2第二章 制冷剂与载冷剂

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(二) 制冷剂的命名
Rabx的分子结构： abx+90=mnx 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 如：CHF2Cl R22 C2H2F4 R134a

制冷剂名称：R??? ´
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 各组分制冷剂的排列顺序：按标 – 共沸溶液：R5 (无特殊意义 ) ´´ 准蒸发温度（标准沸点）由低到高 排列，如： – 非共沸溶液：R4 (无特殊意义 ) ´´ R407c：R32/125/134a (23/25/52) – 乙烯、丙烯： R1(m-1)(n+1) x´´ R410a：R32/125(50/50) – 有机化合物： R6 (无特殊意义) ´´
氟乙烷)组成，由于不含氯元素，故不会破坏臭氧层；

对于采用环保制冷剂R410A的空调，习惯称为“无氟空调”， 这已是约定俗成的称呼，但其分子式中含有氟原子。
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(二) 混合溶液
–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
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9. CFCs和HCFCs工质替代

替代工作中存在的问题
– 热力性质差，COP下降 – 溶油问题 – 毒性问题 – 可燃性问题 – GWP高

R134a：替代工质中应用最广泛，杜邦产品
– 腐蚀性，吸水性，聚集对人体有害
– GWP较大，《京都协议》要求禁用（需继续被替代）
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2 3'
1 3
T /℃
温度滑移
(Temperature glide)
泡点
TB 0 ξ' ξ 液相区
饱和液线
ξ"
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1
那么，近共 沸溶液的相 图有何特征
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共沸混合溶液
A
p＝常数
过热蒸气区
B
A
p＝常数
过热蒸气区
B
T /℃
湿蒸气区 干饱和气线
TB Tmax
干饱和气线
共沸点
T /℃
TB

CCl3F (紫外线照射) CCl2F + Cl Cl + O3 ClO + O2 ClO＋O Cl + O2
CFC和HCFC对臭氧的破坏能力

CFC，氯氟烃
– 性能稳定，可进入平流层 – 只要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
图
分为低毒性A、高毒性B两类； 可燃性：分为高度可燃性3、低度可燃性2、无火 焰传播1 – 环保，对环境无害 ODP或RODP（Relative Ozone Depletion Potential） GWP（Greenhouse warming Potential） – 价廉，易于获得
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保护臭氧层 安全耐用
缓解全球变暖 烯烃类HFCs （也称HFOs） NH3, CO2, HCs 和H2O
3
能用即可
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第一节
制冷剂(Refrigerant)
一、对制冷剂的基本要求 （一）热力学性质 1. 制冷效率 hR＝ εth/ εcarnot
标志着不同制冷剂节流损失和过热损
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3. ODP与GWP
ODP: Ozone Depletion Potentiality
– 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）

1993.1中国“政府行动计划”
–
2010停止生产CFCs
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5.气候大会




1997年《京都议定书》，要求降低温室气体（GWP大的 物质）排放量； 2007年巴厘路线图，为应对气候变化谈判的关键议题 确立了明确议程； 2009年丹麦哥本哈根世界气候大会； 2011年南非德班世界气候大会； 2012年联合国多哈气候大会； 2014年秘鲁利马气候大会； 2015年法国巴黎气候大会《联合国气候变化框架公约》 第21届缔约国会议（COP21）,达成《巴黎协议》。
强毒
HCC
PCC
CFC 96.1.1全面限制
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PFC ODP=0
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HCFC 2030.1.1全面限制
C2H6 R170 7.乙烷族氟利昂 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 C2HClF4 C2HF5 R120 R121 R122 R123 R124 R125 C2Cl6 C2Cl5F C2Cl4F2 C2Cl3F3 C2Cl2F4 C2ClF5 C2F6 R110 R111 R112 R113 R114 R115 R116
湿蒸气区
TA Tmin
饱和液线 共沸点
TA
饱和液线 液相区
液相区
0
ξB
1 ξ
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0
ξB
具有最高沸点
1
30
具有最低沸点
ξ
(三) 无机化合物(R7´´)
– 氨(R717)：工业空调、大型机组采用
单位容积制冷能力大 压力适中，排气温度高 有毒,
易燃易爆 有臭，泄漏易发现 不溶油 价廉
第二章 制冷剂与载冷剂
制冷系统的血液
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本章需要解决的问题
1、制冷剂在制冷系统中的作用？ 2、制冷剂选择的原则有哪些？
热力学性质、物理性质（包括溶油性）、安全性、价格
3、制冷剂的安全性分类与命名方法？ 4、主要制冷剂的基本热力性质？
氟利昂（包括CH化合物）、无机物、混合溶液，等
5、载冷剂的作用、种类？ 6、如何根据实际工作条件选择载冷剂？ 7、目前制冷系统中的制冷剂、载冷剂主要为何？ 替代分案为何？
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制冷剂的饱和压力与含油量的关系（例：R12）
饱 和 压 力
含油率
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(二）物理化学性能
– – –
导热系数、对流换热系数高 密度、粘度小 不腐蚀金属和橡胶
–
–
高温下不分解
不燃、不爆
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(三) 其它性质
– 毒性(toxicity)、可燃性(flammability) 毒性：
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Hale Waihona Puke Baidu
6.甲烷族氟利昂(Freon)
C H 4 甲烷 R 50 有毒 HFC ODP=0 C H C l C H F 3 3 R 40 R 41 C H l2 C H lF C H 2C 2C 2F 2 R 30 R 31 R 32 C H C l3 C H C l2F C H C lF2 C H F3 R 20 R 21 R 22 R 23 C C l4 C C l3F C C l2F C C lF3 C F4 2 R 10 R 11 R 12 R 13 R 14
乙烷
CFC 96.1.1全面限制
HFC ODP=0
有毒
PFC ODP=0 PCC
强毒
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HCFC 2030.1.1全面限制 HCC 2016/4/12
8. 氟利昂的应用

根据标准蒸发温度(一个绝对压力条件下的沸点)或标准 冷凝压力(常温下的制冷剂饱和压力)高低进行分类：低 温(<-60oC)、中温(-60oC< t < 0oC ）、高温(>0oC)制冷 剂 – 低温（高压）制冷剂
TEWI=DE+IE
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DE表示直接效应，IE表示间接效应
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3. ODP与GWP
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4. 保护臭氧层

1974年提出问题：加利福尼亚大学诺朗德教授 1985年制定《保护臭氧层维也纳公约》 1992.11哥本哈根签署《蒙特利尔协议书》
– –
1996.1.1全面限制CFCs的生产(发展中国家2010) 2030.1.1全面限制HCFCs的生产(发展中国家2040)

使用现有的制冷剂
– 以HCFCs替代CFCs：R22, – 以HFCs替代CFCs: – 其他种类工质
R142b
R152a

寻求新的制冷剂
– 用含HCFCs的非共沸混合工质替代CFCs – 以HCFCs替代CFCs
: R123, R124 – 以HFCs替代HCFCs和CFCs：R134a, R125, R143a , R32
– 水(R718)：凝固点太高，工作压力偏低 – 空气(R729),
氧气(R731), 氢气(R702)
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– CO2(R744)：
自然工质，无毒、无臭、无污染、不爆、不燃、
无腐蚀 ODP＝0，WGP＝1 临界温度为31.1℃ ，临界压力73.75bar ，主要 采用跨临界循环形式 具有优良的热物性质。如： –CO2的容积制冷能力是氟利昂22的5倍 –粘度较低，易形成湍流流动，有很好的传热性 能 –制冷循环具有较低的压力比，绝热效率提高 应用：各种可能的制冷、空调和热泵系统
失的大小 有传热温差，希望hR越大越好。
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2. 压力适中
蒸发压力和冷凝压力
–防泄漏要求：蒸发压力接近或高于大气压力 –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
3. 单位容积制冷能力大
–单位容积制冷量越大，压缩机越小 –对大中型设备要求压缩机小，小型设备要求压缩
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毒性和可燃性分级
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二、 制冷剂的种类与命名
(一)制冷剂的种类
– 无机化合物：氨、水、二氧化碳 – 卤代烃：氟利昂
– 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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(23/25/52) – R403a：R290(丙烷)/R22/R218

近共沸工质(R4´´, Near zeotropic mixture refrigerant )
– R410a:
R32/125(50/50)
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非共沸混合溶液
A
过热蒸气区 TA
B
露点p＝常数
干饱和气线 3" 湿蒸气区

R13：冷藏装置、复叠式制冷循环等 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； R11、R123： qv小，小型离心制冷机； R114：军用、船用
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– 中温（中压）制冷剂

– 高温（低压）制冷剂

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9. CFCs和HCFCs工质替代
– 氟利昂:
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三、 制冷剂的基本热力特性
(一) 氟利昂 问题：
–
–
– –
什么是氟利昂？ 氟利昂破坏臭氧层吗？ 氟利昂都要被禁止使用吗？ “无氟” 是目标吗?
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1.氟利昂的组成卤族元素
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2. 氟利昂破坏臭氧层的机理
臭氧层:距地球表面10～50公里的大气层中由臭氧构成的气层。 主要功能:吸收来自宇宙的紫外线，使地球上的万物免受紫外线幅射的危 害，臭氧层被称之为地球的保护伞。
机可能会大一些
4. 制冷剂临界温度高
制冷剂的饱和压力
30 R12 R134a R600a R290 R404A R407C R410A 10 5 0 25 20 15
Vapour pressure in bar
-60 -50 -40 -30 -20 -10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
6
Temperature in ° C
10. R22和R134a的替代问题

据《蒙特利尔议定书》约定，发达国家和发展中国家将分 别于2020年和2030年全面禁止使用R22；


R22的替代品：R410A，R32，R290(丙烷), R600a(异丁烷)？
R134a的替代：R290，R600a？ R410A是一种混合制冷剂，它是由R32(二氟甲烷)和R125(五
–高沸点组分中加入低沸点组分，qv提高
–COP提高
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共沸工质(R5´´ , Azeotropes)
– R500：R12/R152 – R502：R22/R115 – R507:
R125/R134a (HFC)

非共沸工质(R4´´, Zeotropes)
– R407c：R32/R125/R134a