第三章 制冷工质

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非共沸混合制冷剂
•简写符号为R4( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始 若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含 量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别 1、最初是研究出于节能目的，在蒸发和冷凝过程中由于温 度是变化的，减少了冷凝过程和蒸发过程中的传热温差， 提高循环的热力完善度 2、降低制冷循环压缩比，使单级压缩制冷循环获得更低的 蒸发温度 3、使用非共沸制冷剂的制冷装置发生制冷剂泄漏时，剩余 在系统中的混合物的浓度就会改变，需要通过计算来确定 两种制冷剂的冲灌量。这是使用非共沸混合制冷剂比较麻 烦的一个方面。
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2.氟利昂
(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）
沸点-29.8℃，凝固点-158℃。
无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。 在水中溶解度小，系统里应严格限制含水量，一般规定不得 超过0.001% ，应设干燥器。 常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。 对天然橡胶和塑料有膨润作用。
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分子通式：CmHnFxClyBrz
简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)
4. 混合溶液 （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
R12 m=1,n=0,x=2 m=1,n=0,x=3,z=1 R13B1 R22 m=1,n=1,x=2 R32 m=1,n=2,x=2 R50 m=1,n=4,x=0 R123 m=2,n=1,x=3 m=2,n=1,x=5 m=2,n=2,x=4 m=2,n=6,x=0 m=3,n=8,x=0 R125 R134a R170 R290
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第一节
制冷剂
一、制冷剂（制冷工质）
1.制冷剂：在制冷系统中循环，且不断产生相态变化， 以实现制冷的物质。又称制冷“工质”。 只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物 质才有可能作为制冷剂使用。
冷却介质 Qk
冷凝器 节 流 机 构 蒸发器 压 缩 机
被冷却介质
QO
制冷剂是制冷系统中循环流动的 工作介质 通过蒸发器从被冷却介质吸热， 并将热量传输到冷凝器向冷却介 质放热 是制冷循环中热量传递的载体 是实现制冷从低温环境向高温环 境传热的载体
； R290
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表1 化合物名称
一氟三氯甲烷 二氟二氯甲烷 三氟一溴甲烷 二氟一氯甲烷 二氟甲烷 甲烷 三氟二氯乙烷 五氟乙烷 四氟乙烷 乙烷 丙烷
制冷剂符号举例 m、n、x、z值 m=1,n=0,x=1 简写符号 R11
分子式 CFCl3 CF2Cl2 CF3Br CHF2Cl CH2F2 CH4 C2HF3Cl2 C2HF5 C2H2F4 C2H6 C3H8
(2) 燃烧性和爆炸性
2.热稳定性
制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有 油、钢铁、铜存在，长时间使用会发生变质甚至热解。
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3.对材料的作用
正常情况下，卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材 料不起作用。只在某种情况例如水解作用、分解作用等下， 一些材料才会和制冷剂发生作用。 “镀铜”现象
(2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）
沸点-26.2℃，凝固点-101℃ 毒性非常低，不可燃，安全。 与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。 化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥和 清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。
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(2) ODP 与GWP
•
•
ODP表示消耗臭氧层潜能值 。
GWP表示全球变暖潜能值 。
•
•
ODP及GWP值越小，则制冷剂对环境的影响越小。
ODP值小于或等于0.05和GWP值小于或等于0.5的制
冷剂是可以接受 。
R11 1.0/1.0 R22 0.04/0.32 R134a 0/0.25
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(3) 制冷剂TEWI
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氟里昂 与臭氧层
(1)臭氧层
•离地球表面高度大约15-25km处，集中了大气中的70％的
臭氧，这一层大气圈称为臭氧层。
•几乎全部吸收了对人体有害的太阳紫外线
，形成了地球
上生物和人类生存繁衍的保护伞，是一道天然屏障 。
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1974年 ，罗兰教授 和莫利纳博士在《自然》杂志上发 表文章指出，紫外线照射使氯氟烃化合物分解出氯原子， 与臭氧进行连锁反应，使臭氧层遭到破坏，危及人类的 健康和生态平衡。
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三、制冷剂的要 求 1.热力学性质方面 (1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。 •易于蒸发 蒸发压力≧大气压力，蒸发温度低 •易于液化 冷凝压力不要过高 •冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大 (2) 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。 (3) 比功w小，循环效率高。 (4) 等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化 或制冷剂自身在高温下分解。 2.迁移性质方面 (1) 粘度、密度尽量小。 (2) 导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。
单位容积制冷量大，粘性小，传热性好，流动阻力小 毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2 氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀，同时减小制冷量 以任意比与水互溶，不需加干燥器 在矿物润滑油中的溶解度很小 ，需设分油设备 系统中氨分离的游离氢，积累至一定程度遇空气爆炸 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外) 价格便宜，以购买
氢氟烃类物质代号中的R改用字母HFC
碳氢化合物代号中的R改用字母HC，数字编号不变
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区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。
——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 CFC 例：CF2Cl2 —— R12 CFCl3 ——R11 CHF2Cl—— R22 C2H2F4 —— R134a ——— CFC12 ——— CFC11 ——— HCFC22 —— HFC134a
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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.其它 原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。
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四、制冷剂的物理化学性质及其应用
1.安全性
(1) 毒性 虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但 在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。
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2.制冷剂分类： 1834年 1866年 1870年 1874年 乙醚 是最早使用的制冷剂。 威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷剂。 卡尔· 林德(Cart Linde)用氨NH3作制冷剂。 拉乌尔· 皮克特(Raul Pictel)采用SO2作制冷剂。
SO2和CO2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。 SO2毒性大，但作为重要制冷剂曾有60年历史。 CO2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但 它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达50年 之久，1955年才被氟里昂所取代。 1930年出现了氟利昂 1950年出现了两种氟利昂组成的共沸制冷剂 1960年出现了非共沸制冷剂
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
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共沸混合制冷剂
•简写符号为R5( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始 已发现具有共沸特征的混合物不到50种。其中满足作为制 冷剂性质要求的仅十种。在所列共沸制冷剂中，已有显著 商业应用的只有三种：R500，R502和R503 特点：1、可以象纯质一样使用方便。 2、沸点降低，蒸发压力对应升高，可以扩大应用温 度范围和提高单位容积制冷量。 3、混合物其它性质方面也取决于其组分物质好的性 质。如稳定性、排气温度、溶油性等 4、配比一定，充注时要求高。
制冷剂命名： 字母“R”和它后面的一组数字或字母表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一定规则编写 1.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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2. 卤代烃（氟利昂）
分子式：CmHnFxClyBrz （满足2m+2=n+x+y+z）
当制冷剂在系统中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 的铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。 制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。
氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金(磷 青铜除外)，因为有水分时要引起腐蚀。 氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润”作用 (变软、膨胀和起泡)，制冷系统要选用特殊橡胶或塑 料。
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4.与润滑油的互溶性
制冷剂与润滑油的溶解曲线
对每种氟利昂存 在一个溶解临界 温度，即溶解曲 线最高点的温度 制冷剂与油溶解会使润滑 油变稀，影响润滑作用， 且油会被带入蒸发器中影 响到传热效果。 若制冷剂与油不相溶解， 可以从冷凝器或贮液器将 油分离出来，避免油带入 蒸发器中降低传热效果。
)
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（1）按物质种类分 无机化合物 烃类 有机化合物 烷烃 烯烃 卤代烃（氟利昂）
混合溶液 （2）氨制冷温度分 高温制冷剂：R11 R113 R114 R21 >0 ℃ 中温制冷剂：R12 R22 R717 R502 R134a 低温制冷剂：R13 R14 < -70℃