制冷剂、冷冻机油的选择

拉乌尔·皮克特 （Raul Pictel） SO2 1874年
第二章
1974年美国加利福尼亚大学的罗兰（Sherwood Rowland）教授和他的博士后莫利纳（Mario Molina）在 “自然”杂志上发表文章，指出卤代烃在紫外线作用下 会释放出氯离子，而氯离子会消耗地球周围热成层 （Stratosphere，原名平流层）中的臭氧（Ozone, O3）， 而使过量的太阳紫外线照射到地面，给地球上的生物和 人类带来一系列的危害。为此，瑞典皇家科学院将1995 年的诺贝尔化学奖授予这两位和一名德国的化学家，以 表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面 作出的杰出贡献。
第二章 制冷剂、载冷剂和冷冻机油 制冷剂、
第二章
第一节
制冷剂： 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。
第二章
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。
第二章
在大气臭氧层问题 大气臭氧层问题提出来以后，为了能较简单 大气臭氧层问题 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。
第二章
混合制冷剂
（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。
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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。
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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。
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第二节
氨：
常用和新型的制冷剂
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。
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（3）非共沸混合制冷剂。非共沸混合制冷剂的简写 ）。括号代表一组数字，这组数字 符号为R4（ 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。
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卤代烃
①分子量较大、密度高、流动性差，在制冷系统中 循环时流动阻力大； ②绝热指数小，压缩终了温度低； ③传热性能较差； ④溶水性极差，系统中应严格控制水的含量； ⑤对金属的腐蚀性很小； ⑥遇明火时，卤代烃中会分解出氟化氢、氯化氢或 光气 ； ⑦无味、渗透性强，在系统中极易渗透； ⑧价格高 。
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一、载冷剂的要求
1. 2. 3. 4. 5. 6. 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。 热容要大。 密度小。 粘度小；化学的稳定性好。对设备和管道无腐蚀。 载冷剂应不燃烧、爆炸、无毒，对人体无害。 价格便宜，容易获得。
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二、常用的载冷剂的性质
第二章
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
第二章
载冷剂的特性
优点： 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： 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。
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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。
• 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 （Na2Cr2O7·2H2O）和氢氧化钠（NaOH）。 • 通常是在每1m3氯化钙溶液里加1.6kg的重铬酸钠和 0.432kg的氢氧化钠；在每1m3氯化钠溶液里加3.2kg的 重铬酸钠和0.862kg的氢氧化钠。
第二章
第四节 冷冻机油
制冷压缩机中所使用的润滑油， 也称为冷冻机油。
第二章
冷冻机油的作用： 冷冻机油的作用： 1. 润滑作用； 2. 冷却作用； 3. 密封作用； 4. 用作能量调节机构的动力。
第二章
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。
第二章
第二章
2．无机盐水溶液
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）
第二章
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 缓蚀 措施。 措施
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二、卤代烃制冷剂的命名
第二章
《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。
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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
常用的载冷剂是水、无机盐水溶液 或有机物液体。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。
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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。
第二章
第二章
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、合成油 矿物油 –矿物油 矿物油又以其所含主要成分不同，分为石蜡基 矿物油 石蜡基 环烷基油。 油和环烷基油 环烷基油 –合成油： 合成油： 合成油 • 烷基苯（A1kylbenzene)； • 聚（烷基乙）二醇（PolyalkyleneGlyco1）， 可用PAG表示； • 多元醇酯类油（Polyol Ester），亦称聚酯 油，用POE表示。
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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
第二章
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、Biblioteka Baidu134a、 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。
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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
第二章
描述对臭氧的消耗特征及其强度分布，通常使 用ODP（Ozone Depletion Potential）值。ODP值 表示对大气臭氧层消耗的潜能值，以R11作为基准 值，其值规定为1.0。这类制冷剂不仅要破坏大气 臭氧层，还具有全球变暖潜能值（Global Warming Potential，简称GWP）。具有全球变暖效应的气体 称为温室气体。也选用R11作为基准，其值规定为 1.0，符号为HGWP。