制冷原理第二章制冷劑

上節(jié)回顧相變制冷——液體汽化、固體熔化與升華；壓焓圖 有外功輸出（等熵）絕熱膨脹制冷 無外功輸出（等焓）（溫度隨微小壓力變化而變化的關(guān)系） 逆卡諾循環(huán)制冷的熱力學(xué)特征 洛倫茲循環(huán) 熱能驅(qū)動的制冷循環(huán)（制冷量、制冷系數(shù)、熱力系數(shù)、熱力完善度、熱泵系數(shù)）1第二章

制冷劑、載冷劑及潤滑油主講人：郭智群2目錄制冷劑概述制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用載冷劑潤滑油3制冷劑概述制冷劑：通過自身熱力狀態(tài)的變化與外界發(fā)生能量交換，從而達(dá)到制冷的目的只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才可能做制冷劑多數(shù)制冷劑在大氣壓和環(huán)境溫度下呈氣態(tài)乙醚二甲基乙醚二氧化碳氨氣二氧化硫4制冷劑概述(1)無機化合物(2)飽和烴的鹵化物(氟利昂)(3)碳?xì)浠衔?烴類)(4)共沸制冷劑(5)非共沸制冷劑如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、異丁烷等如R502等如R407C等5制冷劑概述 鹵代烴也稱為氟利昂，是鏈狀飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴衍生物的總稱。全鹵代烴（氯氟烴）：分子中只有氯、氟、碳原子——CFCs

氫氯氟烴：分子中有氫、氯、氟、碳原子——HCFCs

氫氟烴：分子中只有氫、氟、碳原子——HFCsCFCs問題莫利納羅蘭6制冷劑概述 鹵代烴中的氯原子會破壞大氣臭氧層，還會助長溫室效應(yīng)，加速全球氣候變暖。 國際社會對CFCs和HCFCs物質(zhì)等進(jìn)行限制。我國政府于1993年批準(zhǔn)了《中國消耗大氣臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案》

另一方面，各國科學(xué)家一直致力于尋找新的制冷劑。7制冷劑概述理想制冷劑要求： 1、熱力學(xué)性質(zhì)方面工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比——蒸發(fā)壓力不低于大氣壓力；冷凝壓力不要過高；冷凝壓力/蒸發(fā)壓力不宜過大。 單位制冷量q0和單位容積制冷量qv比較大。

比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。等熵壓縮的終了溫度t2不太高，以免潤滑條件惡化或制冷劑高溫分解。8制冷劑概述 2、遷移性質(zhì)方面粘度、密度盡量小——流動阻力小，充注量少；熱導(dǎo)率大——換熱系數(shù)大；

3、物理化學(xué)性質(zhì)無毒、不燃燒、不爆炸，使用安全；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好——不與潤滑油反應(yīng)，不腐蝕機件，不易高溫分解；環(huán)境友好——不破壞臭氧層，沒有溫室效應(yīng)；

4、易于獲得，價格便宜9制冷劑概述較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（過渡替代物）自然物質(zhì)作為替代物，如NH3、CO2、碳?xì)浠衔锏萊22替代物的研究主要集中在以HFC32為基礎(chǔ)的HFCs混合物中10制冷劑概述無機化合物R717R744R718R7XX無機化合物的分子量編號氨二氧化碳水舉例二、制冷劑命名11制冷劑概述鹵代烴及其他烷烴類R(m－1)(n+1)x(a,b…)BzR22分子式CmHnFxClyBrz

n+x+y+z

=2m+2編號同分異構(gòu)體溴分子數(shù)，為0，B可省略舉例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12（表2-1）12制冷劑概述3、非共沸混合制冷劑

由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成。在定壓下氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分不斷變化，對應(yīng)的溫度也不斷變化。舉例R407cR404a已經(jīng)商品化的非共沸混合物，依應(yīng)用先后在400序號中順次地規(guī)定其識別編號。R32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))編號R4XX13制冷劑概述4、共沸混合制冷劑 由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成，在氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分始終保持相同；在既定壓力下，發(fā)生相變時對應(yīng)的溫度保持不變。=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115(48.8/51.2)舉例R500R502已經(jīng)商品化的共沸混合物，依應(yīng)用先后在500序號中順次地規(guī)定其識別編號。編號R5XX14制冷劑概述5、環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它們的鹵代物 環(huán)烷烴及環(huán)烷烴鹵代物用字母“RC”開頭 鏈烯烴及鏈烯烴的鹵代物用字母“R1”開頭 其后數(shù)字排寫規(guī)則與氟利昂及烷烴類符合表示中的數(shù)字排寫規(guī)則相同。15目錄制冷劑概述制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用載冷劑潤滑油16制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用一、安全性1、毒性指標(biāo)數(shù)值為1000或1000以上則可認(rèn)為這種制冷劑是無毒的。制冷劑代號TLVs或AEL制冷劑代號TLVs或AELR600a800R231000R71725R321000R12350R221000R134a1000R744500017制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用2、燃燒性、爆炸性 易燃的制冷劑在空氣中的含量達(dá)到一定范圍時，遇明火就會產(chǎn)生爆炸。 表2-8中表明一些制冷劑的爆炸特性。None表示不燃燒，爆炸極限表示制冷劑在空氣中發(fā)生燃燒或爆炸的體積分?jǐn)?shù)范圍。制冷劑代號爆炸極限制冷劑代號爆炸極限R600a1.8~8.4R23NoneR71716.0~25.0R3214~31R123NoneR22NoneR134aNoneR744None18制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用3、安全分類毒性分為A、B兩級 （A——低毒性、B——高毒性）可燃性分為1、2、3三級 （1——不燃；2——低度可燃；3——高度可燃）制冷劑代號安全分類制冷劑代號安全分類R600aA3R23A1R717B2R32A2R123B1R22A1R134aA1R744A119制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用二、熱穩(wěn)定性制冷劑因受熱而發(fā)生化學(xué)分解的溫度應(yīng)大大高于其工作溫度。三、對材料的作用1.烴類制冷劑對金屬無腐蝕；2.氨對鋼鐵無腐蝕，但腐蝕鋁、銅和銅合金；3.氟里昂只腐蝕鎂和含鎂的鋁合金，但壓縮機易出現(xiàn)鍍銅現(xiàn)象。對金屬1.氟里昂易溶解天然橡膠和樹脂材料；對非金屬2.氟里昂對高分子材料產(chǎn)生膨潤作用；3.密封件要用熱耐氟材料。20制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用四、對潤滑油的互溶性制冷劑與油不相溶解，可以從冷凝器或貯液器中將油分離開，避免將油帶入蒸發(fā)器降低傳熱效果。制冷劑與油溶解會使?jié)櫥妥兿。绊憹櫥Ч?，且會影響蒸發(fā)器傳熱效果。五、對水的溶解性 如果制冷劑中有純水存在時，當(dāng)溫度降到0℃以下時，水就會結(jié)成冰，堵塞節(jié)流閥或毛細(xì)管的通道，形成“冰堵”。 因此制冷系統(tǒng)中不允許有游離的水存在。21制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用六、泄露性 氨——強烈臭氣，酚酞試紙。(不可用肥皂水)

氟利昂——鹵素噴燈&電子檢漏儀七、制冷劑與大氣環(huán)境 氟利昂制冷劑中，分子內(nèi)含有氯或溴原子的制冷劑對大氣臭氧層有潛在消耗能力。2223制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用臭氧衰減指數(shù)ODP溫室效應(yīng)指數(shù)GWPCFC高、HCHC低、HFC為0

CFC高、HCHC和HFC低

總等效溫室效應(yīng)TEWI

第一部分：直接溫室效應(yīng)——溫室氣體排放、泄露或維修報廢時進(jìn)入大氣產(chǎn)生的溫室效應(yīng)；第二部分：間接溫室效應(yīng)——使用這些溫室氣體的裝置因耗能引起的二氧化碳排放所帶來的溫室效應(yīng)。24目錄制冷劑概述制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用載冷劑潤滑油25載冷劑一、載冷劑的作用及選用原則 載冷劑：也稱為第二制冷劑，在間接制冷系統(tǒng)中用以傳遞冷量的中間介質(zhì)。 在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設(shè)備中吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量，然后返回蒸發(fā)器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環(huán)不止，以達(dá)到連續(xù)制冷的目的。

優(yōu)點：制冷系統(tǒng)集中，被冷卻對象溫度易于保持恒定；

缺點：系統(tǒng)復(fù)雜，增大了被冷卻物和制冷劑間的溫差；26載冷劑載冷劑要求(1)比熱大(2)導(dǎo)熱系數(shù)大(3)粘度低(4)凝固點與使用溫度范圍相適應(yīng)(5)腐蝕性小(6)無毒、不燃、不爆(7)化學(xué)穩(wěn)定性好(8)價格低廉27載冷劑常用載冷劑：1、水： 只能用于蒸發(fā)溫度高于0℃的制冷裝置。2、鹽水： 可用于蒸發(fā)溫度低于0℃的制冷裝置，會對一些金屬材料產(chǎn)生腐蝕。3、有機化合物及其水溶液 有較低凝固溫度，但比熱小，某些化合物有一定毒性。28載冷劑二、鹽水鹽水溶液的溫度-含量圖 對于低于共晶含量的溶液，隨著含量增加，起始凝固溫度不斷降低； 對于高于共晶含量的溶液，隨著含量的增加，起始凝固溫度不斷升高。液體冰與液體鹽與液體固溶體tAA’FGEC1BCC2DtEtCtB0x1x2m1m2析冰線A-B-E析鹽線G-E共晶濃度共晶點E29載冷劑三、有機載冷劑

乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液都是性能較好的低溫載冷劑。 這些水溶液的冰點都比水冰點低，對管道、容器等金屬材料無腐蝕作用。30目錄制冷劑概述制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用載冷劑潤滑油31潤滑油一、潤滑油的功效 在制冷裝置中，潤滑油保證壓縮機正常運轉(zhuǎn)，對壓縮機各個運動部件起潤滑與冷卻作用，在保證壓縮機運行的可靠性和使用壽命中起著極其重要的作用。減少運動零件摩擦量，延長壽命；帶走摩擦熱；防止制冷劑氣體泄露；清洗潤畫面，帶走污垢；保護(hù)零件防止銹蝕；32潤滑油二、對潤滑油的要求 1）運行狀態(tài)下，應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼扯龋?2）凝固點要低，在低溫時有良好的流動性； 3）不含水分、不凝氣體和石蠟； 4）對制冷劑有良好兼容性，具有較好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性； 5）絕緣耐電壓要高； 6）價格低廉，容易獲得；33潤滑油三、分類與特性 （1）天然礦物油，簡稱礦物油，從石油中提取的潤滑油。具有較小極性，只能溶解在極性較弱或非極性制冷劑中，如：R600a，R12等 （2）人工合成油，簡稱合成油，即按照特定制冷劑的要求，用人工化學(xué)的方法合成的潤滑油。極性較強，能溶解在極性較強的制冷劑中，如:R134a、R717等。34潤滑油 1、潤滑油特性不僅受溶解在里面的制冷劑影響，還受溫度影響： 隨著溫度的提高或制冷劑含量的增大，潤滑油粘度明顯下降。 2、制冷劑不可避免地要混入一些潤滑油，從而給制冷劑的性能帶來較大影響，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的制冷性能： 圖2-5中表明：隨著油含量的增加，制冷劑的飽和蒸汽壓大大降低。35潤滑油四、潤滑油的選擇 取決于制冷劑的種類、壓縮形式和運轉(zhuǎn)工況（蒸發(fā)溫度、冷凝溫度）等。 首先考慮潤滑油的低溫性能和對制冷劑的相容性； 其次考慮潤滑油的粘度；