制冷原理第二章制冷剂

上节回顾相变制冷——液体汽化、固体熔化与升华；压焓图 有外功输出（等熵）绝热膨胀制冷 无外功输出（等焓）（温度随微小压力变化而变化的关系） 逆卡诺循环制冷的热力学特征 洛伦兹循环 热能驱动的制冷循环（制冷量、制冷系数、热力系数、热力完善度、热泵系数）1第二章

制冷剂、载冷剂及润滑油主讲人：郭智群2目录制冷剂概述制冷剂的物理化学性质及其应用载冷剂润滑油3制冷剂概述制冷剂：通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而达到制冷的目的只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才可能做制冷剂多数制冷剂在大气压和环境温度下呈气态乙醚二甲基乙醚二氧化碳氨气二氧化硫4制冷剂概述(1)无机化合物(2)饱和烃的卤化物(氟利昂)(3)碳氢化合物(烃类)(4)共沸制冷剂(5)非共沸制冷剂如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、异丁烷等如R502等如R407C等5制冷剂概述 卤代烃也称为氟利昂，是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。全卤代烃（氯氟烃）：分子中只有氯、氟、碳原子——CFCs

氢氯氟烃：分子中有氢、氯、氟、碳原子——HCFCs

氢氟烃：分子中只有氢、氟、碳原子——HFCsCFCs问题莫利纳罗兰6制冷剂概述 卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层，还会助长温室效应，加速全球气候变暖。 国际社会对CFCs和HCFCs物质等进行限制。我国政府于1993年批准了《中国消耗大气臭氧层物质逐步淘汰国家方案》

另一方面，各国科学家一直致力于寻找新的制冷剂。7制冷剂概述理想制冷剂要求： 1、热力学性质方面工作温度范围内有合适的压力和压力比——蒸发压力不低于大气压力；冷凝压力不要过高；冷凝压力/蒸发压力不宜过大。 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。等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化或制冷剂高温分解。8制冷剂概述 2、迁移性质方面粘度、密度尽量小——流动阻力小，充注量少；热导率大——换热系数大；

3、物理化学性质无毒、不燃烧、不爆炸，使用安全；化学稳定性和热稳定性好——不与润滑油反应，不腐蚀机件，不易高温分解；环境友好——不破坏臭氧层，没有温室效应；

4、易于获得，价格便宜9制冷剂概述较有前途的替代物仍然是氟利昂家族中的HFCs HFC134a（即R134a）替代R12 HCFC123替代R11（过渡替代物）自然物质作为替代物，如NH3、CO2、碳氢化合物等R22替代物的研究主要集中在以HFC32为基础的HFCs混合物中10制冷剂概述无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例二、制冷剂命名11制冷剂概述卤代烃及其他烷烃类R(m－1)(n+1)x(a,b…)BzR22分子式CmHnFxClyBrz

n+x+y+z

=2m+2编号同分异构体溴分子数，为0，B可省略举例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12（表2-1）12制冷剂概述3、非共沸混合制冷剂

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，蒸气成分与溶液成分不断变化，对应的温度也不断变化。举例R407cR404a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。R32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))编号R4XX13制冷剂概述4、共沸混合制冷剂 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，蒸气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。=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115(48.8/51.2)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。编号R5XX14制冷剂概述5、环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物 环烷烃及环烷烃卤代物用字母“RC”开头 链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头 其后数字排写规则与氟利昂及烷烃类符合表示中的数字排写规则相同。15目录制冷剂概述制冷剂的物理化学性质及其应用载冷剂润滑油16制冷剂的物理化学性质及其应用一、安全性1、毒性指标数值为1000或1000以上则可认为这种制冷剂是无毒的。制冷剂代号TLVs或AEL制冷剂代号TLVs或AELR600a800R231000R71725R321000R12350R221000R134a1000R744500017制冷剂的物理化学性质及其应用2、燃烧性、爆炸性 易燃的制冷剂在空气中的含量达到一定范围时，遇明火就会产生爆炸。 表2-8中表明一些制冷剂的爆炸特性。None表示不燃烧，爆炸极限表示制冷剂在空气中发生燃烧或爆炸的体积分数范围。制冷剂代号爆炸极限制冷剂代号爆炸极限R600a1.8~8.4R23NoneR71716.0~25.0R3214~31R123NoneR22NoneR134aNoneR744None18制冷剂的物理化学性质及其应用3、安全分类毒性分为A、B两级 （A——低毒性、B——高毒性）可燃性分为1、2、3三级 （1——不燃；2——低度可燃；3——高度可燃）制冷剂代号安全分类制冷剂代号安全分类R600aA3R23A1R717B2R32A2R123B1R22A1R134aA1R744A119制冷剂的物理化学性质及其应用二、热稳定性制冷剂因受热而发生化学分解的温度应大大高于其工作温度。三、对材料的作用1.烃类制冷剂对金属无腐蚀；2.氨对钢铁无腐蚀，但腐蚀铝、铜和铜合金；3.氟里昂只腐蚀镁和含镁的铝合金，但压缩机易出现镀铜现象。对金属1.氟里昂易溶解天然橡胶和树脂材料；对非金属2.氟里昂对高分子材料产生膨润作用；3.密封件要用热耐氟材料。20制冷剂的物理化学性质及其应用四、对润滑油的互溶性制冷剂与油不相溶解，可以从冷凝器或贮液器中将油分离开，避免将油带入蒸发器降低传热效果。制冷剂与油溶解会使润滑油变稀，影响润滑效果，且会影响蒸发器传热效果。五、对水的溶解性 如果制冷剂中有纯水存在时，当温度降到0℃以下时，水就会结成冰，堵塞节流阀或毛细管的通道，形成“冰堵”。 因此制冷系统中不允许有游离的水存在。21制冷剂的物理化学性质及其应用六、泄露性 氨——强烈臭气，酚酞试纸。(不可用肥皂水)

氟利昂——卤素喷灯&电子检漏仪七、制冷剂与大气环境 氟利昂制冷剂中，分子内含有氯或溴原子的制冷剂对大气臭氧层有潜在消耗能力。2223制冷剂的物理化学性质及其应用臭氧衰减指数ODP温室效应指数GWPCFC高、HCHC低、HFC为0

CFC高、HCHC和HFC低

总等效温室效应TEWI

第一部分：直接温室效应——温室气体排放、泄露或维修报废时进入大气产生的温室效应；第二部分：间接温室效应——使用这些温室气体的装置因耗能引起的二氧化碳排放所带来的温室效应。24目录制冷剂概述制冷剂的物理化学性质及其应用载冷剂润滑油25载冷剂一、载冷剂的作用及选用原则 载冷剂：也称为第二制冷剂，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。

优点：制冷系统集中，被冷却对象温度易于保持恒定；

缺点：系统复杂，增大了被冷却物和制冷剂间的温差；26载冷剂载冷剂要求(1)比热大(2)导热系数大(3)粘度低(4)凝固点与使用温度范围相适应(5)腐蚀性小(6)无毒、不燃、不爆(7)化学稳定性好(8)价格低廉27载冷剂常用载冷剂：1、水： 只能用于蒸发温度高于0℃的制冷装置。2、盐水： 可用于蒸发温度低于0℃的制冷装置，会对一些金属材料产生腐蚀。3、有机化合物及其水溶液 有较低凝固温度，但比热小，某些化合物有一定毒性。28载冷剂二、盐水盐水溶液的温度-含量图 对于低于共晶含量的溶液，随着含量增加，起始凝固温度不断降低； 对于高于共晶含量的溶液，随着含量的增加，起始凝固温度不断升高。液体冰与液体盐与液体固溶体tAA’FGEC1BCC2DtEtCtB0x1x2m1m2析冰线A-B-E析盐线G-E共晶浓度共晶点E29载冷剂三、有机载冷剂

乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液都是性能较好的低温载冷剂。 这些水溶液的冰点都比水冰点低，对管道、容器等金属材料无腐蚀作用。30目录制冷剂概述制冷剂的物理化学性质及其应用载冷剂润滑油31润滑油一、润滑油的功效 在制冷装置中，润滑油保证压缩机正常运转，对压缩机各个运动部件起润滑与冷却作用，在保证压缩机运行的可靠性和使用寿命中起着极其重要的作用。减少运动零件摩擦量，延长寿命；带走摩擦热；防止制冷剂气体泄露；清洗润画面，带走污垢；保护零件防止锈蚀；32润滑油二、对润滑油的要求 1）运行状态下，应有适当的粘度； 2）凝固点要低，在低温时有良好的流动性； 3）不含水分、不凝气体和石蜡； 4）对制冷剂有良好兼容性，具有较好热稳定性和化学稳定性； 5）绝缘耐电压要高； 6）价格低廉，容易获得；33润滑油三、分类与特性 （1）天然矿物油，简称矿物油，从石油中提取的润滑油。具有较小极性，只能溶解在极性较弱或非极性制冷剂中，如：R600a，R12等 （2）人工合成油，简称合成油，即按照特定制冷剂的要求，用人工化学的方法合成的润滑油。极性较强，能溶解在极性较强的制冷剂中，如:R134a、R717等。34润滑油 1、润滑油特性不仅受溶解在里面的制冷剂影响，还受温度影响： 随着温度的提高或制冷剂含量的增大，润滑油粘度明显下降。 2、制冷剂不可避免地要混入一些润滑油，从而给制冷剂的性能带来较大影响，进而影响整个系统的制冷性能： 图2-5中表明：随着油含量的增加，制冷剂的饱和蒸汽压大大降低。35润滑油四、润滑油的选择 取决于制冷剂的种类、压缩形式和运转工况（蒸发温度、冷凝温度）等。 首先考虑润滑油的低温性能和对制冷剂的相容性； 其次考虑润滑油的粘度；