第3章制冷剂与载冷剂

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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
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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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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。
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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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。
• 毒害性
– 无毒
• 价格
– 来源充足、制造工艺简单、价格便宜。
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制冷剂的要求
环境影响指标
• ODP (Ozone Depleting Potential)
–对大气臭氧层潜在的消耗能力; –以R11作为基准值(ODP=1.0)。 • GWP (Global Warming Potential)
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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。
–温室气体进入大气后Fra Baidu bibliotek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
节 省 能 源 产 品 回 收
地球温暖化
京都议定书〔COP3〕
温室气体
▲6%削减
节能
高COP化
家点产品回收法
特定家点产品的回收
〔空调/电视/电冰箱/洗衣 机)
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制冷剂的要求
安全性
• 毒性
–根据对动物的试验和对人的影响来确定; –衡量标准:按照起限值(该浓度下对人体无不利 影响)时间加权平均值(TLV)分为低毒性(A)和 高毒性(B);
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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。
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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
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。
m-1=0时略 z=0时与B一起略
例:一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------ R22 一溴三氟甲烷分子CF3Br-------- R13B1 四氟乙烷分子C2H2F4------------ R134a
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制冷剂的种类与编号
2)命名法2:区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。 CFC ——氯氟化碳,不含氢,公害物,严重破坏臭氧 层 禁用 HCFC——氢氯氟化碳,含氢,低公害物质 属于过渡性物质 HFC ——氢氟化碳,不含氯,无公害 可作为替代物,待研究开发 例:CF2Cl2 ——— R12 CFCl3 —— R11 CHF2Cl—— R22 C2H2F4 —— R134a CFC12 CFC11 HCFC22 HFC134a
第3章
1
制冷剂与载冷剂
制冷剂的概念及作用 制冷剂的发展历史
2
3 4 4
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
1
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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常用制冷剂
无机物自然工质-氨(R717)
• 优点:压力适中,单位容积制冷量大,流动阻力小,热 导率大,价格低廉,对臭氧层无破坏作用; • 缺点:毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味, 若系统中含有较多空气时,遇火会爆炸; • 与水能够以任意比例互溶,不会产生冰堵现象,但会对 金属产生腐蚀,含水量要求小于0.2%; • 难溶于润滑油,制冷系统中设油分离器,氨液比重比润 滑油小,油沉积下部需定期放出; • 氨制冷系统中,不允许使用铜及其铜合金材料。(磷青 铜除外) • 应用于蒸发温度在-65℃以上的大、中型制冷机组。
碳氢化合物代号中的R改用字母HC
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制冷剂的种类与编号
制冷剂符号举例
化合物名称 一氟三氯甲烷 分子式 CFCl3 m、n、x、z值 m=1,n=0,x=1 简写符号 R11
二氟二氯甲烷
三氟一溴甲烷 二氟一氯甲烷
CF2Cl2
CF3Br CHF2Cl
m=1,n=0,x=2
m=1,n=0,x=3,z=1 m=1,n=1,x=2
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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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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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)。
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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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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
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常用制冷剂
R134a (四氟乙烷,CH2FCF3)
• R134a属中温制冷剂。它的特性与R12相近,目 前是最有可能完全替代R12的工质;
• R134a毒性低、不可燃,安全类别A1; • 液体及气体热导率显著高于R12,传热性能好; • 溶水性明显高于R12,易腐蚀金属,系统对于干燥 要求更高。
• 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。
氯放出 氯同臭氧发生反应
反应 cl
O3
clo 破坏
40Km
臭氧层被破坏 太阳光强紫外线进入地表
O2
成层圈 臭氧层
20Km
太阳
对流圈 紫外线增加 臭氧层
氟 利 昂
有害紫外线
皮肤癌要因
DAIKIN
环境对应策
地 球 环 境 保 护
臭氧层保护
氟利昂产品
〔蒙特利尔议定书〕
新冷媒HFC化
特定物質排 出 抑 制
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