制冷技术 工质

Cl
C
稳定性(→温室效应) 挥发性、极性
N
F
H
燃烧性 高性能
H
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冷环 剂境 的保 重护 要是 问当 题今 ！选
用 制
Cl原子破坏臭氧层的机理
臭氧层破坏：一个 Cl 原子将破
坏 103~104 个 O3 分子
Cl＋O3→ClO＋O2 Cl＋O2→ClO＋O
103~104 次
地球温室效应：C-F 键吸 收红外线，妨碍地球表面 向太空中的热辐射
R20
R21
R22
R23
CCl4 CCl3F CCl2F2 CClF3
CF4
R10
R11
R12
R13
R14
PCC 强毒 CFC 96.1.1全面限制
PFC ODP=0
HCFC 2030底禁用
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乙烷族氟利昂
乙烷 C2H6 R170
C2H5Cl C2H5F R160 R161
C2H4Cl2 C2H4ClF C2H4F2
30
20
2.00
10 2.10
0
-10
2.20
-20
2.30
0.010
-30
2.40
-40
2.50
-50
2.60
x=1.0
s=2.4kJ/(kg?K)
v=0.013m3/kg
– 环境保护问题 – 技术经济问题 – 国民经济发展问题
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2.制冷剂对地球环境的影响
’1900 ’10 ’20 ’30 ’40 ’50 ’60 ’70 ’80 ’90 ’2000 ’10
天然制冷剂 （非氟利昂族制冷剂）
<氟利昂族制冷剂> CFC: Chloro Fluoro Carbon HCFC: Hydro Chloro Fluoro Carbon
Cl
C Cl R12
H
F
Cl
C Cl R12
H
F
Cl
C Cl R12
H F
Cl
C Cl R12
H
F
地球表面
CCl3F (紫外线照射) CCl2F + Cl
Cl + O3 ClO + O2
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Cl
+
O2
ClO＋O
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ODP、GWP参数中包含了 在空气中的寿命因素！
制冷剂的ODP与GWP
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各种氟利昂制冷剂的ODP和GWP
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3.制冷剂的安全性分类
ANSI/ASHRAE34-1992：制冷剂命名和安全性分类 GB/T 7778-2001：制冷剂编号方法和安全性分类（正在修订）
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4.制冷剂的种类
制冷剂的种类
– 无机化合物：NH3、H2O、CO2 – 卤代烃
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非共沸制冷剂在制冷系统中的浓度变化
A-100%,B-0%
冷凝器 Liquid
膨胀阀
A-0%,B-100%
Vapor
pd
压缩机
T /℃
Liquid
蒸发器
Vapor
ps
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0
ξ
100%
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ξ
常用制冷剂
共沸混合溶液
A
B
A
B
过热蒸气区
p＝常数
过热蒸气区
p＝常数
T /℃ T /℃
– 许可条件：ODP < 0.1
GWP: Global Warming Potentiality
– 越小越好（欧洲要求小于150，而R22的GWP值约1900）
– 变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）
TEWI=DE+IE
DE表示直接效应，IE表示间接效应
干饱和气线 3"
湿蒸气区
请问：近共沸 溶液的相图有 何特征？
温度滑移
(Temperature glide)
当压力一定时
TB 液相区 饱和液线
➢相变温度∈[TA, TB ] ➢相变温度并非定值
0 ξ' ξ
ξ"
1
➢气液两相组分浓度不同
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非共沸制冷剂的lgp-h图（如：R407C）
1974年加利福尼亚大学M.J.Molina和F.S.Rowland教授首先撰文指 出卤代烃中的氯原子破坏O3层——著名的CFC问题，1995年二位教授 和荷兰的P.Crutzen教授获得诺贝尔化学奖，以表彰他们在大气化学特 别是O3的形成与分解研究方向上作出的特殊贡献
ODP: Ozone Depletion Potentiality
T1( p2
/
p )(k 1) / k 1
– (5)临界温度高、凝固 温度低
3 Tk
T0
4
2' wc wC
qq00
p0
1 S
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制冷剂的性质（对制冷剂的要求）
物理化学性质
– 与冷冻油的相容性好、且高温下不分解影响制冷循 环形式选择
– 导热系数、对流换热系数高影响换热器设计
– 密度、粘度小影响压力损失
❖R410A：R32/125(50/50)
– 有机化合物： R6 (无特殊意义)
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甲烷族氟利昂(Freon)
HCC
CH4 甲烷 R50
有毒
CH3Cl CH3F
R40
R41
HFC ODP=0
CH2Cl2 CH2ClF CH2F2
R30
R31
R32
CHCl3 CHCl2F CHClF2 CHF3
制冷剂的命名方法
非共沸工质(R4xx, Zeotropes)
– R407C：R32/R125/R134a (23/25/52)
– R403A：R290(丙烷)/R22/R218
近共沸工质(R4xx, Near zeotropic mixture
refrigerant )
– R410A: R32/125(50/50)
m:C原子数量;n:H原子数量
x:F原子数量;不够的为Cl数量
制冷剂名称：R???
如：CHF2Cl R22 C2H2F4 R134a
– 氟利昂: CmHnFxClyBrzR(m-1) (n+1) x Bz
– 无机化合物： R7(分子量) ❖由制冷剂编号和质量比例表示
– 共沸溶液：R5 (无特殊意❖各义组分) 制冷剂的排列顺序：按标 – 非共沸溶液：R4 (无特殊准排蒸列意发，温如义度：)（标准沸点）由低到高 – 乙烯、丙烯： R1(m-1)❖(Rn4+071C)：xR32/125/134a (23/25/52)
湿蒸气区 干饱和气线
TA
TB Tmax 干饱和气线
共沸点
TB
Tmin
共沸点
饱和液线
TA
湿蒸气区
液相区
饱和液线
液相区
0
ξB
1
0
具有最低沸点
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ξ
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ξB
1
具有最ξ高沸点
共沸与近共沸制冷剂的lgp-h图（如：R410A ）
在对应质量配比条件下，相当于一种单质制冷剂
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p/M P a
t=80℃ 90 100 11 0 12 0 130 140 150 16 0 170 180 190 20 0 210 220 230 24 0 25 0
– 乙烯（C2H4）编号为R1150，氟乙烯（C2H3F）编号为R1141
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6.制冷剂的性质（对制冷剂的要求）
热力学性质
– (1)制冷效率高
hR＝εth/εcarnot
– 标志着不同制冷剂节流损失和过热损失的大小 – 有传热温差，希望hR越大越好
– (2)单位容积制冷能力 单位容积制冷量越大越好 对大中型设备要求高，小型设备要求较低
第2章 制冷剂和载冷剂
能源与安全学院 2009年4月
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一、制冷剂
蒸气压缩式制冷循环的制 冷剂（本章讲述） 吸收式制冷循环的制冷剂
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1. 制冷剂概述
制冷剂
– 是制冷装置中进行循环制冷的工作物质 – 是制冷系统的血液 – 是制冷系统的能量输配介质
制冷剂面临的问题
Temperature in °C
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常用制冷剂
各种制冷剂的特点参见教材
– 一定要认真阅读，以了解各种制冷剂的基本热力学特 性和物理化学特性
– 掌握各种制冷剂的压焓图的使用
单质制冷剂的压焓图
– R22、R134a、R717等 – 了解这些制冷剂压焓图
的特点
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常用制冷剂
– 与材料和环境的相容性好影响材料选择或决定是否 可用
不腐蚀金属和橡胶 毒性、可燃性 环保，对环境无害：ODP、GWP小 价廉，易于获得
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氟利昂族制冷剂的部分物理化学性质
烷烃
毒性
可燃性
氯化碳
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沸点下降
在大气中的寿命
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氟化碳
6.常用制冷剂
根据标准蒸发温度（一个绝对压力条件下的沸点，或常 温下的制冷剂饱和压力）高低进行分类
共沸工质(R5xx, Azeotropes)
– R500：R12/R152
➢注意：制冷剂符号后面字母
– R502：R22/R115
的大小写
– R507: R125/R134a (HFC) 小写字母：同分异构体
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大写字母：配方不同
制冷剂的命名方法
各种有机化合物(R6xx)
– 丁烷：R600，乙醚：R610
C2Cl6 C2Cl5F C2Cl4F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 C2ClF5 C2F6 R110 R111 R112 R113 R114 R115 R116
CFC 96.1.1全面限制
HFC ODP=0 PFC ODP=0
HCFC 2030底禁用
HCC 有毒
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PCC 强毒
氟利昂：甲烷和乙烷的F、Cl衍生物
哈龙（1211或1301 ，不作制冷剂） ：甲烷和乙 烷的F、Cl、Br衍生物
– 多元混合溶液
共沸溶液(如：R502)
近共沸溶液（如：R410A）
非共沸溶液（如：R407C）
– 其他烃类：乙烯、丙烯、环烃
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5.制冷剂的命名方法
Rabx的分子结构： abx+90=mnx
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制冷剂的性质（对制冷剂的要求）
热力学性质
– (3)工作压力适中
防泄漏要求：标准蒸发温度（1大气压下，工质的饱和温度）较低
强度要求：标准冷凝压力（常温下，工质的饱和压力）不宜过高
节能要求：压缩比小， 一般4～7之间
– (4)绝热指数小
T k
pk 2
压缩机排气温度低
T2
– 低温制冷剂高压制冷剂（沸点<-60oC）
R13、R744：冷藏装置、复叠式制冷循环等
– 中温制冷剂中压制冷剂（ -60oC <=沸点<=0oC）
R134a(R12)：小型风冷式机，家用冰箱，汽车空调 R22：qv大，家用空调器，商用冷藏、空调
– 高温制冷剂低压制冷剂（沸点>0oC）
R11、R123： qv小，小型离心制冷机； R114：军用、船用
10
8
RR44110a0A
6
5
4
60
3
50
40
2
30
20
1
10
0.8
0
0.6
-10
0.5
0.4
-20
0.3
-30
0.2
-40
-50
0.1
0.08
0.06
x=0.0
0.2
0.4
0.05
100
200
0.6
0.8
300
2020/3/18
70
1.70 0.005 0.006
60
1.80
50
40
1.90
0.0080
混合制冷剂（溶液）
– 原理
调节沸点
– 共沸工质：混合后沸点高于和低于各组分沸点 – 非共沸工质：混合沸点在各组分之间
调节热力性能
– 高沸点组分中加入低沸点组分，qv提高 – 反之，COP提高
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常用制冷剂
非共沸混合溶液
A
B
露点p＝常数
过热蒸气区
T /℃
TA
2
3' 3
1
泡点
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 C2HClF4 C2HF5 R120 R121 R122 R123 R124 R125
无机物(R7xx)
– 氨(R717) 、水(R718)：空气(R729), 氧气(R732), 氢气(R702)
非饱和碳氢化合物（Rxxxx”）
– 第一位数为非饱和碳键的个数；第二、三、四位数，与甲烷等 饱和碳氢化合物编号相同，分别为碳（C）原子个数减1、氢 （H）原子个数加1、氟（F）的原子个数
氨 HN
R12 (CFC)
HFC: Hydro Chloro Carbon
H H
一氯甲烷
R12 F
R22 (HCFC)
H
C H
Cl
H
丙烷 (一部分电冰箱使用)
H
H
H
C
H
C
C
H
HH
H
CF
Cl
F Байду номын сангаас22
R32,125,134a (HFC)
Cl
CF
Cl
F R32
H
C
H
F
各种原子的特性
破坏臭氧层 燃烧性 润滑作用
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低温、中温、高温制冷剂
Vapour pressure in bar
30
25 低温
20 15 10
中温
R12 R134a R600a R290 R404A R407C R410A
20
5
高温
0 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80