第二章 制冷剂

第二章制冷剂制冷剂载冷剂蓄冷剂润滑剂第一节制冷剂简述一、定义二、制冷剂的分类和命名三、制冷剂对环境的影响第二节理想制冷剂一、制冷性能方面(1.热力学性质2.迁移性质方面-粘性\导热性)二、实用性方面(物理化学其它)第三节常用制冷剂一、化学分类二、制冷剂的一般分类三、常用制冷剂的特性第四节混合制冷剂第五节制冷剂的发展第六节载冷剂与蓄冷剂一、定义制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理，因而对制冷剂性质要求的了解是不容忽视的。第一节制冷剂简述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。多数制冷剂在常温和常压下呈气态。DBCA无机化合物类制冷剂氟里昂(卤代烃类制冷剂)烷烃类制冷剂混合类制冷剂分类ASHARE标准二、制冷剂的分类和命名字母“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简写符号规定为R7()()括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。注意点:为了区别分子量整数部分相同的两种或两种以上的物质,后加小写英文字母.如CO2和N2O,分别用R744和R744a表示.编写规则制冷剂的简写符号制冷剂的命名-无机物无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量（整数部分）编号氨二氧化碳水举例分子量整数部分相同加小写英文字母CO2N2OR744R744a2.氟里昂和烷烃类卤代烃和其他烷烃类：烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2；卤代烃的分子通式为CmHnFxClyBrz（n+x+y+z=2m+2），则简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)，每个括号是一个数字，该数字为零时省去不写。同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。卤代烃（氟利昂）分子式：CmHnFxClyBrz（满足2m+2=n+x+y+z）1）命名法一：R(m-1)(n+1)(x)B(z)例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------R22一溴三氟甲烷分子CF3Br--------R13B1四氟乙烷分子C2H2F4------------R134am-1=0时略z=0时与B一起略表1制冷剂符号举例化合物名称分子式m、n、x、z值简写符号一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1R11二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1R13B1二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2R22二氟甲烷CH2F2m=1,n=2,x=2R32甲烷CH4m=1,n=4,x=0R50三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3R123五氟乙烷C2HF5m=2,n=1,x=5R125四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4R134a乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R2902）命名法2：区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。CFCs——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层禁用HCFCs——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质属于过渡性物质HFCs——氢氟化碳，不含氯，无公害可作为替代物，待研究开发例：CF2Cl2——R12———CFC12CFCl3——R11———CFC11CHF2Cl——R22———HCFC22C2H2F4——R134a——HFC134a为简单定性判别制冷剂对臭氧层的破坏能力将氯氟烃类物质代号中的R改用字母CFC氢氯氟烃类物质代号中的R改用字母HCFC氢氟烃类物质代号中的R改用字母HFC碳氢化合物代号中的R改用字母HC，数字编号不变统一代号类别称代表例统一代号化学名称分子式原代号CFCs全氯氟化碳CFC—12二氯二氟甲烷CF2CL2R12HCFCs含氢氯氟化碳HCFC—22一氯二氟甲烷CHF2CLR22HFCs不含氯的氟氢化碳HFC—134a四氟乙烷C2H4F4R134aHCs不含氯的碳氢化合物HC—50甲烷CH4R50碳氢化合物(烃类)不饱和碳氢化合物和卤代烯R50R170R1150R1270编号与氟利昂编号方法相同举例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂编号方法编号举例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烃类烯烃类正丁烷和异丁烷例外，用R600和R600a(或R601)表示Ｒ290？3混合制冷剂共沸溶液制冷剂一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度溶液制冷剂非共沸溶液制冷剂一定蒸发压力下蒸发时沸点不断升高共沸制冷剂共沸(液体)制冷剂=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115(48.8/51.2)质量百分比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，蒸汽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。编号R5XX举例R500R502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。非共沸制冷剂非共沸(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，蒸汽成分与溶液成分不断变化，对应的温度也不断变化。编号R4XX举例R407cR404aR32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))简写符号为R4()()括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别氟里昂环保•离地球表面高度大约15-25km处，集中了大气中的70％的臭氧，这一层大气圈称为臭氧层。•几乎全部吸收了对人体有害的太阳紫外线，形成了地球上生物和人类生存繁衍的保护伞，是一道天然屏障。(1)臭氧层三、制冷剂对环境的影响1974年，罗兰教授和莫利纳博士在《自然》杂志上发表文章指出，紫外线照射使氯氟烃化合物分解出氯原子，与臭氧进行连锁反应，是臭氧层遭到破坏，危及人类的健康和生态平衡。CF2Cl2→CF2Cl+ClCl+O3→ClO＋O2ClO＋O→Cl＋O2•近年来，人们还发现卤代烃分子中如同时存在氢原子与氯原子，则氢原子能减弱氯原子对臭氧层的破坏。•从代号上直接反映对臭氧层破坏，将卤代烃分成CFC、HCFC、HFC、HC、及FC等五类。•CFCChloro－Fluoro－Carbon对大气臭氧层破坏最大的一类。R11(CCl3F)R12(CCl2F2)HCFC，是对大气层有一定破坏的一类，属于过渡性使用物质。R22(CHClF2)•HFC、HC、及FC均不含氯原子，不存在对臭氧层的破坏问题。R134a(CF3CHF2)R14(CF4)R290(C3H8)(2)ODP与GWP•ODP表示消耗臭氧层潜能值。•GWP表示全球变暖潜能值。•ODP及GWP值越小，则制冷剂对环境的影响越小。•ODP值小于或等于0.05和GWP值小于或等于0.5的制冷剂是可以接受。R111.0/1.0R220.04/0.32R134a0/0.25(3)制冷剂TEWI评价某种制冷剂在制冷系统运行若干年而造成对全球变暖的影响。•英文TotalEquivalentWarmingImpact的缩写，总体温室效应。•造成温室原因制冷剂泄漏所致制冷剂回收不彻底所致制冷装置耗电所致(火力发电造成的CO2排放)。•采用GWP值低的制冷剂•力求减少制冷系统的泄漏•降低制冷系统的制冷剂充注量•在制冷装置维修或废弃时提高制冷剂的回收率•提高制冷系统的COP值已降低能耗•提高火力发电厂的效率以降低单位发电量的CO2的排放(4)降低TEWI的方法作为制冷剂应符合的要求第二节理想制冷剂制冷机剂的选用准则：一，制冷性能我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大，循环的性能系数高。传热性好。二，实用性制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。三，环境可接受性应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制冷剂的臭氧破坏指数必须为0，温室效益指数应尽可能小。作为制冷剂应符合的要求一、制冷性能方面1.热力学性质方面－温度、压力、耗功、制冷量2.迁移性质方面-粘性\导热性二、实用性方面1.物理化学性质方面(1).安全性①毒性②燃爆性③泄漏性(2).热稳定性(3).化学稳定性（材料的适应性）①对金属和非金属材料②.与润滑油的互溶性③.与水的溶解性(4).电绝缘性２.其它，价格低廉，便于获得等三、环保性能方面1.热力学性质方面作为制冷剂应符合的要求一、制冷性能方面制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数p,T,v,h,s之间的关系，还有与比热c，绝热指数k，音速α等的关系。这些热力性质是物质固有的，一般由试验和热力学微分方程求得，然后绘制成热力性质图表。工程计算使用时，可利用相应的图和表查取所需的热力参数值，也可以根据制冷剂热力性质的数学模型，利用计算机计算出。在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。制冷剂的工作温度范围较广，且能在此范围内安全、高效地运行(1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和蒸汽压力曲线可以描述这种关系。制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，用ts表示。制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。ts越低的制冷剂,能够达到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标准蒸发温度高的制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又属于低压工质；低温工质又属于高压工质。制冷剂的饱和蒸汽压力－温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。(2)临界温度临界温度是物质在临界点状态时的温度。它是制冷剂不可能加压液化的最低温度，即在该温度以上，即使再怎样提高压力，制冷剂也不可能由气体变成液体。对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的。另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度tk超过制冷剂的临界温度，则无法凝结；若略低于，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。(3)凝固温度要低(4)压缩终温相同吸气温度下,制冷剂等熵压缩的终了温度与其绝热指数k和压力比有关。是实际制冷机中必须考虑的一个安全性指标。若制冷剂的过高，有可以引起它自身在高温下分解、变质；并造成机器润滑条件恶化、润滑油结焦，甚至出现拉缸故障.与制冷剂气体的比热容有关。重分子的低；轻分子的高。在氟里昂制冷剂中，乙烷的衍生物比甲烷的衍生物低。事实,许多乙烷衍生物饱和蒸汽等熵压缩过程线进入两相区（即与相同），为了避免湿压缩，还必须设法使低压蒸汽过热后再压缩。常用的中温制冷剂R717和R22，其排气温度较高，需要在压缩过程中采取冷却措施，以降低；而R12，R502，R134a，R152a的较低，它们在全封闭式压缩机中使用，要比用R22好得多。热力学性质要求1）具有较大的制冷工作范围：临界温度高、大气压下蒸发温度低、凝固温度低。2）具有适当的工作压力和压缩比：蒸发压力：接近且稍高于大气压力，避免空气渗入。冷凝压力：不宜过高，减少系统承压和泄漏。一般pk≤1.2～1.5Mpa。压缩比：≠3，且不宜过大。3）单位质量制冷量q0要大：获取相同的制冷量时，可减少制冷剂的循环量。4)单位体积制冷量qv要大：压缩机尺寸小，设备小，可减少材料消耗和投资。5）绝热指数低：可减少耗功率