第3章 制冷剂、载冷剂和润滑油.ppt

制冷原理与装置第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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。,3.1制冷剂,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.1.1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/P0)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,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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生产工艺简单，价廉、易得。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,ts0Pc0.20.3MPa,0ts-60,0.3MPaPc2.0MPa,ts-60,注：ts为制冷剂的标准蒸发温度，即在标准大气压力下的沸腾温度,3.1.2制冷剂的种类与编号,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,无机化合物,R717,R744,R718,R7XX,无机化合物的分子量,编号,氨,二氧化碳,水,举例,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,制冷剂的编号表示方法,R22,分子式,CmHnFxClyBrzn+x+y+z=2m+2,编号,R(m1)(n+1)x(a,b)Bz,举例,二氟一氯甲烷(CHClF2),二氟二氯甲烷(CCl2F2),第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,卤代烃,碳氢化合物(烃类)不饱和碳氢化合物和卤代烯,R50,R170,R1150,R1270,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,共沸(液体)制冷剂,=R152a/R12(26.2/73.8),=R22/R115(48.8/51.2),质量百分比,举例,R500,R502,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.1.3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。氨制冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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月1日起停止生产和消费。4）R11属高温制冷剂，适用于离心式压缩机制冷系统。R11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。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,4.碳氢化合物的特性丙烷（R290）是较多采用的碳氢化合物。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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,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-ClOO2；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。,3.1.4CFCS、HCFCS的限制与替代,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。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,2000年臭氧空洞的形状,2002年臭氧空洞变形了,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,2.CFCS、HCFCS的限用与禁用,表3-3HCFC禁用时间表（发达国家）,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,表3-4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。,3.2载冷剂,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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.2.1载冷剂的作用及选用原则,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,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.2.1载冷剂的作用及选用原则,3.2.2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3盐水溶液盐水是最常用的载冷剂，由盐溶于水制成。常用的盐水主要有氯化钠水溶液和氯化钙水溶液。盐水的性质于溶液中含盐量的多少有关。特别需要指出，盐水的凝固点取决于盐水的浓度。图2-1中的曲线表示盐水溶液的凝固点与浓度的关系。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,图中曲线（实线）为氯化钠盐水的凝固曲线，曲线（虚线）为氯化钙盐水的凝固曲线。由这两条曲线可知,无论哪一种盐水，当盐水的浓度小于某一定值时，其凝固温度随浓度的增加而降低，当浓度大于这一定值以后，凝固温度随浓度的增加反而升高。此转折点称为冰盐共晶点，对应的浓度称共晶浓度。该点相当于全部盐水溶液冻结成一块冰盐结晶体，它是最低的凝固点。,氯化钠盐水：共晶点-21.2、共晶浓度22.4,氯化钙盐水：共晶点-55、共晶浓度29.9,盐水的凝固点与浓度的关系,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,在共晶点的左侧，如果盐水的浓度不变，而温度降低，当低于该浓度所对应的凝固点时，则有冰从盐水中析出，所以共晶点左面的曲线称为析冰线。当盐水的浓度超过共晶浓度时（即在共晶点的右面），如果盐水的浓度不变，而当温度降低到该浓度所对应的凝固点以下时，从溶液中析出的不再是冰而是结晶盐，因此共晶点右面的曲线称为析盐线。不同的盐水溶液其共晶点是不同的，如氯化钠盐水的共晶温度为21.2，共晶浓度为22.4；而氯化钙盐水的共晶温度为55，共晶浓度为29.9。,氯化钠盐水实线,氯化钙盐水虚线,在共晶点的左侧，如果盐水的浓度不变，而温度降低，当低于该浓度所对应的凝固点时，则有冰从盐水中析出，所以共晶点左面的曲线称为析冰线。当盐水的浓度超过共晶浓度时，即在共晶点的右面，如果盐水的浓度不变，而当温度降低到该浓度所对应的凝固点以下时，从溶液中析出的不再是冰而是结晶盐，因此共晶点右面的曲线称为析盐线。不同的盐水溶液其共晶点是不同的。氯化钠盐水的共晶温度为21.2，共晶浓度为22.4；氯化钙盐水的共晶温度为55，共晶浓度为29.9。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,氯化钠盐水实线,氯化钙盐水虚线,4有机物载冷剂常用的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3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.3润滑油,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,润滑油在制冷工程上通常称为冷冻机油，它在制冷压缩机的运行中起着重要作用。主要有如下几方面：1.起润滑作用减小机器运动部件的摩擦和磨损，延长使用寿命。2.降低温度冷冻机油在制冷压缩机内不断循环，能够带走制冷压缩机工作过程中产生的许多热量，使机器保持较低的温度，从而提高制冷压缩机的效率和使用可靠性。3.起密封作用冷冻机油在轴封及汽缸与活塞间起密封作用，防止制冷剂泄漏。4.提供卸载机构的动力带有卸载装置的制冷压缩机中，利用冷冻机油的油压作为卸载机构的动力。,3.3.1润滑油的作用,3.3.2润滑油的性能指标及选用,(一)润滑油的性能指标1.粘度粘度是润滑油的一个主要性能指标，不同制冷剂对粘度有不同要求，如R12与润滑油能相互溶解，会使润滑油粘度降低，故应选用粘度较高的润滑油。压缩机中润滑油的粘度过大和过小都不好。粘度过大会使压缩机摩擦功率和摩擦发热量增加，启动力矩增大，机器效率降低;粘度过小，则因不能建立起所需油膜而加速轴承等处的磨损。因此粘度必须适中。润滑油的粘度随温度变化而有很大变化(例如温度由50升高到100时，矿物油的粘度值降低到原来值的1/31/6)。故应选用温度对粘度影响小的润滑油。2.浊点润滑油的浊点是表示当温度降低到某一数值时，润滑油中开始析出石蜡(即润滑油变得混浊)时的温度。制冷压缩机中所使用的润滑油，其浊点应低于制冷剂的蒸发温度。特别在氟系统中，一部分润滑油溶解于制冷剂中而随制冷剂流到制冷系统各处，若油中有石蜡析出，它会积存在节流阀处引起堵塞，或积存在蒸发器的传热表面，减弱传热效果。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,3.凝固点润滑油在试验条件下，冷却到停止流动的温度，称为凝固点。用于制冷压缩机的润滑油，凝固点应越低越好。一般凝固点应低于-40。当润滑油与制冷剂互相溶解时，凝固点将会降低。4.闪点润滑油(在开口盛油器内)加热到它的蒸汽与火焰接触时，发生闪火的最低温度称为闪点。制冷压缩机所用的润滑油其闪点应比排汽温度高2535，以免引起润滑油的燃烧与结焦。通常对氨、R12和R22用的润滑油，其闪点应在160170以上。5.学稳定性及抗氧化性润滑油应具有良好的化学稳定性和抗氧化，否则在高温或金属的催化作用下，与制冷剂等接触反应，会生成焦炭、酸性物等有害物质。,第3章制冷剂、载冷剂和润滑油,6.含水量与机械杂质润滑油中不应含有水分，因为水分不但会使蒸发压力下降，蒸发温度升高，而且会加剧油的化学变化及腐