同的制冷量时，可减少制冷剂的循环量。
压缩机尺寸小，设备小，可减少材料消耗和投资。
5）绝热指数低：
可减少耗功率，降低排气温度，利于润滑。
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制冷剂的要求
• 环境
– 对大气环境无破坏，无温室效应；
• 传热和流动
– 热导率大 – 黏度和密度小
• 化学稳定性
– 不燃烧、不爆炸 – 循环中不变质、不腐蚀装置
第3章
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制冷剂与载冷剂
制冷剂的概念及作用 制冷剂的发展历史
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制冷剂的种类与编号
制冷剂的要求
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常用制冷剂 载冷剂
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制冷剂的概念及作用
• 概念：制冷机中进行制冷循环的工作介质，在 制冷系统中循环流动。 • 作用：通过自身热力状态的变化，在被冷却对 象和环境介质之间传递热量，并最终把热量从 被冷却对象传给环境介质。
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制冷剂的种类与编号
无机化合物
命名方法：R7** **为无机物的分子量
例：氨NH3—— R717 水H2O—— R718 二氧化碳CO2—— R744
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制冷剂的种类与编号
卤代烃（氟利昂）
分子式：CmHnFxClyBrz （满足2m+2=n+x+y+z）
1）命名法一：R (m-1)(n+1) (x)B(z)
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常用制冷剂
氟利昂（共性）
• 透明、无味、不易燃烧、爆炸和化学性稳定。不 同化学组成和结构的氟里昂热力性质相差大，适 用于高、中和低温制冷机。 • 氟利昂对水溶解度小，易造成“冰堵”现象，堵 塞节流阀或管道。易与天然橡胶产生溶解。 • 常用的氟利昂有R22及R134a。
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常用制冷剂
混合制冷剂
• 由两种或两种以上纯制冷剂组成的混合物。 • 混合物按是否具有共沸性质分为： – 非共沸混合物 – 共沸混合物
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常用制冷剂
混合物的T-x图
（a）非共沸混合物 ；（b）共沸混合物； 1-露点线；2-泡点线
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常用制冷剂
几种共沸制冷剂的组成和沸点
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制冷剂的种类与编号
烃类（碳氢化合物）
烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8; 烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；
◆烷烃类命名方法: 与氟利昂相同(丁烷例外，为R600） CH4—— R50 2H6—— R170 ，C3H8—— R290； ，C ◆烯烃类命名方法： R后先写上“1”，再按氟利昂方法： C2H4—— R1150 ，C3H6—— R1270 ;
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制冷剂的要求
对材料的作用
• 氟利昂通常与金属材料不起作用。只在水解作用 、分解作用情况下才会发生作用。 – 氟利昂制冷剂与铜或铜合金部件接触时，铜溶 解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被 溶解的铜离子析出（镀铜现象）； • 氟利昂与一些非金属材料会起作用 – 与某些橡胶接触时会发生溶解现象 – 与塑料会发生“膨润作用”（变软、膨胀和气 泡）。
混合制冷剂
概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解
而成的混合物。
类型：
①共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度固定不变，
气液相组分相同。
命名：R5**
**为发现的顺序：R500、R501、R502…… R509
②非共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度改变，
造成气液相组分不同。
命名：R4**
**为发现的顺序：R400、R401、R402、…R411
R12
R13B1 R22
二氟甲烷
甲烷 三氟二氯乙烷
CH2F2
CH4 C2HF3Cl2
m=1,n=2,x=2
m=1,n=4,x=0 m=2,n=1,x=3
R32
R50 R123
五氟乙烷
四氟乙烷
C2HF5
C2H2F4
m=2,n=1,x=5
m=2,n=2,x=4
R125
R134a
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制冷剂的种类与编号
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制冷剂的种类与编号
• 无机化合物（如氨气、水、CO2） – R7（）； • 氟利昂（饱和碳氢化合物的卤族衍生物） CmHnFxClyBrz，饱和碳氢化合物CmH2m+2 – R(m-1)(n+1)(x)B(z) • 混合制冷剂 –非共沸混合制冷剂，R4（） –共沸混合制冷剂，R5（） • 有机物
–温室气体进入大气后，造成全球变暖效应； –以CO2作为基准值（GWP=1.0）。
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氟利昂同环境的问题
排放到大气的氟利昂未 被分解而到达成层圈
R12
F F F C
F（氟）
C Cl （氯） （碳） Cl
大气 太阳的强紫外线将氟利昂分解
Cl 太阳的强紫外线 Cl
臭氧层
120Km
超高层大气
代号 R501 R502 R503 R504 R505 R506 组分 R22/12 R22/115 R23/13 R32/115 R12/31 R31/114 质量成分 73.8/26.2 84.5/15.5 48.8/51.2 40.1/59.9 48.2/51.8 78.0/22.0 55.1/44.9 分子量 沸点(℃) 各组分沸点(℃) 99.3 93.1 111.6 87.6 79.2 103.5 93.7 -33.5 -41.5 -45.4 -88.0 -59.2 -30 -12.5 -29.8/-25 -40.8/-29.8 -40.8/-38 -82.2/-81.5 -51.2/-38 -29.8/-9.8 -9.8/3.5 R500 R12/152a
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制冷剂的要求
热力性质 1）具有较大的制冷工作范围：
临界温度高、大气压下蒸发温度低、凝固温度低。
2）具有适当的工作压力和压缩比：
蒸发压力：接近且稍高于大气压力，避免空气渗入。 冷凝压力：不宜过高，减少系统承压和泄漏。一般 pk≤1.2～1.5Mpa。
3）单位质量制冷量q0要大： 4) 单位体积制冷量qv要大：
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制冷剂的要求
与润滑油的互溶性
• 大多数制冷机中，制冷剂与润滑油相互接触不 可避免，各种工质与润滑油的溶解程度不同； • 若不互溶，在冷凝器或者储液器中将其予以分 离，避免油进入蒸发器，影响传热效果。
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常用制冷剂
无机物自然工质-水（R718）
• 属于无机物类制冷剂，来源最广，最为安全而 便宜的工质。 • 比容大、蒸发压力低，不宜在压缩式制冷机中 使用，适合在空调用吸收式和蒸汽喷射式制冷 机中。
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制冷剂的发展历史
• 乙醚是最早使用的制冷剂，安全性有问题。 • 1866年威德豪森使用CO2作制冷剂，压力高，机器 笨重，但使用安全，最近重新兴起。 • 1874年皮克特采用SO2作制冷剂，毒性和腐蚀性大 • 1929年米杰里首先提出氟利昂，有无毒、无爆炸、 不腐蚀金属、热稳定性化学稳定好优点。 • 1974年，莫利纳提出氟利昂的危害性。 • 1986年，签订了蒙特利尔议定书，逐步消减和禁止 氟利昂的使用。 • 20世纪，制冷剂发展进入节能和环保新时代。
• 可燃性
–衡量标准：最低燃烧极限-Lower Flammable Limit (LFL)：能够在制冷剂与空气均匀混合物 中传播火焰的制冷剂最小浓度； –分为：不燃(1)、低度可燃性(2)、高度可燃性 (3)
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制冷剂的要求
对水的溶解性
• 氟利昂很难与水溶解，系统中含水时易出现“冰 堵现象”。 • 氨可以溶解大量的水，而且生成的溶液的冰点比 水的冰点低，不会出现“冰堵现象”，但会对金 属材料产生腐蚀。 • 在制冷系统不允许有游离的水存在。