第三章制冷剂

臭氧层的破坏
• 臭氧层的破坏是触目惊心的。近些年， 在南极和北极上空都曾出现过巨大的季 节性的臭氧“空洞”，空洞的面积有时 相当于美国国土的2倍 • 如果没有臭氧层的保护，所有强紫外辐 射全部落到地面的话，那么，地球上的 林木将会被烤焦，飞禽走兽都将被杀死
3.2.1.1对环境的亲和友善。
1）臭氧衰减指数ODP： 表示物质对大气臭氧层的破坏程度。 应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。 2）温室效应指数GWP： 表示物质造成温室效应的影响程度。 应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。
第3章 制冷剂与载冷剂
• 2.物理化学方面的要求：
– – – – – – 1）粘度尽可能小 2）热导率要求高 3）纯度高。 4）热化学稳定性好， 5）良好的电绝缘性。 6）溶解于油的不同性质表现出不同的特点。
• 制冷剂在润滑油中的溶解性可分为完全溶解、微溶解和完 全不溶解。一般可认为R717、R13、R14等是不溶于油的 制冷剂；R22、R114等是微溶于油的；R11、R12、R21、 R113等是完全溶于油的。
• • • • • •
制冷剂 HFC134A HCFC141B HCFC142B HFC143A HFC152A
ODP 0 0.07---0.11 0.05---0.06 0 0
GWP 0.24---0.29 0.084---0.097 0.34---0.39 0.72---0.76 0.026---0.033
第3章 制冷剂与载冷剂
3.1.1.2 制冷剂的编号表示方法
卤代烃
分子式 CmHnFxClyBrz n+ x+ y+ z = 2m+2 编号 R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz 同分异构体 溴分子数，为0，B可省略 举例 二氟一氯甲烷(CHClF2) R22
二氟二氯甲烷(CCl2F2) R12
3.2.1.3.具有良好的物理化学性质。
1）流动性好（粘度小，密度小）：可减少流动阻力损失，降低 能耗，缩小管径，减少材料消耗。 2）传热性好：可减少传热面积。 3）安全性好：高温下不分解、不燃、不爆，无毒。
（一些制冷剂的安全分类) （制冷剂的毒性指标）（制冷剂的易燃易爆特性）
4）化学稳定性好：对金属和非金属材料不腐蚀。 5）溶油性： • 溶油性差：制冷剂和润滑油易分离，t0稳定；易产生油膜影响传热。 • 溶油性好：润滑好，不易有油膜，传热好；但易引起t0升高。 6）溶水性： • 溶水性差：在节流阀处，蒸发温度低于0℃时，游离态的水便会结冰
。
1987年80多个国家参加签署的《关于消耗 臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定，为了防 止生产和使用氟氯碳类化合物造成的大气臭氧 层的破坏，到2000年全世界将限制和禁止使用 氟里昂制冷剂，我国于1991年6月加入这个国 际公约并作出规定，到2010年我国将禁止生产 和使用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物。 因此，需要加快研究开发无害的新型制冷剂或 不使用氟里昂制冷剂的其它类型制冷技术。 1987年80多个国家参加签署的《关于消耗 臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定：
第一类 CFCl3(CFC11) （氯氟烃）CF2Cl2(CFC12) C2F3Cl3(CFC113 ) C2F4Cl2(CFC114 ) C2F5Cl(CFC115)
表2-3 HCFC禁用时间表（发达国家）
1996.1.1：以1989年的HCFC消费量加2.8%CFC消费量的总和（折合到 （蒙特利尔 ODS吨）作为基准加以冻结；2004.1.1：消减35%；2010.1.1：消减65%； 议定书）缔 2015.1.1：消减95%；2020.1.1：消减95.5%(0.5%仅用于现有设备的维 修)；2030.1.1：消减100% 约国 2003.1.1：禁止HCFC141b用于发泡剂；2010.1.1：冻结HCFC22和 HCFC142b的生产；不再制造使用HCFC22新设备；2015.1.1：冻结 HCFC123和HCFC124的生产；2020.1.1：禁用HCFC22和HCFC141b； 不再制造使用HCFC123和HCFC124的新设备；2030.1.1：禁用HCFC123 和HCFC124 2000.1.1：消减50%；2004.1.1：消减75%；2007.1.1：消减90%； 2015.1.1：消减100%；
为了防止生产和使用氟氯碳类化合物 造成的大气臭氧层的破坏，到2000年全 世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂， 我国于1991年6月加入这个国际公约并作 出规定，到2010年我国将禁止生产和使 用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物。 因此，需要加快研究开发无害的新 型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂的其它 类型制冷技术
第3章 制冷剂与载冷剂
3.1 制冷剂
在制冷装置内完成热力循环的工质
2.1.1 制冷剂的种类与编号 (1) 无机化合物 如水、氨、二氧化碳等 (2) 饱和烃的卤化物(氟利昂) 如R12、R22、R134a等 (3) 碳氢化合物(烃类) 如丙烷、异丁烷等 (4) 共沸制冷剂 如R502等 (5) 非共沸制冷剂 如R407C等
一些氟利昂的ODP值和GWP值
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制冷剂 CFC11 CFC12 CFC13 CFC113 CFC114 CFC115 HCFC22 HCFC123 HCFC124 HCF125
ODP GWP 1.0 1.0 0.9---1.0 2.8---3.4 1.0 -0.8---0.9 1.3---1.4 0.6---0.8 3.7---7.6 0.3---0.5 7.4---7.6 0.04---0.06 0.32---0.37 0.013---0.022 0.017---0.020 0.016---0.024 0.092---0.10 0 0.51---0.65
1984年科学家们首先在南极上空发现了臭 氧层空洞，最近在北极上空也发现了臭氧层空洞， 臭氧层破坏的直接后果是使太阳辐射的紫外线长 趋直入，危害人类及其他生物。科学家们证实： 大气中臭氧每减少1%，照射到地面上的紫外线 就增加2%，皮肤癌的发病率则增加约4%，此外 还会损害人的免疫系统，使人们罹患白内障和呼 吸道疾病的可能性增大，同时，也损害海洋生物， 阻碍植物生长。最近的环境科学研究结果表明： 臭氧层破坏也是全球气候变化的一个重要因素。
第3章 制冷剂与载冷剂
按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类
高温（低压）制冷剂
中温（中压）制冷剂
低温（高压）制冷剂
ts＞0℃ Pc≤0.2～0.3MPa
0℃＞ts＞-60℃, 0.3MPa＜Pc＜2.0MPa
ts≤-60℃
第3章 制冷剂与载冷剂
碳氢化合物(烃类) 不饱和碳氢化合物和卤代烯
烷烃类
编号 与氟利昂编号方法相同
臭氧层破坏及其危害
臭氧层是指距地球表面10至50公里的大气 层中由臭氧构成的气层。臭氧是一种气体，其分 子结构为三个氧原子，即O3。臭氧层的主要功能 在于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，所以，臭氧层被称之为地 球的保护伞。但如今，臭氧层已被人类严重破坏， 本世纪开始人类大量使用高度稳定的合成化合物， 如空调器、冰箱工业、溶剂、航空航天用制冷剂、 喷雾剂、清洗剂中含氯氟烃化合的挥发出来，通 过复杂的物理化学过程与臭氧发生化学反应而将 其摧毁。
第3章 制冷剂与载冷剂
• 3.安全性方面的要求：
– – – – 1）在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。 2）无毒或低毒，相对安全性好 3）具有易检漏的特点 4）制冷剂无毒
• 4.经济性方面的要求
– 制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。
3.2.1.2热力学性质满足制冷循环。
1）具有较大的制冷工作范围：临界温度高、标准蒸发温度低、 凝固温度低。 2）具有适当的工作压力和压缩比： • 蒸发压力：最好接近且稍高于大气压力。 • 冷凝压力：不宜过高，一般不超过1.2～1.5Mpa。 • 压缩比：≠3，且不宜过大。 3）单位质量和单位体积制冷量均大： • q0大：获取相同的制冷量时，可减少制冷剂的循环量。 • qv大：压缩机尺寸小，设备小，可减少材料消耗和投资。 4）绝热指数低：可减少耗功率，降低排气温度，利于润滑。
R50 举例 乙烷 (C2H6) R170
烯烃类
编号 R1+氟利昂编号方法 举例 乙烯 (C2H4) R1150 丙烯 (C3H6) R1270
甲烷(CH4)
第3章 制冷剂与载冷剂
共沸(液体)制冷剂
组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成，在气化或液化 过程中，蒸气成分与溶液成分始终保持相同；在既定压力下，发生 相变时对应的温度保持不变。 质量百分比 编号 举例 R502 = R22/R115 (48.8/51.2) R5XX R500 = R152a/R12(26.2/73.8)
编号
已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。
第3章 制冷剂与载冷剂
无机化合物
编号 R7XX 无机化合物的分子量 氨
R717 R718
举例 二氧化碳 R744 水
第3章 制冷剂与载冷剂
• 3.1.2 对制冷剂的要求
– 1.热力学方面的要求：
• • • • • • • 1)沸点要求低 2)临界温度要高、凝固温度要低 3) 具有适宜的工作压力， (Pk/Po)小 4) 汽化潜热大 5)对于大型制冷系统，单位容积制冷量尽可能地大 6) 绝热指数小些 7)对于离心式制冷压缩机应采用分子量大的制冷剂
而发生“冰堵”。氟利昂难溶于水。
•
溶水性好： 不会发生“冰堵”，氨易溶于水，但氨溶于水中易腐蚀
金属。
Байду номын сангаас
第3章 制冷剂与载冷剂
• 3.1.4 CFCS、HCFCS的限制与替代 – 2.1.4.1 问题的提出 – CFC又称氯氟烃，是氟利昂制冷剂家族中的一员 – 研究表明，当CFCs受强烈紫外线照射后，将产生下 列反应（以CFC12为例）: – CF2Cl2------ CF2Cl＋Cl；Cl＋O3----ClO＋O2 ；ClO ＋O----- Cl＋O2 – 循环反应产生的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一 个氯氟烃分子，可以破坏成千上万个臭氧分子，使臭 氧层出现“空洞”，这一现象已被英国南极考察队和 卫星观测所证实。据UNEP（联合国环境规划署）提 供的资料，臭氧每减少1％,紫外线辐射量约增加2％。 – 臭氧层的破坏将导致： • ①危及人类健康，可使皮肤癌、白内障的发病率 增加，破坏人体免疫系统； • ②危及植物及海洋生物，使农作物减产，不利于 海洋生物的生长与繁殖； • ③产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过 程； • ④加速聚合物（如塑料等）的老化。 – 因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务。
臭氧层破坏机理
• 氟里昂吸收紫外线（波长在175～220nm） 后发生光解，产生一个原子氯，剩下的 基本碎片再跟氧反应，产生新的氯类物 质（Cl或ClO· ）。 • Cl+O3→ClO·+O2; ClO·+O→Cl+O2 • 净反应就是O3的分解: • 上述反应是链反应，所以产生一个原子 氯，可以分解很多O3
第3章制冷剂
制冷剂: 1制冷剂是制冷机中的工作流体,在制冷机系 统中循环流动,通过自身热力状态的循环变化与 外界发生能量交换,达到制冷目的. 2在被冷却对象和环境介质之间传递热量， 并最终把热量从被冷却对象传给环境介质的制 冷机中进行制冷循环的工作物质。
概述
• 最早乙醚TS=34.5℃,危险. • 查尔斯.泰勒1866年用二甲基乙醚沸点为23.6 ℃. • 1866年威德豪森提出用二氧化碳. • 1870年卡尔.林德提出用氨. • 1955年用氟里昂. • 氟里昂是碳氢化合物的氟,氯,溴衍生物. • R11,R12,R22,R123,R134a,R142b,R407c 等
已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。
第3章 制冷剂与载冷剂
非共沸(液体)制冷剂
组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。在定压 下气化或液化过程中，蒸气成分与溶液成分不断变化，对应 的温度也不断变化。 R4XX R407c 举例 R404a R125/R143a/R134a(44:52:4(%)) R32/R125/R134a(23:25:52(%))
第3章 制冷剂与载冷剂
第3章 制冷剂与载冷剂
第3章 制冷剂与载冷剂
2000年臭氧空洞的形状
2002年臭氧空洞变形了
第3章 制冷剂与载冷剂
3.1.4.2
CFCS、HCFCS的限用与禁用 表2-2 受控制的消耗臭氧层物质
类 别
物 质
类 别 第二类 （溴氟烷 烃）
物 质 CF2BrCl(哈隆1211) CF3Br (哈隆1301) C2F4Br2 (哈隆2402)