制冷原理与设备多媒体课件 第二章 制冷剂

2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
单位制冷量qo和单位容积制冷量qv比较大:因为对于总制冷量 一定的装置，q0大可减少制冷剂的循环量；qv大可减少压缩 机的输气量，故可缩小压缩机的尺寸；但对于离心式压缩机， 尺寸过小会带来制造上的困难，因此应当采用q0和qv稍小的 制冷剂。
比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。
制冷原理与设备
第二章 制冷剂
主讲教师：张 超 副教授 中原工学院能源与环境学院
主要内容

2.1 制冷剂发展历史
2.2 制冷剂的分类及命名
2.3 制冷剂的主要性质 2.4 制冷剂的选用原则 2.5 常用制冷剂 2.6 载冷剂和蓄冷剂
2.1 制冷剂发展历史
1834年 乙醚 1866年 CO2
(2) 命名
R(m-1)(n+1)(x)B(z)
(3) 分类 a 卤代烃(CFCs) 仅包含C、F、Cl原子 b 氟烃类(HCHCs)
CmHnFxClyBrz
包含H、C、F、Cl原子 c 氢氟烃类(HFCs) 包含H、F、C原子
2.2 制冷剂的分类及命名
(4) 另一种命名方法
用元素符号（如CHC、HCFC、HFC）代替R符号，如R12称为CFC12、 R22称为HCFC22 3. 烷烃类 (1)分子式
沸点：－29.8℃ 凝固点：－155 ℃ 适用范围：－70 ℃以上，中温制冷剂
3.R11(CFC11)
沸点：23.8 ℃ 凝固点：-111 ℃ 适用范围：-5～10 ℃ ，高温制冷剂
4.R22(HCFC22)
沸点：－40.8 ℃ 凝固点：－160 ℃
适用范围：－80 ℃以上，替代R12，中温制冷剂
2.4 常用制冷剂
根据制冷剂的热力性质数学模型由计算机求得。
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
3.迁移性质
制冷剂的迁移性质主要是指制冷剂的粘性、导热性和比热容，制冷剂 的这些性质对制冷系统辅助设备的设计有重要的影响。 粘性反映的是流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的 大小与流体种类、温度和压力有关。过冷液体的动力粘性系数可以近 似取相同温度下饱和液体的动力粘性系数。 气态制冷剂其导热系数一般很小，并随温度的升高而增大，在制冷技 术常用的压力范围内，气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体 的导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。过冷液体的导热系数 近似取同温度下饱和液体的导热系数。
4.物理化学性质方面
要求无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全；化学稳定性和热稳 定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不 变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的 高温下不分解。
5.其他
原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。
2.4 常用制冷剂
一、无机化合物制冷剂 1、水（R718）
5. R507（R125/R143a，50/50）
沸点：－46.7 ℃ ，用于替代R502
2.4 常用制冷剂
六、非共沸混合物 1.定义 非共沸混合制冷剂是由两种或多种不同制冷剂按任意比例混 合而成。它没有共沸点，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。
2.近共沸混合制冷剂 通常将泡露点的温度差小于3℃的混合制冷剂称为近共沸混
等熵压缩的终了温度不能太高，以免润滑条作恶化(润滑油黏 性下降、结焦)或制冷剂自身在高温下分解。
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
3.迁移性质
粘度、密度尽量小，这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力 及制冷剂的充注量；导热系数大，这样可以提高热交换设备 (如蒸发器、冷凝器、回热器……)的传热系数，减少传热面积， 使系统结构紧凑。
五、共沸混合物制冷剂 1. 共性 (1)在一定的蒸发压力下蒸发时，不仅其蒸发温度不变， 而且蒸发温度
一般比组成它的单组分的蒸发温度低。
(2)在一定的蒸发温度下，共沸制冷剂的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。 (3)共沸制冷剂的化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。 (4)在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。 (5)一定范围内，能耗更低。比如：蒸发温度-60～-30 ℃ ，能耗R502低
（3）便宜 （4）易燃、易爆 2.丙烷（R290） 沸点：－42.2 ℃ 凝固温度：－197.1 ℃
2.4 常用制冷剂
3. 异丁烷（R600a） 沸点：－11.73℃ 凝固温度：－160℃
适用范围：R12的永久替代
4.甲烷（R50） 沸点：－165.6℃ 适用范围：－150℃左右
2.4 常用制冷剂
1. 对环境的影响
臭氧衰减指数ODP（Ozone Depletion Potential） 温室指数GWP(Global Warming Potential)
通常以R11的ODP和GWP值为基准，在此基准下
目前通常认为ODP≤0.05，GWP≤750的制冷剂是可以接受的 （其GWP 值是以GWPCO2＝1为基准得出另一套数据 ）
中温中压制冷剂（0 ℃ ＞沸点＞－60℃， 0.2MPa＜冷凝压力＜ 2.0MPa ）
低温高压制冷剂（沸点＜-6 0℃，冷凝压力＞ 2MPa ）
2.2 制冷剂的分类及命名
二、 制冷剂的命名 R＋数字或字母
1.无机化合物
R7＋数字或字母 2.氟里昂 （1）分子式 CmHnFxClyBrz
2.2 制冷剂的分类及命名
5. R134a(HFC134a)
沸点：－26.5 ℃
凝固点：－101 ℃
适用范围：替代R22
6. R123(HCFC123)
沸点：27.9 ℃
凝固点：－107 ℃ 适用范围：替代R11
2.4 常用制冷剂
四、碳氢化合物（－50～10 ℃ ）
1. 共性 （1）凝固点低
（2）不溶于水、不腐蚀金属、溶油性好
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
4.物理化学性质
安 全 性 热 稳 定 性 对 材 料 的 作 用 与水的融解性 与 润 滑 油 的 互 溶 性
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
（1）安全性（中华人民共和国国家标准. 制冷剂编号方法和安全性分类. GB/T 7778-2001）
燃烧性 不可燃 燃烧性 爆炸性 毒性 低毒性 A1 A2 A3 高毒性 B1 B2 B3
A：表示制冷剂体积浓度大于等于0.04％时没有毒性危害，即低毒性； B：表示制冷剂体积浓度小于0.04％时有毒性反应，即高毒性。
1：表示不可燃，即在18℃和101kPa空气环境中无燃烧现象
2：表示中等可燃，即在21℃、101 kPa和相对湿度为50％的空气环境中燃 烧下极限大于0.1kg／m3，并且其燃烧热不大于19000kJ/kg； 3：表示强烈可燃，即在21℃、10lkPa和相对湿度为50％的空气环境中燃烧
1870年 NH3
1874年 SO2 1955年 氟里昂（ CmHnFxClyBrz ） 目前 替代工质的发展
2.2 制冷剂的分类及命名
一、 制冷剂的分类
按组分分类：单一制冷剂、混合物制冷剂 按化学成分分类：无机化合物类、氟里昂类、碳氢化合物类 按标准蒸发温度分类： 高温低压制冷剂（沸点＞0℃，冷凝压力＜0.2MPa）
基本性质：标准沸点为100℃，冰点为0 ℃；ODP和GWP值均为0； 适用范围：属于高温制冷剂，制冷温度高于0 ℃场合，适用于吸收 式、蒸气喷射式制冷系统
2、氨（R717）
基本性质：标准沸点为-33.4℃，凝固温度为-77.7 ℃；ODP和GWP 值均为0；热力性质较好；融水性良好；不溶于润滑油；
适用范围：制冷温度高于－65 ℃的场合，多用于冷库
于R22；-10～10 ℃ ，R502能耗高于R22
2.4 常用制冷剂
2. R500（R12/R152a，73.8/26.2）
沸点：－33.5 ℃ ，用于替代R12
3. R502（R22/R115，48.8/51.2） 沸点：－45.4 ℃ ，用于替代R22 4. R503（R23/R13，40.1/59.9） 沸点：－87.9 ℃ ，用于替代R13
（5）与润滑油的融解性（与温度有关）
基本不融解：R717、R13、R14、R744 有限融解：R22、R114
无限融解：R11、R12、Biblioteka Baidu113
选择：与制冷剂融解性较好的润滑油
二、制冷剂的选用原则
1.具有环境可接受性
制冷剂的ODP和GWP应尽可能的小；
2.热力学性质方面
在工作温度范围内有合适的压力和压力比。即希望蒸发压力不低 于大气压力，避免制冷系统的低压部分出现负压；冷凝压力不要过高， 以免设备过分笨重；冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大，以免压缩 终了的温度过高或使活塞式压缩机的输气系数过低。
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
（3）对材料的作用
b 碳氢化合物 对金属无腐蚀作用 c氨 对钢铁无腐蚀作用，对铝、铜、铜合金轻微腐蚀作用；遇水， 则对钢和铜合金有强烈的腐蚀作用
（4）与水的融解性
氨：极易溶于水，有强烈腐蚀性
烷烃、氟里昂：不溶于水，含水容易产生冰堵现象
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
下极限不大于0.1kg/m3，或者其燃烧热大于19000kJ/kg。
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
（2）热稳定性 在温度较高又有油、钢铁及铜等存在时，制冷剂长时间使用 会发生变质甚至热解。 例如，当温度超过250℃时氨会分解成氮和氢；R12在与铁、 铜等金属接触时，在410～430℃时分解,并生成氢、氟和极毒 的光气；R22在与铁相接触时550℃开始分解。 因此，为了保证制冷剂不发生热分解现象，制冷剂工作温度 不允许超过其分解温度。比如氨的工作温度不得超过150℃， R22和R502不得超过145℃。
2.2 制冷剂的分类及命名
5. 非共沸混合物 (1) 定义 非共沸混合制冷剂没有共沸点。即在定压下相变时，气相和液相的成分 不同，相变温度也在不断变化。 (2) 命名 R4XX，XX按命名先后，从00开始
2.2 制冷剂的分类及命名
6. 其它（环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物）
编写方法规定：环烷烃及其卤代物用RC开头，链烯烃及其卤代物用Rl开头，其 后的数字排写规则与氟利昂及烷烃类符号表示中数字排写规则相同。
乙烷系的同分异构体都具有相同的编号，但最对称的一种用编号后面不带任何字 母来表示；随着同分异构体变得愈来愈不对称，则附加a、b、c等字母。例如 CHF2-CHF2表示为R134，CF3-CH2F表示为R134a。
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
一、制冷剂的主要性质
对 环 境 的 影 响 热 力 性 质 迁 移 性 质 物 理 化 学 性 质
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
2.热力性质
制冷剂的热力性质是指其热力学状态参数之间的相互关系， 即制冷剂在各种状态下其压力(p)、温度(T)、比体积(v)、比焓 (h)、比熵(s)等参数之间的关系。
其热力学状态参数可由实验和热力学微分方程式确定。在工程 上，这种热力学状态参数通常由热力性质图表查得，也可以
合制冷剂
T
C B Bt A Bg
ξ bl
ξb
ξbg
ξ
2.4 常用制冷剂
3. R401A和R401B
2.4 常用制冷剂
二、氟里昂
1. 共性 (1)分子量大、比重大、流动性差； (2)绝热指数小，压缩终温比较低； (3)对金属腐蚀性较小，对非金属高分子材料具有 (4)融水性极差； (5)遇明火易分解； (6)价格昂贵； “膨润作用”；
(7)易泄漏，无味不易察觉
2.4 常用制冷剂
2. R12(CFC12)
CmH2m+2
(2) 命名 其规则等同于氟里昂
R(m-1)(n+1)(x)B(z) CmHnFxClyBrz
2.2 制冷剂的分类及命名
4. 共沸混合物
(1) 定义 共沸混合制冷剂与纯质制冷剂一样，在一定的压力下，具有几乎不变的 饱和蒸发温度和相同的气、液相成分，即相变时有一个固定的沸点。 (2) 命名 R5XX，XX按命名先后，从00开始
2.3 制冷剂的主要性质及选用原则
（3）对材料的作用 a 氟里昂
对金属的作用：对大多数金属无腐蚀性，除Mg、Zn及其含Mg 合金外；氟里昂遇水水解产生酸性物质，对金属有腐蚀作用； 镀铜现象：氟里昂＋润滑油能够融解铜，融解的铜在钢、铸 铁表面会析出 对非金属材料的作用：氟里昂对天然橡胶和树脂等材料是一 种良好的有机溶剂，也可以使塑料等高分子化合物变软、膨 胀和起泡，即对高分子化合物具有所谓的“膨润作用”。