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1、制冷剂基本常识,第一节 制冷剂概述,第二节 制冷剂的热物性参数及其计算方法,第三节 制冷剂的物理化学性质及其应用,第四节 常用制冷剂,第一节 制冷剂概述,一、制冷剂的发展、应用与选用原则,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。,http:/,第一节 制冷剂概述,一、制冷剂的发展、应用与选用原则,http:/,2000年臭氧空洞的形状,2002年臭氧空洞变形了,第一节 制冷剂概述,一、制冷剂的发展、应用与选用原则,http:/,1.热力学性质方面,2.迁移性质方面,(1)工作温度范围内有合适的压力和压力比。,(2)单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。,(3)比功w
2、和单位容积压缩功wv小，循环效率高。,蒸发压力大气压力，以免系统出现负压冷凝压力不要过高，以免设备笨重冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大，降低输气系数,(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。,作为制冷剂应符合的要求,3.物理化学性质方面,4.其它,原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,二、制冷剂命名,制冷剂按其化学组成主要有三类,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,2.氟里昂和烷烃类,编写规则,制冷剂的简写符号,表2-1 制冷剂符号举例,3.非共沸混合工质,4.共沸混合工质,5.环烷烃、链烯
3、烃以及它们的卤代物,简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。,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。,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。,此外，有机氧化物、脂肪族胺用R6开头，其后数字任选。详细可从表2-2 制冷剂标准符号表示中查出。,第二章制冷剂、载冷剂及润滑油,第二节 制冷剂的热物
4、性参数及其计算方法,一、热力性质,制冷剂的常用热力性质：,压力、温度、比体积、比内能、比焓，比熵、比热容、声速，都是状态参数，彼此之间存在一定的函数关系。,热力学参数关系：通过实验方法测定出来。,它们常被表示成两种形式：一种是热力学性质图和表，参数关系方程式。,最基本的热力学性质数据；表2-3 制冷剂的基本热力性质导出热力学量是通过热力学关系式计算得到。,在使用热力性质图和表时，应当注意不同表的焓和熵等参数的基准值的选取。,热力参数的关系/方程式：,（1）压缩性系数：,（2）饱和蒸气压 一般由实验数据拟合得到。,（3）汽化热：与单位质量制冷量有关。,（4）比热容：一般由实验测得。,（5）液体的
5、密度,压缩系数 Z 可用实验测定。,式中：,二、热物性参数的计算机计算方法,1、气相热力性质计算,状态方程：很多（如马丁-侯方程）,有了精确的状态方程，利用热力学关系式，可推导出比焓、比熵等热力性质。,它是压力、温度、比体积关系式。式中：,1、气相热力性质计算,由状态方程计算亥姆霍兹自由能的余函数公式为,由热力学的余函数理论可知，只要求得了亥姆霍兹自由能的余函数，其他余函数都可以由此经过简单求导或加减运算得到。,1、气相热力性质计算,2、液相热力性质计算,计算饱和液体比体积：,计算饱和液体比焓：=饱和蒸气的比焓-气化热。,计算过冷液体比焓和比熵：,计算饱和液体比熵：=饱和蒸气的比熵-气化热/热
6、力学温度。,密度的倒数，,3、物性计算程序示例：,可以看出，计算热力参数的方法似乎有点繁琐，还不如查表方便。但实际上，不管是作制冷系统的设计还是作优化分析研究，都经常地反复地要查找大量的热力性质数据，这时，采用上述方法通过计算机计算就显得非常的方便。,第三节 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。,(2)燃烧性和爆炸性,(3)安全分类,表28与表29分别给出了6个安全等级的划分定义和一些制冷剂的安全分类。,爆炸极限,表27 制冷剂的毒性指标给出常用制冷剂TLVs或AEL值,表28 一些制冷剂的易燃易爆特性
7、,注：None表示不燃烧，na表示未知。,表29 ASHRAE34-1992以毒性和可燃性为界限的安全分类,表210 一些制冷剂的安全分类,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。,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。,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，因为有水分时要引起腐蚀，但磷青铜除外。,橡胶与氟利昂会发生溶解；氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润”作用(变软、膨胀和
8、起泡)，故在制冷系统中要选用特殊橡胶或塑料。,4.与润滑油的互溶性,在大多数制冷机里，工质与润滑油相互接触是不可避免的。各种工质与润滑油之间的溶解程度不同。有的完全溶解，有的几乎不溶解，有的部分溶解。,若工质与油不溶解，可以从冷凝器或贮液器中将油分离出来，避免将油带入蒸发器中，降低传热效果。,若制冷工质与油溶解，会使润滑油变稀，影响润滑作用，且油会被代入蒸发器中，影响到传热效果。,5.与水的溶解性,“冰堵现象”,当温度降到0以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。,6.泄漏性,表211 水分在一些制冷剂中的溶解度（25）,注：na表示没有找到可用的数据。
9、,表4-5 制冷剂的安全、环境特性表注:LFL燃烧低限，它是可燃性的一个标志。TLV-TWA低限值的时间加权平均值。,臭氧消耗潜能值ODP(Ozone Depletion Potential)，是一个规范化的标志，选用CFC11的值作为基准值1.0，表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度。,全球变暖潜能值GWP(Global Warming Potential)，是衡量制冷剂对气候变暖影响的指标值。当选用CFC11的值作为基准值1.0时，称为HGWP。近年来人们将作用100年的CO2作为基准，并将CO2的温室效应潜能值定为1.0，称为GWP或GWP100。,7、制冷剂与大气环境,氟利昂类制冷剂中
10、，凡分子内含有氯或溴原子的制冷剂对大气臭氧层有潜在的消耗能力。,表4-5所示GWP数值是相对于一百年年限产生的二氧化碳的量;所示混合物的GWP100是由质量分数计算得来。要全面反映温室效应必须考虑机器的泄漏量、使用年限、能耗等多方面的因素。,总体温室效应值TEWI(Total Equivalent Warming Impact)，是综合反映一台机器对全球变暖所造成影响的指标值。其计算方法如下:TEWI=mIGWPn+EnB式中：GWP以CO2为基准的全球变暖潜能值；m系统中制冷剂总质量（kg）；I制冷剂的年泄漏率（%）；n系统运行年限（年）；E系统每年的能耗（kWh）；B每度电CO2的释放量k
11、g/（kWh）。,TEWI由两项构成：直接使用制冷剂产生的温室效应；制冷机使用期内电厂发电产生的间接温室效应。前者指计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤CO2的积聚效果，后者体现产生1kWh电，由燃料燃烧所释放的CO2量。需要指出的是，间接温室效应对各个国家而言是不同的，取决于该国火力发电和水力发电的比例，以及火力发电的全厂热效率。,大气寿命，是制冷剂排放到大气中一直到分解前时间，也就是制冷剂在大气中的存留的时间。制冷剂的寿命长，说明其潜在的破坏作用就大。,寿命期气候性能 LCCP（Life Cycle Climate Performance），是在TEWI基础上补充了制冷机和制冷剂生产过程中
12、的能耗引起的温室效应。若用LCCP衡量和分析，其直接温室效应均很小，且可以通过提高能效比来补偿；间接温室效应占主要部分。,表4-5 制冷剂的安全、环境特性表,7、制冷剂与大气环境,表4-6 绿色环保制冷剂的趋势,沸点-33.3，凝固点-77.9 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 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 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
13、不用铜和铜合金材料(磷青铜除外),第四节 常用制冷剂,1.无机物,2.氟利昂,(1)R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）,(2)R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）,R134aChemical name:1,1,1,2-TetrafluorethaneChemical formula:CF3-CH2F,Substitute for R12 Solkane 134a has similar Vapour pressureas R 12 Existing R 12 equipment can be retrofitted with Solkane 134a Solkane 134a is non
14、-flammable and safe to use Solkane 134a is environmentally acceptable Applications Solkane 134a can replace R12 in most applications.Household refrigerators Car air conditioning systems Heat pumps Chillers Transport refrigeration Commercial cooling,(3)R11（一氟三氯甲烷 CFCl3）,(4)R22（二氟一氯甲烷 CHF2Cl）,R22:Chem
15、ical name:ChlordifluormethaneChemical formula:CHCIF2,In comparison to CFC 12,the ODP of Solkane 22 is reduced by 94.5%It is used in a broad spectrum of different applications Mostly used refrigerant worldwide Possible replacement for CFC 12 and CFC 502 in low-temperature application Well-known and a
16、pproved refrigerant Application Frozen food display case Chest freezer Air conditioner Cold storage room Heat pump ransport cooling system Commercial refrigeration(e.g.supermarket,in medium and low temperature range)Industrial refrigeration,R123Chemical name:1,1-Dichloro-2,2,2-trifluorethaneChemical
17、 formula:CHCI2-CF3,Low pressure refrigerant Physical properties comparable to R11 Non-flammable Use of conventional oils possible ODP reduced by 98%related to R11 Low HGWP Solkane 123 is an interim replacement for CFC 11.Centrifugal chillers for industrial and commercial use Centrifugal compressors
18、ORC-processes Heat-pumps CFC 11 compatible mineral oils can be used with Solkane 123.Solkane 123,as an interim refrigerant,ensures the operation of existing CFC 11-equipment with low residual lifetime.ToxicityPAFT-Results(Program for Alternative Fluorcarbon Toxicity Testing):Short-term studies:low t
19、oxicity Long-term studies:on rats an increased incedence of benign tumours was observedAttention:lassified according TRGS 905,category 3 substances are suspected carcinogens.Measurements on centrifugal chillers showed that the operation underapproved technical procedures can be safely maintained.,R1
20、42bblowing agents produce foams such as polyurethane foam and extruded polystyrene,which provide insulation.,DescriptionAppearance:colourless gas Odour:faintly ethereal Solkane 142b,a high-purity gas liquefied under pressure,has a wide range of applications in the plastic foams sector either alone o
21、r as a mixture with Solkane 22.On account of its properties Solkane 142b constitutes an ideal alternative for fully halogenated chloro-fluorocarbons.,R23 Chemical name:Trifluormethane Chemical formula:CHF3,Substitute for R13High pressure refrigerant for ultra-low temperatures(-60 C to-100 C)Solkane
22、23 features among others similar Vapour pressure as R13 Solkane 23 is not flammable and safe to handle Solkane 23 presents no toxicological risks Compressors must be charged with polyolester oils Applications The low-temperature refrigerant Solkane 23 finds its exclusive use in cascade systems at an
23、 evaporating temperature of 60C to 100C and at a condensing temperature of approx.10C to 40C.Industrial refrigeration systems for e.g.gas separation and chemical process engineering Pharmaceutical manufacturing plants Medical applications Material testing Cryomats and cryostats High-vacuum chambers
24、Test chambers,test benches Retrofitting of existing R13-systems is possible,R404AChemical name:Pentafluorethane/1,1,1-Trifluorethane/1,1,1-Tetrafluorethane:Chemical formula:CHF2-CF3/CH3-CF3/CF3-CH2F,Substitute for R502 Near azeotropic refrigerant containing R125,R143a and R 134a(44/52/4%by weight)Re
25、frigerant must be charged from liquid phasePhysical and thermodynamical properties comparable to R502Non-flammableCompressors must be charged with polyolester oilsapplicationCold-storage cells Supermarket display cases Ice machines Replacement for R502 in transport refrigerationRetrofit of existing
26、R502-installations with Solkane 404A is possible,R407C:Chemical name:Difluormethan/Pentafluorethane/1,1,1,2TetrafluorethaneChemical formula:CH2F2/CF3CHF2/CF3CH2F,Interim replacement for R22Refrigerant containing R32,R125 and R 134a(23/25/52 weight-%)temperature glide approx.7 KRefrigerant must be ch
27、arged from liquid phasePhysical and Vapour pressurecomparable to R22No flammabe and safe to handleCommercially avaiblemixable with polyester oilenvironmentally acceptable applicationAir-conditioning systemes Heat-pumbs Industrial and commercial cooling*Solkane 407 c is applicable for new air-conditi
28、oning units or for retrofitof existing R22 installations*not for systems with flooded evaporation,R410Chemical name:Difluormethane/PentafluorethaneChemical formula:CH2F2/CHF2-CF3,Near azeotropic refrigerant containing R32 and R125 Distinct higher efficiency in comparision with R22 Non-flammable Solk
29、ane 410 is atng favoured worldwide as long-term alternative for R22 Commercially available Compressors must be charged with polyolester oils Applications Air-Conditioning units Heat pumps Cold storage Industrial and commercial refrigeration Regarding the system components(compressor etc.),the higher
30、 pressurelevel of Solkane 410 has to be considered Substitution of R13B1 by Solkane 410 in low temperature application is possible,R507:Chemical name:Pentafluorethane/TrifluorethaneChemical formula:CHF2-CF3/CH3-CF3,Substitute for R502Azeotropic refrigerant containing R125 and R143a(50/50%by weight)P
31、hysical and Vapour pressurecomparable to R502Same handling as R502Non-flammable Compressors must be charged with polyolester oils applicationCold-storage cellsSupermarket display casesIce machinesAs a replacement for R502 in refrigerated transportIn practice Solkane 507 has proven to be the optimal replacement for R502Retrofit of existing R502-installations with Solkane 507 is possible,3.碳氢化合物,(1)R600a（异丁烷 i-C4H10）,(2)R290（丙烷 C3H8）,沸点和凝固点比R600a低，蒸气压较高和容积制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均与R600a相似。,4.混合制冷剂,(1)共沸制冷剂,共沸制冷剂特点：,表213几种共沸制冷剂的组成和沸点,
