_第二章制冷剂.

第二章制冷剂与载冷剂主讲教师：龚伟申苏州大学阳澄湖校区空气调节用制冷技术主要内容2.1制冷剂的作用与发展历史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制冷剂的作用与发展历史（1）作用：制冷剂：制冷装置中进行循环制冷的工作物质。（2）发展历史1834年乙醚1866年威德豪森(Windhausen)提出使用CO21870年卡尔林德(CartLinde)用NH3作制冷剂1874年拉乌尔皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷剂1955年氟里昂（CmHnFxClyBrz）目前替代工质的发展2.1制冷剂的作用与发展历史从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段：第一阶段，从1830年至1930年，主要采用NH3、HC、SO2、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，主要出安全代表性的考虑。尽管使用了百年之久，当出现了CFC和HCFC制冷剂后，还是当机立断，实现了重大的第一次转轨。第二阶段，从1930年到1990年，主要用CFC和HCFC制冷剂。使用了60年后，人们认识到这些制冷剂对环境有害，并且出于环保的需要开始寻找代替品。第三阶段，从1990年至今，进入以HFC制冷剂为主的时期。我国已于2010年1月1日起全面禁用氟利昂类物质。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）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＜-60℃，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(分子量）例：（NH3)R717、(CO2)R7442.氟里昂（1）分子式CmHnFxClyBrz2.2制冷剂的分类及命名(2)命名R(m-1)(n+1)(x)B(z)CmHnFxClyBrz(3)分类a卤代烃(CFCs)仅包含C、F、Cl原子例：R12b氟烃类(HCFCs)包含H、C、F、Cl原子例：R22c氢氟烃类(HFCs)包含H、F、C原子例：R134A2.2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HCFC223.烷烃类(1)分子式CmH2m+2(2)命名其规则等同于氟里昂R(m-1)(n+1)(x)B(z)CmHnFxClyBrz2.2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2.2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1.对环境的影响臭氧衰减指数ODP（OzoneDepletionPotential）温室指数GWP(GlobalWarmingPotential)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）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。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/T7778-2001）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℃、101kPa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％的空气环境中燃烧下极限不大于0.1kg/m3，或者其燃烧热大于19000kJ/kg。燃烧性毒性低毒性高毒性不可燃A1B1燃烧性A2B2爆炸性A3B32.3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℃。2.3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”。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（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、R113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。等熵压缩的终了温度不能太高，以免润滑条件恶化(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。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）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“膨润作用”；(4)融水性极差；(5)遇明火易分解；(6)价格昂贵；(7)易泄漏，无味不易察觉2.4常用制冷剂2.R12(CFC12)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5.R134a(HFC134a)沸点：－26.5℃凝固点：－101℃适用范围：替代R226.R123(HCFC123)沸点：27.9℃凝固点：－107℃适用范围：替代R112.4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（3）便宜（4）易燃、易爆2.丙烷（R290）沸点：－42.2℃，凝固温度：－197.1℃对臭氧层完全没有破坏，并且温室效应亦非常小，实属当今最环保的制冷剂用于替代R22、R502制冷剂使用在低温制冷设备中；由于R290易燃，通常只用于充液量较少的低温制冷设备中，或者作为低温混配冷媒的一种组分；R290与传统的润滑油兼容。R-290制冷剂钢瓶为带压容器，且易燃易爆，储存时应远离火种、热源、避免阳光直接曝晒，通常储放于阴凉、干燥和通风的仓库内；搬运时应轻装、轻卸，防止钢瓶以及阀门等附件破损。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，制冷剂蒸发潜热大，冷却能力强；流动性能好，输送压力低，耗电量低，负载温度回升速度慢。R600a制冷剂与各种压缩机润滑油兼容。（注：R600a在制冷系统中含量不足时，会造成压力值过大，机器声音异常，压缩机寿命缩短）主要用作超低温致冷剂，与F22组成的制冷系统用于-80～-120℃的超低温制冷装置。也用作泡沫塑料的发泡剂,作制冷剂替代R12。4.甲烷（R50）沸点：－165.6℃适用范围：－150℃左右2.4常用制冷剂五、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