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1、制冷与制冷设备技术,情景模拟呈现生活生产实际 基础知识以必需够用为原则 操作分析有的放矢地学与做 阅读探研学生为主教师为辅,金国砥 主编,电 子 工 业 出 版 社,（第4版）,制冷与制冷设备技术(第五版),全国中等职业学校电子信息类教材实用电子技术专业,金国砥制作,电 子 工 业 出 版 社,1、制冷剂,制冷剂又称制冷工质，用英文单词（Refrigcrant）的首位字母“R”作为代号。它是一种在制冷循环过程中利用液体气化吸收热量，又在外功的作用下，把气体液化放出的热量传给周围介质的物质。它易于气化，又易于液化。,2.2.4 制冷剂、冷冻油、过载剂,制冷剂应具备的基本要求,热力学 物理化学安全
2、性 经济性,制冷剂质量差容易引起压缩机的损坏和系统的堵塞。制冷剂不论是R12或者是134a，它的好坏在于它的罐装重量与标注重量是否相符和它的纯度、含水分程度、酸度的多少等。关键看纯度：一般来说标注纯度为99.98%比99.7%含水量能减少50%左右。,制冷剂对系统的影响,（1）热力学的要求,在大气压下，制冷工质的蒸发温度（沸点）t0要低。这样不仅可以获取比较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度t0下，使其蒸发压力P0高于大气压力，以避免空气进入制冷系统影响换热设备的换热效果和设备的使用寿命。同时，在一定的蒸发温度下，蒸发压力高于大气压力，系统一旦发生泄漏时容易发现。,要求制冷剂在常温条件下，要
3、有比较低的冷凝压力Pk，以免对处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排出管道等设备的强度要求过高。通常按正常蒸发温度t0和常温下的冷凝压力Pk将制冷工质分为以下三种：高温制冷工质（或称低压制冷工质）：t00,Pkt0-70，Pk20kg/cm2.如氟利昂13(R13)、氟利昂14(R14)、氟利昂23（R23）、氟利昂503（R503）等，这类制冷剂只适用于复叠式制冷装置中的低温部分或在-70以下的低温制冷设备。,对大中型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大。这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量。所谓单位容积制冷量是指压缩机吸入一立方米的制冷剂蒸发所能产生的冷量。,制冷剂
4、的临界温度要高些，凝固温度要低些。因为当制冷剂处在临界温度以上时，不会进行相变，所以临界温度高，便于在环境温度下冷凝成液体；凝固温度低，宜制取较低温度，扩大制冷剂的使用范围，减少节流损失，提高制冷系数。,（2）物理化学要求,制冷剂的粘度尽可能小，以减小管道流动阻力，提高换热设备的传热强度，有利于制冷剂的循环和降低压缩机的功率消耗，并可缩小系统管径，降低金属消耗量。,制冷剂导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积。,与油的互溶性。,应具有一定的吸水性，这样不致在系统中形成“冰塞。,（3）安全性要求,要求制冷剂对人的健康无损害，无毒性，无刺激性臭味。,（4）经济性方面的要求,要求制冷剂价
5、廉且容易获取。,应具有化学稳定性，不燃烧，不爆炸，使用中不分解，变质。同时，制冷剂本身与油、水等相混时，对金属不应有显著的腐蚀作用，对密封材料的溶胀作用应小。,制冷剂的分类,制冷剂的种类很多，根据它们的化学成份，可分为：无机化合物、卤碳化合物（氟利昂）、碳氢化合物和共沸溶液等四类。,无机化合物制冷剂,这类制冷工质是人类采用最早的制冷剂，如氨、水、二氧化碳、二氧化硫等，有些已被淘汰，但氨和水仍为当前重要的制冷工质。它们的代号用英文字母R和后面三个数字表示：第一个数字7表示无机化合物、其余二个数字表示该物质分子量的整数。如氨的代号为R717、水的代号为R718等。,卤碳化合物（氟利昂）制冷剂。,这
6、类制冷工质都是甲烷、乙烷和丙烷的衍生物，是用氟、氯和溴的原子代替了原来化合物中全部或一部分原子。这类制冷剂是目前制冷设备使用的主要制冷工质。,表 氟利昂制冷剂的划分,碳氢化合物制冷剂,这类制冷工质有烷烃类和链烃类之分，它们主要用于石油化工工业。常用的有甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）等。这些制冷工质易获得、价格低、凝固点低，但易于燃烧和爆炸。,共沸溶液制冷剂,这类制冷工质是由两种或两种以上的氟利昂按一定比例混合而成的。它们的性质与单一的氟利昂一样，在固定压力下，蒸发时保持一定的蒸发温度，而且其气相和液相有相同的组成。也就是说，蒸发和冷凝过程中其组成成分保持不
7、变，犹如单一的制冷剂。,对于共沸溶液制冷工质，国际上规定其代表符号R后面的第一位数字为“5”和试验成功的先后顺序依次排列组成。如R500、R501、R502等。,常用制冷剂及其性质,氨的临界温度较高（tkr=132），气化潜热大，在正常大气压力下为1371.177kJ/kg，单位容积制冷量大，故氨的压缩机尺寸可以较小。氨对钢铁基本不腐蚀，但当其含有水份时，对铜和铜合金（磷青铜例外），有腐蚀作用。氨具有强烈的刺激性臭味，对人体有一定毒性，氨具有可燃性，与空气混合后易爆炸。氨在润滑油中的溶解度很小，因此在氨制冷装置的管路及换热器表面会形成油膜，影响传热效果。氨能以任何比例与水相互溶解，所以不会在调
8、节阀中形成“冰塞”。氨制造容易，价格低廉，便于购买，所以广泛用于蒸发温度-65以上大型、中型活塞式、螺杆式制冷压缩机中。,氨的正常蒸发温度t0为-33.4，使用范围是+5-70，当冷却水温度高达30时，冷凝器中的工作压力一般不超过15kg/cm2，压力比较适中。,氨,氟利昂12（CCI2F2）代号：R12,氟利昂12是一种无色、无味、无臭、无毒的物质，容积浓度在10%时，人没有感觉，浓度达到20%时开始有感觉，浓度过大时（容积浓度超过80%），对人有窒息危险。氟利昂12不含氢原子，不会燃烧，亦不会爆炸。在温度达到400以上，且与明火接触才能分解有毒的光气。,水在氟利昂12中的溶解度很小，其溶解
9、度随温度的高低而变化。温度越低，水的溶解度越小，容易结冰堵塞管道，形成“冰塞”。为防止“冰塞”，规定氟利昂12产品的含水量不得大于0.0025%。氟利昂12极易溶解于油，使润滑油性能降低。另外，它的渗透能力强，且无味无臭，渗透时不易发现，因此对制冷系统的密封要求很严。氟利昂12应用较早且甚广泛，可用于中小型活塞式、螺杆式压缩机及离心式压缩机。,氟利昂,氟利昂22（CHCIF2）代号：R22,氟利昂22是具有无色无臭、不燃烧、不爆炸特性，毒性比R12稍大，水在R22液体中溶解度比在R12中大，对电绝缘材料的腐蚀性也比R12大。氟利昂22能部分地与润滑油相互溶解，其溶解度顾及润滑油的种类及温度而改
10、变。,氟利昂22对金属的作用及泄漏特性与R12相同。在常温下，R22的饱和蒸汽压力与氨很接近，单位容积的制冷量也差不多，但在较低的温度下，R22的饱和蒸汽压力及单位容积制冷量都比较高，故R22较氨更适用于低温。在相同温度时，R22的饱和蒸汽压力比R12约大60%，因此，在较低温度工作时，R22比R12更好。虽然R22的价格较高，但因其上述优点，R22的应用亦日趋广泛。R22目前用于-80以上的空调、冷藏、小型活塞式制冷机和离心式制冷机中。,环保型制冷剂,R134a,R134a是一种新型无公害的制冷剂，是R12的替代工质，属于氢氟化碳化合物（H2F2C4）。,在常温下，R134a无色，轻微醚类气
11、味，不易燃。它与比R12相比分子结构更小，渗透性、腐蚀性强更强，饱和压力和水溶解性较高。与R12相比具有较相似的热物理性质，而且消耗臭氧潜能ODP和温室效应潜能GWP均很低，无毒性。在用户普遍关心的主要指标即安全性、来源可靠性和成本方面都具有较强的竞争力。,R600a,R600a是一种新型无公害的制冷剂，属于碳氢化合物，其化学名称为四氟乙烷。R600a无色微溶于水，性能稳定，价格低；润滑油仍可采用R12系统的矿物油，对系统材料无特殊要求，与水不发生化学反应，不腐蚀金属。它与R12相比，具有较相似的热物理性质，而且消耗臭氧潜能ODP和温室效应潜能GWP均很低，不足之处是R600a与空气混合，在一
12、定的浓度范围内遇明火会发生爆炸，爆炸极限为1.8%8.4%(体积比)，所以在操作时应注意安全问题。,几种制冷剂的特性,大气臭氧层为什么出现“空洞”,在地球上空的大气层中，有一平流层。基本上是由臭氧气体组成的，因此也称为臭氧层。臭氧层能大量地吸收太阳辐射中的紫外线。太阳辐射中的紫外线透过臭氧层后，只有少量照射到地面，对人畜无多大害处，却能杀伤病菌，对人类有利。但近年来，由于人类用于制造电冰箱、空调器的氟利昂制冷剂，泡沫塑料、喷雾剂中的添加剂等氯氟烃类进入大气，对臭氧层起破坏作用。氯氟烃类同臭氧发生化学反应，形成氧化氯，从而使臭氧数量减少。氯氟烃类物质的大量逸入到大气中，使臭氧层中臭氧分子大量减少
13、，部分区域甚至出现明显的稀薄。我们把臭氧层中臭氧数量明显减少的部分叫做“空洞”。“空洞”的产生，造成了这地区的太阳辐射中的紫外线到达地面数量大大增加。这将会使人类遭受危害，如使人类皮肤癌发病率提高，使生态平衡遭到破坏。所以，我们应注意对臭氧层的保护，限制生产和使用氯氟烃类物质。,制冷剂在保管和使用时的注意事项,1、盛放制冷剂的钢瓶必须经过检验，确保能承受规定的压力。,2、钢瓶外应标有明显的品名、数量、质量卡片，以防错用。,3、制冷剂钢瓶应放在阴凉处，应防止高热和太阳直晒。在搬动和使用时应轻拿轻放，禁止敲击，以防爆炸。,4、保存制冷剂，钢瓶阀门处绝对不应有慢性泄漏现象，否则会漏完制冷剂和污染环境
14、。,5、分装或充加制冷剂时，室内空气必须畅通，禁止在室内泄漏有毒的气体。如果发生严重泄漏，应立即设法通风、防止中毒。,6、分装和充加制冷剂时，要戴手套、眼镜，注意防护，以防制冷剂喷出造成人身冻伤。,7、制冷剂使用后应立即关闭控制阀，重新装上钢瓶帽盖，加以保护。,8、在检修系统时，如果需要从系统中将制冷剂抽出压入钢瓶时，钢瓶应得到充分的冷却，并严格控制注入钢瓶的重量，决不能装满，一般按钢瓶容积装60%左右为宜，使其在常温下有一定的膨胀余地，避免发生意外事故。,（1）压焓图,压-焓图是制冷技术中最常用的热力图（如下图所示）。在图中横坐标表示焓（H），纵坐标表示饱和压力，为了使图形更紧凑、实用，纵坐
15、标采用对数标尺lgp，故压-焓图又称lgp-H图。,由于压-焓图能简单直观地描述制冷剂在制冷循环中四个热力过程参量的变化，还可以利用制冷剂的压焓图，在压焓图上标出各个状态点，确定在制冷系统中制冷剂的质量流量等，故在制冷工程中得到极为广泛的应用。,确定制冷剂的质量流量为：实际冷量除以蒸发器进出口制冷剂的比焓差。,在图中，K点称为临界点。在临界温度以上，不论压力多高，都处于气态而不可能是液态；图中k-a是饱和液体线；k-b是干饱和蒸汽线。k-A和k-b将图分为三个区域；k-1左侧为液态区；k-b右侧为过热蒸汽区；k-a与k-b之间的液气共存区（湿蒸汽区），即制冷剂处于饱和液体与饱和蒸汽混和物状态。
16、图中的箭头表示参数值增加的方向。,（2）压焓简图,（3）压焓图上主要曲线的说明,在图上绘制了许多等压线（p）、等焓线（H）、饱和液线（x=0）、干饱和蒸汽线（x=1）、等温线（T）、等比容线（v）、等熵线（s）、等干度线（x）。,【例题1】已知氟利昂R12制冷剂温度t为20,绝对压力p为784.5kPa，制冷剂呈什么状态？,解：查相关附图(如上简图所示)。由于绝对压力p=784.5kPa，等压线与温度t=20的等温线相交得M点，此点位于过冷液态区，制冷剂呈过冷状态，其焓值i=437.44kJ/kg。,（4）压焓图应用,【例题2】压力为134.35kPa,质量体积(比容)为0.13m3/kg的氟
17、利昂12呈何种状态？,解：查相关附图(如上简图所示)，绝对压力p=134.35kPa,等压线AB和比容v=0.13m3/kg的等比容线CE的交点M。因为M点在过热区，所以这时R12的状态是过热蒸汽，从通过M点的等温线可读出它的温度大约是-10，可得知它的焓值大约是570.13kJ/kg。,2、冷冻油,冷冻油(润滑油)在制冷压缩机中起润滑各运动部件、减少磨损、延长使用寿命、保证压缩机正常工作的作用，它是一种深度精制的专用润滑剂。,（1）对冷冻油的基本要求,冷冻油的凝固点要低。,要有适当的粘度。,有较好的粘温性能和较高的闪点。,要有良好的化学稳定性和抗氧化安定性。,不含水及酸之类杂质，要有良好的电
18、气绝缘性能。,（2）冷冻油的种类,目前国产压缩机冷冻油分石油部标准（SYB）和企业标准二类。石油部标准有13号、18号、25号、30号四种。,25号、30号冷冻油，主要用于转速高、负荷大的新系列活塞式制冷压缩机、离心式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机。,其中，13号冷冻油又有凝点-40以下和-25两种。凝点-25的13号冷冻油主要用于蒸发温度较高的冷藏、空调制冷系统。,18号冷冻油的指标比其它牌号的冷冻油要高，主要用于对冷冻油要求较高的R12制冷压缩机，对其它制冷剂的压缩机也适用。,（3）冷冻油选用原则,（1）粘度的选择。,（2）凝点和浊点的选择。,（5）抗氧化安定性的选择。,（3）闪点的选择。,
19、（4）电气性能的选择。,总之，冷冻油的牌号是根据粘度和凝点来划分的。粘度和凝点是选择润滑油的两个标准。在选择冷冻油时，要根据制冷压缩机的种类、型式、负荷、转速、制冷剂种类和所需蒸发温度来确定粘度和凝点，而后结合其他方面的要求来确定冷冻油的牌号和种类。,3、载冷剂,空气,水,载冷剂是用来先接受制冷剂的冷量而后去冷却其它物质的媒介物质，又称冷媒。空气或水是最廉价、最易获得的载冷剂。,1、填空题（1）液体的基本状态参数有：。（2）常用温标有、；它们之间的换算关系是。（3）将40折合为华氏是，折合为绝对温度和是。（4）热量传递的方式有、和。（5）制冷剂应具备、和 等四方面的基本要求。2、选择题（1）在
20、一个标准大气压，华氏（）为纯水的冰点。（A）23（B）32（C）13（D）73（2）物质的升华是由（）。（A）气态直接变为固态（B）固态直接变为气态（C）固态直接变为液态（D）液态直接变为气态（3）温度的确定与大气（）有密切的关系。（A）密度（B）湿度（C）压力（D）流速（4）制冷剂放热液化的过程属于（）。（A）过冷（B）冷却（C）冷凝（D）凝固（5）物质处在临界状态时，此时的汽化热为（）。（A）最大值（B）最小值（C）恒定值（D）零,（6）用压力表测得的压力为（）。（A）饱和压力（B）绝对压力（C）表压力（D）临界压力（7）使制冷剂汽化的方法是（）。（A）加热或减压（B）降温或减压（C）加热
21、或升高（D）降温或升高（8）在一个标准大气压下氟利昂制冷剂中，R12、R22的沸点是（）。（A）-29.8和-48.8（B）-28.9和-40.8（C）-29.8和-40.8（D）-29.8和-48.8（9）氟利昂制冷剂中产生对大气污染的主要成分是（）。（A）氟（B）氯（C）氢（D）溴（10）以R12、R22制冷剂的制冷压缩机多采用（）冷冻油为润滑剂。（A）13号（B）18号（C）25号（D）30号3、问答题（1）简述显热与潜热的区别和联系。（2）简述蒸发与沸腾都是汽化现象。（3）热力学第二定律的实质是什么？它与第一定律有什么关系？（4）在某系统中，当真空表指示为400mmHg柱时，相应的绝对压力是多少？当绝对压力为0.2 kgf/cm2时，真空表的指示是多少帕？（5）谈谈臭氧层对人类的关系。,
