制冷原理及设备.ppt

第二章 制冷剂、载冷剂及 润滑剂 一、制冷剂的发展、应用与选用原则 二、制冷剂命名 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 四、常用制冷剂 五、载冷剂的种类、作用及选用原则 六、润滑油的功效、要求、种类及选用 一、制冷剂的发展 CO2、NH3、SO2 卤代烃（氟里昂Freon） 是链状饱和碳氢化合物的 氟、氯、溴衍生物的总称。可以分为三类： 全卤代烃，分子中只含有氯、氟、碳原子，称为 氯氟烃，简称CFCs；如R11，R12，R13等； 氢氯氟烃，分子中除氯、氟、碳原子外，还有氢 原子，简称HCFCs，如R22； 氢氟烃，分子中没有氯原子，而有氢、氟、碳原 子，简称HFCs，如R134a。 二甲基乙醚（蒸发压力有所提高） 乙醚（易燃、易爆、制取低温时蒸发压力低于 大气压） 蒙特利尔议定书 联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会 议，36个国家和10个国际组织共同签署了关于消 耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书，我国1992 年正式宣布加入修订后的蒙特利尔议定书 对于CFCs：发达国家，从1996年1月1日起完全停止 生产和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年 ； 对于HCFCs：发达国家，从1996年起冻结生产量， 2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家， 从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。 以上时间表可能还会提前。 制冷剂的替代 R22（HCFCs） R407C（HFC32/HFC125/HFC134a） R410A（HFC32/HFC125） R12（CFCs） R134a（HFCs） R600a 车用R22 CO2 制冷剂性质方面的要求： 热力学性质方面： 在工作温度范围内有合适的压力和压比； 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv比较大； 比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高 ； 等熵压缩终了温度t2不太高； 制冷剂性质方面的要求： 迁移性质方面： 粘度、密度尽量小； 热导率大； 物理化学性质方面： 无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全； 化学稳定性和热稳定性好； 对大气环境没有破坏作用； 其它方面： 原料来源广、制造工艺简单、价格便宜； 二、制冷剂命名 无机物 卤代烃 碳氢化合物 环烷烃、链烯烃的卤代物 二、制冷剂命名 国际上统一规定用字母“R”和它后面的 一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。 无机化合物：简写符号规定为R7（），括 号代表一组数字，是该无机物分子量的整 数部分；例如R717，R744等 二、制冷剂命名 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。 比较特殊的是R600和R600a。 二、制冷剂命名 非共沸混合制冷剂：简写符号为R4（）； 共沸混合制冷剂：简写符号为R5（）； 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 ； 有机氧化物、脂肪族胺：用R6开头，其后的 数字是任选的。 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 安全性 1.毒性 美国工业与环境卫生专家大会用TLVs（Threshold Limit Values）指标作为毒性指标； 美国杜邦公司用AEL（Allowable Exposure Limit ）作为毒性指标。 上述两个指标数量非常接近，如果这些指标的数 值不小于1000，则认为这种制冷剂是无毒的。 注意：虽然有些氟里昂制冷剂的毒性较低，但是 在高温或是火焰作用下会分解出极毒的光气（二 氯化碳酰，又称碳酰氯），使用时要特别注意！ 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 2.燃烧性和爆炸性 各种制冷剂的燃烧性和爆炸性差别很大。易燃的 制冷剂在空气中的含量达到一定的范围时，遇明 火就会产生爆炸。因此应尽量避免使用，万一必 须要使用，要有防火防爆安全措施。 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 3.安全分类 国际标准ISO514993和美国标准ANSIASHRAE34 -92对制冷剂的安全分类作了较大的调整，将毒性和 可燃性合在一起，规定了六个安全等级。(American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers ) 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 热稳定性 通常情况下，制冷剂因受热而发生化学分 解的温度大大高于其工作温度，因此正常 运转条件下制冷剂不会发生裂解。但在温 度较高，又有油、钢铁、铜存在长时间使 用时会发生变质甚至热解。 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 对材料的作用 碳氢化合物制冷剂对金属无腐蚀作用； 卤素化合物制冷剂与金属的作用； “镀铜”现象； 氨制冷机中对铜的特殊要求(磷青铜)； 橡胶、塑料的溶解和膨润(变软、膨胀和 起泡)作用。 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 对水的溶解性 冰堵； 形成的水合物对金属材料有腐蚀作用； 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 泄漏性 制冷机工作时不允许有制冷剂向系统外泄漏，因 此系统的运行需要经常在设备、管道的结合面 处检查有无制冷剂泄漏。 氨：依靠嗅觉；不能用肥皂水检漏；可以用 酚酞试剂或试纸检漏。 氟里昂： 用肥皂水检漏；卤素喷灯；电子 检漏仪。 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 制冷剂与大气环境 ODP（Ozone Depletion Potential） 大气臭 氧层消耗的潜能值；以R11为基准值，人 为地规定其值为1.0（或1000）； GWP（Global Warming Potential） 全球变 暖潜能；以R11为基准值，人为地规定其 值为1.0 （或1000） ； 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 三、制冷剂的物理化学性质及其应用 四、常用制冷剂 无机物 氟里昂 碳氢化合物 混合制冷剂 R717 1、无色有味可燃可爆，毒性大，对金属 无腐蚀； 2、高温能分解； 3、与水互溶； 4、与润滑油互溶性差； 5、适用于工业制冷。 R22 1、无色无味不燃不爆，毒性小，对金属 无腐蚀； 2、ODP 0.05；GWP 0.35； 3、在水中溶解度小； 4、极性分子，有膨润作用，密封采用耐 氟材料； 5、高温与润滑油互溶； 6、适用于空调、工业制冷、聚四氟乙烯 的原料、气体灭火剂1121中间体。 R134a 1、无色无味不燃不爆，毒性小，对金属无 腐蚀； 2、ODP 0.0；GWP 0.25； 3、在水中溶解度小； 4、极性分子，有膨润作用，密封采用耐氟 材料； 5、使用合成润滑油； 6、适用于冰箱、冷柜、冷水机组、聚合物 发泡、气雾剂（医用）。 温度滑移（Temperature glide） 近共沸制冷剂（Near azeotropic mixture refrigerant） 非共沸混合制冷剂 五、载冷剂 在间接冷却的制冷装置中，被冷却物质或空 间中的热量是通过一种中间介质传给制冷 剂。这种中间介质在制冷工程中称为载冷 剂或第二制冷剂。 优点：减小制冷机的充灌量；载冷剂热容大 ，易于保持恒温； 缺点：系统更加复杂；增大了被冷却对象与 制冷剂间的温差，需要较低的蒸发温度。 五、载冷剂 在工作温度下处于液态; 比热容要大; 密度小; 粘度小; 化学稳定性好; 不腐蚀管道和设备; 不燃、不爆炸、无毒、对人体无害； 价格低廉，便于获得。 五、载冷剂 水 盐水 有机化合物及其水溶液 氯化钙、氯化钠对金属材料有腐蚀作用，在 使用时一般加入缓蚀剂，调整溶液的pH值至 7.08.5，缓蚀剂一般采用重铬酸钠（ Na2Cr2O7.2H2O） 盐水 有机载冷剂 主要有乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶 液等，其中乙二醇的水溶液使用的最 为广泛。 不冻液：由乙二醇（质量分数40）， 乙醇（20），水（40）组成的三 元溶液。 冰点：64，密度：1000kgm3，比 热容：3.14kJ（kg.K），沸点：98 六、润滑油 润滑油的功效 对润滑油的要求 分类与特性 功效 保证压缩机正常运转，对压缩机的各运动部件起 润滑和冷却作用； 在摩擦面形成油膜，降低摩擦功和带走摩擦热； 防止运动部件由于发热而卡死； 对于开启式压缩机，还可以起到密闭作用； 形成油膜，防止生锈； 带走杂质和油污，清洁润滑面。 要求 在运行状态下，润滑油要有适当的粘度； 凝固点要低，低温时要有良好的流动性； 不含水分、不凝性气体和石蜡； 与制冷剂有良好的兼容性，本身有较好的热稳 定性和化学稳定性； 绝缘、耐电压要求； 价格低廉，容易获得。 分类和特性 天然矿物油：具有较小的极性，适用于极性较 小或没有极性的制冷剂 如R600a、R12； 人工合成油：一般具有较强的极性，适用于极 性较大的制冷剂 如R134a、R717。 选择 润滑油的选择主要取决于制冷剂的种类、压缩 机的形式和运转工况（蒸发温度、冷凝温度） 等，一般使用制冷机制造厂推荐的牌号。 从传热的角度出发，应选用与制冷剂互溶性好 的润滑油。 吸水性 粘度 多元醇酯：Polyol Ester (POE) 聚二醇：Polyalkylene Glycol (PAG) 烷基苯合成油：Alkybenzene （AB） 环烷基矿物油：Mineral Oil （MO） R134a：POE 、PAG R407C、R410a：POE R22：POE、AB、M