第2讲-制冷剂种类分解.ppt

2.2制冷剂种类制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作介质，又称工质。我们就是利用制冷剂的热力状态的变化（吸热、绝热压缩、放热和节流膨胀）来实现制冷的。目前常用的制冷剂有下列几类：,2.2.1卤代烷卤代烷是饱和碳氢化合物（烷烃）的卤族（F、Cl、Br）衍生物，也就是说用三种卤素（F、Cl、Br）之中的一种或多种原子取代饱和碳氢化合物中的氢原子所得的化合物，其中氢原子可以有（HCFC类制冷剂），也可以没有（CFC类制冷剂）。如：二氟二氯甲烷（CCl2F2）R12CFC类制冷剂;二氟一氯甲烷（CHClF2）R22HCFC类制冷剂,制冷剂都规定一识别的编号，以取代其化学名称、分子式或商业名称。国际上通用的编号法则是采用ASHRAE（美国供热、制冷和空调工程师学会）规定的编号法。卤代烷的化学通式为由于饱和碳氢化合物为CmH2m+2，因此有,氟利昂的编号RabcBdd=s（s=0时，省去Bd）c=q（F原子数）b=n+1a=m-1（a=0时，省略）,由于乙烷的卤化物有同分异构体，如和都是四氟乙烷，分子量相同，但结构不同，它们的编号根据碳原子团的原子量不对称性进行区分。前者两个碳原子团的原子量对称，则用R134表示；后者不对称较大，则用R134a表示。,2.2.2无机化合物如NH3、水、空气、CO2等。它们的代号中R后第一个数字为7，其后的数字是化合物分子量的整数部分。NH3R717水R718空气R729CO2R744,2.2.3饱和碳氢化合物（烷烃）甲烷、乙烷、丙烷等编号同卤代烷。CH4R50C2H6R170C3H8R290注意F原子数为0时不可省略。丁烷以后按600序号依次编号，如丁烷C4H10R600。,2.2.4不饱和碳氢化合物及卤代烯烯烃是不饱和碳氢化合物中的一类，有乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）。烯烃分子里的氢原子被卤素（氟、氯、溴）原子取代后生成的化合物称为卤代烯。编号是在RabcBd前加1，即R1abcBd。如C2H4R1150C3H6R1270C2H2Cl2R1130注意F原子数为0时不可省略。,2.2.5共沸混合物两种或多种组分按一定比例掺合在一起的混合物，在一定压力下平衡的液相和气相的组分相同，且保持恒定的沸点，这样的混合物称为共沸混合物。共沸混合物可以由组分制冷剂的编号和质量百分比来表示。如R22/R12（75/25）R501R500R12/R152a（73.8/26.2）R502R22/R115(48.8/51.2)R503R23/R13(40.1/59.9),2.3制冷剂的热力参数图表要进行制冷循环的热力计算，就必须知道各热力过程以及热力过程中热量、功量变化与状态参数（p，t，v）和热力参数（h，s）之间的关系。对于目前常用的制冷剂，这些参数之间的关系已经通过实验建立了数学模型。但在实际计算中用这些数学模型十分不方便。因此，为了计算方便，人们制成各种表和图来表示制冷剂状态参数、热力参数的关系。,2.3.1目前常用的表制冷剂饱和液体和蒸气热力性质表饱和温度（），饱和压力（a）饱和液体的比容（/）比焓（/）比熵/（）饱和蒸气的比容（/）比焓（/）比熵/（）汽化潜热（/）。,2.过热蒸气热力性质表该表给出了不同压力下，t、v、h、s之间的关系。除p外，只要知道t、v、h、s中的任何一参数，便可确定其余参数。,2.3.2常用的制冷剂热力性质图1T-s图（温熵图）常用T-s图对制冷循环进行分析，它比较直观，分析问题很方便。,2.压-焓图（lgp-h图）主要用于制冷循环的热力计算。,2.4制冷量与制冷系数2.4.1制冷量制冷量是指制冷机（或制冷系统）单位时间内从被冷却物体或空间中提取的热量，即制冷机中蒸发器所吸取的热量。制冷量用来度量制冷机（或制冷系统）的制冷能力（制冷容量）的大小。制冷量用表示。单位：国际单位制W，kW；工程单位制kcal/h；英制英热单位/小时（Btu/h）,在一些国家中，制冷量还经常用“冷吨”（Rt）单位。冷吨是指吨0的水在24小时内凝固成0的冰所需提出的热量。由于质量单位吨不同，因此冷吨所表示的制冷量大小也不同。1美国冷吨=3517W1日本冷吨=3861W,制冷剂质量流量（制冷剂的循环量），表示制冷剂的循环速率（kg/s，kg/h）。每kg制冷剂的制冷量（1kg制冷剂在蒸发器中汽化所吸收的热量），称为单位质量制冷量，J/kg，kJ/kg。而且有,2.4.2制冷系数用制冷系数（又称性能系数）来衡量制冷机的能量消耗，制冷系数的定义为制冷系数中的功率，如无特殊说明，一般指压缩机消耗的功率。制冷系数是一个无因次量，它表示了每消耗1kW的能量可以获得kW的制冷量。,2.5理想制冷循环逆卡诺循环,这说明制冷机的制冷系数一般都小于只有当所有热力过程都是可逆时，上式的等号才成立。这即是最大的制冷系数,四个工作过程（T，Q，W的变化）1-2绝热压缩过程，在绝热压缩机1中完成，制冷剂的温度由T1升高到T2，与外界无热量交换（Q=0），但W10（外界对制冷剂作功）。2-3等温压缩过程，在等温压缩机2中完成，制冷剂向高温热源放出热量Q2，W20。3-4绝热膨胀过程，在绝热膨胀机3中完成，制冷剂温度由T2降到T1，Q=0，W30（膨胀时对外作功）。4-1等温膨胀过程，在等温膨胀机4中完成，W40，同时从低温热源中吸取热量Q1。,这就是逆卡诺循环制冷机的制冷系数，逆卡诺循环可以实现最大的制冷系数。,逆卡诺循环制冷机的特点：1所有过程都是在可逆条件下进行的。传热都是在无温差条件下进行的；所有的压缩、膨胀，制冷剂的流动等过程均无摩擦，内部无涡流或扰动。2逆卡诺循环的制冷系数只与T1和T2有关，而与制冷剂无关。3在T1和T2之间的制冷循环中，逆卡诺循环的制冷系数最大。4逆卡诺循环的制冷系数随着T1的升高或T2降低而增加，并可证明，T1对制冷系数的影响比T2大。,1-2绝热压缩过程，在绝热压缩机中完成，制冷剂温度由Te（T1）升高到Tc（T2），压缩机消耗功Wc，与外界无热量交换。2-3等压等温的凝结过程，在冷凝器中完成，制冷剂向冷却剂放出冷凝热量Qc，与外界无功量交换。3-4绝热膨胀过程，在绝热膨胀机中完成，制冷剂温度由Tc（T2）下降到Te（T1），膨胀获得功We，与外界无热量交换。4-1等压等温的汽化过程，在蒸发器中完成，制冷剂从被冷却介质中吸取热量Qe（制冷量）。,制冷系数制冷机消耗的净功,实际上蒸气压缩式制冷采用逆卡诺循环的困难很多，主要有：无温差传热，就意味着有无限大的传热面积。所以实际循环只能使蒸发温度低于被冷却介质的温度（TeT1），冷凝温度高于冷却剂的温度（TcT2）。压缩过程在湿蒸气区中进行的危害性很大。在湿蒸气区的压缩称湿压缩。由于液体的不可压缩性，湿压缩可能会引起液击现象而损坏压缩机；另外，湿压缩过程的质量损失和能量损失都比较大。状态点1难于控制。膨胀机实际上益处不大。,2.6蒸气压缩式制冷的饱和循环2.6.1饱和循环几项改进措施：有传热温差的制冷循环，TeT1，TcT2；用干压缩代替湿压缩，1点为饱和蒸气；取消膨胀机，用膨胀阀代替膨胀机。,1-2过热蒸气区中的绝热压缩过程，压力由pe提高到pc，压缩后的排汽温度T2Tc。2-3冷凝器中的等压冷却和凝结过程，其中2-2是由过热蒸气等压冷却到饱和蒸气的过程，温度由T2降到Tc，2-3是等压下的凝结过程，温度保持不变，凝结到饱和液体。3-4膨胀阀中的节流过程。由于节流过程与外界无功量传递，膨胀阀与外界的传热量也很小，可以认为是绝热的，则根据稳定流动能量方程式，节流前后的比焓相等（34）。节流后压力由pc降到pe，温度由Tc降到Te。4-1蒸发器的等压汽化过程，由湿蒸气蒸发到饱和蒸气，温度保持不变。,2.6.2饱和循环与外界的功量与热量的交换1.蒸发器4-1是等压过程与外界无功量交换蒸发器的制冷量为：单位质量制冷量,单位容积制冷量即每m3制冷剂蒸气的制冷量。单位容积制冷量的定义为制冷剂在被吸入压缩机前的容积流量，m3/s，制冷剂被吸入压缩机前的比容，简称吸气比容，m3/kg。,2.冷凝器2-3为等压过程与外界无功量交换冷凝热量冷凝器负荷单位质量冷凝热量，kJ/kg,3.压缩机