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1、制冷原理与设备第2章 制冷剂与载冷剂,主 编李晓东,电子制作齐向阳,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1 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,如水、氨、二氧化碳等,如R12、R22、R134a等,如丙烷、异丁烷等,如R502等,如R407C等,第2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,ts0Pc0.20.3MPa,0ts-60,0.3MPaPc2.0MPa,ts-60,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.1.2 制冷剂的编号表示方法 卤代烃,R22,第2章 制冷剂与载冷剂,碳氢化合物(烃
2、类)不饱和碳氢化合物和卤代烯,R50,R170,R1150,R1270,第2章 制冷剂与载冷剂,共沸(液体)制冷剂,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2章 制冷剂与载冷剂,非共沸(液体)制冷剂,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2章 制冷剂与载冷剂,无机化合物,R717,R744,R718,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.2 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
3、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,第2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。,第2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
4、生产工艺简单，价廉、易得。,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.3 常用制冷剂的性质1.水的特性（R718）属于无机物类制冷剂，来源最广，最为安全而便宜的工质。水不宜在压缩式制冷机中使用，适合在空调用的吸收式和蒸汽喷射式制冷机中2.氨的特性（R717）氨的压力适中，单位容积制冷量大，流动阻力小，热导率大，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作用。氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味、等熵指数较大，若系统中含有较多空气时，遇火会引起爆炸。氨制冷系统中应设有空气分离器，及时排除系统内的空气及其它不凝性气体。氨系统中不必设置干燥器，含水量仍限制在0.2的范围内。氨制冷系统中往往设有油分离器氨制
5、冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料,第2章 制冷剂与载冷剂,3.氟利昂的特性1）R12对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，2010年1月1日起将在我国完全停止生产和消费。,南极臭氧空洞的变化,第2章 制冷剂与载冷剂,3.氟利昂的特性R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，R12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。水在R12中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必须经过干燥处理R12能与矿物性润滑油无限溶解，在蒸发器中，随R12 的
6、不断蒸发，润滑油在其中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。R12对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。R12对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。R12由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、不燃、不爆等优点，它广泛用于冷藏、空调和低温设备，从家用冰箱到大型离心式制冷机中都有采用。,第2章 制冷剂与载冷剂,2）R22对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。R22是最为广泛使用的中温制冷剂R22属安全性制冷剂。R22化学性质不如
7、R12稳定。R22 能部分地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12相同。R22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，故可作为R12的近期、过渡性替代制冷剂。,第2章 制冷剂与载冷剂,3）R13属低温制冷剂，毒性比R12更小，不燃烧、不爆炸。只应用于复叠式制冷系统的低温级。R13微溶于水，系统中也应设干燥器。它不溶于油，对金属和有机物的作用、泄漏性与R12相同，可用来制取-70-100的低温。R13对大气臭氧层也有破坏作用，但因其用量很少，直到1990年伦敦会议上才被列入增加的受控物质，要求发展中国家在2010年1
8、月1日起停止生产和消费。4）Rll属高温制冷剂，适用于离心式压缩机制冷系统。Rll 毒性比R12大，与明火接触时更易分解出剧毒光气。Rll的溶水性、溶油性、对金属及有机物的作用均与R12相似。Rll由于标准蒸发温度较高，故广泛用于空调系统或热泵装置中，制取10-5的低温。它对大气臭氧层有严重破坏作用，属限用与禁用之列。5）R142b属标准蒸发温度较高（-9.25）的中温制冷剂，适合于在热泵装置和高环境温度下的空调装置中使用。R142b的毒性与R22差不多。当它与空气混合的体积分数在10.615.1范围内，会发生爆炸。它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，也将在2040 年被禁用。,第2章 制冷剂与
9、载冷剂,6）R134a属中温制冷剂。它的特性与R12相近，目前是R12的替代工质之一。7）R600a属中温制冷剂。它对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。可燃、可爆，不允许采用气焊或电焊。价格便宜。由于具有极好的环境特性，目前广泛被采用，作为R12的替代工质之一。8）R123属高温制冷剂。适用于离心式制冷压缩机。具有一定毒性。具有优良的大气环境特性（ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的理想制冷剂之一。9）R152a属中温制冷剂。中等程度的可燃性，它具有优良的大气环境特性，也被用来作为R12的替代工质。,第2章 制冷剂与载冷剂,4.碳氢化合物的特性 丙烷（R290）是较多采用的
10、碳氢化合物。属中温制冷剂。难溶于水。大气环境特性优良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工质之一。除丙烷外，通常用作制冷剂的碳氢化合物还有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯(R1150)。,第2章 制冷剂与载冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,第2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2章 制冷剂与载冷剂,2.1.4 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-CF2ClCl；ClO3-ClO
11、O2；ClOO-ClO2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：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；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；产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程；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。,常用制冷剂及其性质,CCl4(R10),CH4(R50),CF4(R14),
12、第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.4.2 CFCS、HCFCS的限用与禁用,表2-2 受控制的消耗臭氧层物质,表2-3 HCFC禁用时间表（发达国家）,第2章 制冷剂与载冷剂,表2-4 中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表,注：允许维修使用到2010年。,第2章 制冷剂与载冷剂,2.1.4.3替代制冷剂的研究动向,表2-6 R12、R134a、R600a主要物性及性能对比,2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法,2.2.1载冷剂与载冷剂循环特点,载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质,在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递
13、给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。,第2章 制冷剂与载冷剂,选择方法,使用目的,温度范围,蒸发温度在5以上的载冷剂系统，一般都采用水作载冷剂,蒸发温度在5-50的范围内，一般可采用氯化钠或氯化钙盐水溶液,蒸发温度低于-50时，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等,2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法,第2章 制冷剂与载冷剂,第2章 制冷剂与载冷剂,2.2.3 常用载冷剂的特性常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等 1空气 在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积较大 2水 水作为载冷剂只适用于载冷温度在O 以上的场合，空调系统中多有采用
14、,第2章 制冷剂与载冷剂,3 盐水溶液,A,A,F,G,E,C1,B,C,C2,D,tE,tC,tB,0,x1,x2,m1,m2,t,第2章 制冷剂与载冷剂,4有机物载冷剂 有机物载冷剂有乙醇（CH3-CH2OH）、乙二醇（CH2OH-CH2OH）、丙二醇（CH2OH-CHOH-CH3）、丙三醇（CH2OH-CHOH-CH2OH）、二氯甲烷（CH2Cl2）及三氯乙烯（CHCl-CCl2）等。它们都具有较低的凝固温度。有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。,第2章 制冷剂与载冷剂,思考题1.制冷剂的作用是什么？2.按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？3.什么是共沸制冷剂？4.无机化合物制冷剂的命名
15、是怎样的？5.选择制冷剂时有哪些要求？6.家用的冰箱、空调用什么制冷剂？7.常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？8.为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？9.试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。10.使用R134a时，应注意什么问题。11.试写出制冷剂R11、R115、R32和R11、R12、Rl2B1的化学式。12.试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。13.什么叫载冷剂？对载冷剂的要求有哪些？14.常用载冷剂的种类有哪些？它们的适用范围怎样？15.水作为载冷剂有什么优点？16.“盐水的浓度愈高，使用温度愈低”。这种说法对吗？为什么？17.人们常讲的无氟指的是什么意思？18.共沸混合物类制冷剂有什么特点？19.简述R12、R22、R717与润滑油的溶解性。20.为什么要严格控制氟利昂制冷剂中的含水量？,
