鐵道車輛制冷原理

第三章制冷原理預(yù)備知識一、制冷的定義1、現(xiàn)實例子：冷藏運輸、空調(diào)房間、風(fēng)扇等。2、定義：用一定的方法，使物體或空間的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并使其維持在某一溫度范圍內(nèi)，這個過程稱為制冷。3、問題A：日常生活中我們都有這樣的疑問—怎樣才能制冷呢?

在客車或保溫車上，若要使室內(nèi)的溫度低于環(huán)境溫度，必須不斷地將室中的熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境介質(zhì)中去。但是，從熱力學(xué)角度知道，熱量不會自動地從低溫?zé)嵩匆葡蚋邷責(zé)嵩础?、問題B：熱量是否可以從低溫?zé)嵩匆葡蚋邷責(zé)嵩茨?？回答是肯定的。但必須用專門的制冷裝置來完成。第三章制冷原理

二、冷源（是實現(xiàn)制冷的媒介）1、天然冷源：深井水、天然冰或空間的空氣等。2、人造冷源：冷板、半導(dǎo)體、蒸氣壓縮式等。三、制冷方法1、天然制冷：指用天然冷源進行的制冷。2、人工制冷：指利用人工方法制造一個低溫冷源。人工制冷的方法從原理上分為兩種：（1）利用制冷劑在相變過程中的吸熱實現(xiàn)制冷如蒸氣壓縮式制冷、干冰制冷、冷板制冷、液化氣體制冷等。第三章制冷原理（2）利用溫差電效應(yīng)的半導(dǎo)體制冷

熱電制冷(亦稱溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或電子制冷)是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的制冷方法，它利用塞貝克效應(yīng)的逆反應(yīng)——珀爾帖效應(yīng)的原理達到制冷目的。

低溫（吸熱）高溫（放熱）鐵+_銅

第三章制冷原理塞貝克效應(yīng)

就是在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩點間產(chǎn)生一個電勢差——接觸電動勢。同時閉合線路中就有電流流過，稱為溫差電流。反之，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電，就會使一個接點變冷，一個變熱，這稱為珀爾貼效應(yīng)，亦稱溫差電現(xiàn)象。第三章制冷原理第三章制冷原理

半導(dǎo)體制冷設(shè)備的特點及應(yīng)用：不用制冷劑；無機械傳動部分；冷卻速度和制冷溫可任意調(diào)節(jié)；可將冷熱端互換；體積和功率都可做得很小。半導(dǎo)體制冷的用途：

方便的可逆操作；家用冰箱，或小型低溫冰箱；低溫醫(yī)療器具；可冷卻儀器；零點儀（用來保證熱電偶測溫中的零點溫度）。（3）基本熱電偶當(dāng)今制冷方式中最常見的是蒸氣壓縮式制冷。下面做重點介紹。第三章制冷原理第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷機的工作原理和理論循環(huán)一、蒸氣壓縮式制冷（單級）1、實質(zhì)：利用制冷劑的相變實現(xiàn)熱量交換。（解釋“相變”的含義）2、回答前述問題B

關(guān)鍵句：“用一定的方法”。對于本制冷方法來說，為實現(xiàn)制冷，付出的代價是：壓縮機消耗一定的壓縮功。再深一步分析，便是消耗一定的電能，符合功能轉(zhuǎn)換定理及能量守恒定律。第三章制冷原理3、制冷示意圖第三章制冷原理第三章制冷原理4、制冷原理

制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量而汽化為低溫低壓的蒸氣后被壓縮機吸入，壓縮機消耗一定的機械功將制冷劑蒸氣壓縮成高溫高壓的蒸氣排入冷凝器，在冷凝器內(nèi)被環(huán)境（或水）冷卻，放出熱量而被冷凝成液體。由于制冷劑液體溫度還高于環(huán)境介質(zhì)溫度，必須將其溫度降低到低于冷藏室的溫度才能送入蒸發(fā)器。為此，先讓高溫高壓的制冷劑液體經(jīng)過膨脹節(jié)流閥節(jié)流降壓，同時溫度也降低，然后，再進入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑又吸收被冷卻物體的熱量，蒸發(fā)成低溫低壓的蒸氣重新被壓縮機吸入，如此周而復(fù)始地實現(xiàn)制冷循環(huán)。第三章制冷原理5、總結(jié)制冷過程

由制冷原理可知：蒸發(fā)器工作于低溫環(huán)境，冷凝器工作于高溫環(huán)境，整個制冷過程由4個環(huán)節(jié)組成，即壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)。6、基本結(jié)構(gòu)

通過上面的講述，對于蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的組成應(yīng)該很清楚了。它由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、節(jié)流閥以及一系列的制冷管路和閥門等組成。第三章制冷原理7、制冷系統(tǒng)各部件的主要用途壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓高溫的制冷劑液體

得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷第三章制冷原理8、制冷劑的變化過程（flash）第三章制冷原理二、蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)為便于分析，只討論作了某些簡化的蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)。1、單級理論循環(huán)建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上：（1）壓縮過程為等熵過程，即壓縮過程不存在任何不可逆損失；（2）在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度Tk等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度T0等于被冷卻介質(zhì)的溫度，且二者都是定值；第三章制冷原理（3）離開蒸發(fā)器和進入壓縮機的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體；（4）制冷劑在管道內(nèi)流動無流動阻力損失，忽略動能變化，除蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的管子外，制冷劑與管外介質(zhì)之間無熱交換；（5）制冷劑在流過節(jié)流裝置時，流速變化很小，可忽略不計，且與外界環(huán)境無熱交換。第三章制冷原理第三章制冷原理解讀壓焓圖一點：臨界點C三區(qū)：液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)。五態(tài)：過冷液狀態(tài)、飽和液狀態(tài)、濕蒸氣狀態(tài)、飽和蒸氣狀態(tài)、過熱蒸氣狀態(tài)。八線：等壓線p（水平線）等焓線h（垂直線）飽和液線x=0，飽和蒸氣線x=1，無數(shù)條等干度線x等熵線s等比體積線v等溫線t液相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)2、理論循環(huán)過程在T-S圖和P-h圖上的表示蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

顯然，壓縮機和膨脹閥把整個循環(huán)分成高壓和低壓兩部分：高壓為PK，低壓為P0，節(jié)流時假設(shè)無任何阻力損失。為保證精確，常使用lgP-h圖。第三章制冷原理（1）制冷壓縮機壓縮過程（2）制冷壓縮機冷凝過程

（3）制冷壓縮機膨脹過程

（4）制冷壓縮機蒸發(fā)過程

理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示

第三章制冷原理

③結(jié)論：r0q0

。r0和x5與制冷劑的種類有關(guān)，且x5還與節(jié)流膨脹前后的溫度范圍有關(guān)。其值越大，節(jié)流前后產(chǎn)生的蒸氣就越多，x5的數(shù)值就越大。3、熱力經(jīng)濟性能指標(biāo)的計算（1）單位制冷量②計算：q0=h1-h5=h1-h4

（kJ/kg）①定義：每kg制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量，用q0表示?；騫0=r0（1-x5）（kJ/kg）

式中：h1與吸氣狀態(tài)對應(yīng)的比焓值（kJ/kg）；

h4節(jié)流后濕蒸氣的比焓值（kJ/kg）；

r0——在蒸發(fā)器溫度為T0時制冷劑的汽化潛熱（kJ/kg）；

x5——制冷劑（氣液兩相）節(jié)流后濕蒸氣的干度。第三章制冷原理T0v1qv

。（2）單位容積制冷量①定義：指吸氣狀態(tài)每m3制冷劑在蒸發(fā)器中制得的冷量，用qv表示。②計算：qv=q0/v1

（kJ/m3）式中：v1

是吸氣狀態(tài)時制冷劑的比容，m3/kg。qv不僅與制冷劑種類有關(guān)，且第三章制冷原理（3）單位理論功①定義：壓縮機每輸送1kg制冷劑所消耗的功，用w0表示。②計算：w0=h2-h1

（kJ/kg）③結(jié)論：壓縮機所消耗的功全部被制冷劑吸收而使其焓值增加。

在T-S圖上w0可近似用面積1-2-3-4-6-1表示；在P-h圖上用點2與點1的橫坐標(biāo)之差表示。顯然，w0與T0、TK及制冷劑種類有關(guān)。第三章制冷原理（4）單位冷凝熱量

①定義：循環(huán)的每kg制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量，用qk表示。

②計算：在T-S圖上用面積a-2-3-4-c-a表示；在P-h圖上用線段4-2長度表示，即等于點2與點4之焓差：

qk=h2-h4

=（h2-h3）+（h3-h4）（kJ/kg）

第三章制冷原理

qk包括兩部分：在冷凝器中制冷劑蒸氣冷卻時放出的過熱熱量（h2-h3）和凝結(jié)時放出的潛熱（h3-h4），依能量平衡關(guān)系，即每kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量應(yīng)等于它在蒸發(fā)器中所吸收的熱量與壓縮機消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量之和，即

qk=q0+w0

=（h1-h4）+（h2-h1）

=（h2-h3）+（h3-h4）（kJ/kg）第三章制冷原理（5）制冷系數(shù)①定義：循環(huán)的單位重量制冷量與消耗的單位理論功之比。

ε0=q0/w0

=（h1-h4）/（h2-h1）②含義：表示消耗一個單位功所制得的冷量。③結(jié)論：在給定條件下，ε0越大，說明制冷循環(huán)的經(jīng)濟性愈好，故它是一個重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

第三章制冷原理（6）循環(huán)效率單級壓縮蒸氣制冷機理論循環(huán)的熱力完善度按定義可表示為

這里εc為在蒸發(fā)溫度（T0）和壓縮機排氣溫度（T2）之間工作的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。熱力完善度愈大，說明該循環(huán)接近可逆循環(huán)的程度愈大。第三章制冷原理例假定循環(huán)為單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對該循環(huán)進行熱力計算。解：點1：t1=t0=

10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，由圖可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃第三章制冷原理1）單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg第三章制冷原理2）單位容積制冷量

qv=q0/v1=158.441/0.0653=2426kJ/m33）制冷劑質(zhì)量流量

qm=Q0/q0=55/158.441=0.3471kg/s7）冷凝器單位熱負(fù)荷

qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負(fù)荷

Qk=qmqk=0.3471

192.086=66.67kW第三章制冷原理5）壓縮機消耗的理論功率

P0=qmw0=0.3471

33.645=11.68kW6）制冷系數(shù)

ε0=q0/w0=158.441/33.645=4.71過程1－2：壓縮工質(zhì)，同時放熱至熱源，維持制冷劑溫度恒定過程2－3：工質(zhì)從熱源溫度Th可逆絕熱膨脹到冷源溫度Tc過程3－4：熱量從冷源轉(zhuǎn)移到工質(zhì)中同時工質(zhì)做功以使制冷劑維持一定的溫度過程4－1：制冷劑從冷源溫度可逆絕熱壓縮到熱源溫度解釋卡諾循環(huán)第三章制冷原理4、實際制冷循環(huán)與理論循環(huán)之區(qū)別（1）制冷劑流過系統(tǒng)各部位時都會產(chǎn)生阻力壓降；（2）蒸發(fā)器出口的蒸氣已有一定的過熱度；（3）壓縮機壓縮蒸氣不是絕熱的等熵過程。5、不同點導(dǎo)致的后果實際輸氣量減小，而單位實際功增大，實際的ε<ε0第三章制冷原理

過冷——在達到飽和液體后，制冷劑進一步放熱過飽和液體（過冷液體）。第二節(jié)實際制冷循環(huán)

單級壓縮蒸氣制冷基本循環(huán)是最簡單的循環(huán)。在實用上，根據(jù)實際往往要作一些改進，以提高循環(huán)的熱力完善度，改進主要有液體過冷、吸氣過熱及由此而產(chǎn)生的回?zé)嵫h(huán)。一、液體過冷的影響

將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于Tk的狀態(tài)，稱為過冷。帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。注意：采用液體過冷對提高制冷量和制冷系數(shù)都有利！第三章制冷原理過冷循環(huán)在T-S圖（a）和lgP-h圖（b）上的表示第三章制冷原理過冷度：飽和溫度與過冷液體溫度差。

Δtg=tk-t4’=3-5℃q0’=q0+Δq0=（h1-h5）+（h5-h5’）

=h1-h5’

（kJ/kg）（tk=t4）

qk=（h2-h4）+（h4-h4’）

w0=h2-h1（kJ/kg）

ε’=q0’/w0=ε0+（h4-h4’）/w0>ε0Qk=GCp（t2-t1）式中：G——空氣流量；Cp——定壓比熱。第三章制冷原理結(jié)論：Δtg越大，節(jié)流損失越小，提高ε；其本質(zhì)是增大冷凝器的熱負(fù)荷。實現(xiàn)過冷的方法：1、增大冷凝器表面積；2、增加冷卻介質(zhì)（空氣或水等）流量G。第三章制冷原理二、吸氣過熱的影響

壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時，稱為過熱。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。

吸氣過熱的好處：形成過熱蒸氣可提高制冷量。（注：制冷劑流經(jīng)吸氣管路會繼續(xù)吸熱）過熱循環(huán)在T-S圖（a）和lgP-h圖（b）上的表示第三章制冷原理Δtr=t1’-t1（過熱度）w0’=h2’-h1’>w0=w0（1+Δtr/T0）qk’=（h2’-h2）+（h2-h4）=Δqk+qkε=q0/w0’1’過飽和氣體，t1’

1-1’表示制冷劑進一步吸熱；第三章制冷原理

可見：Δtr越大，ε和qv減少越多。冷凝器的熱負(fù)荷也越大，故稱為有害過熱（h1’-h1）。t0越低，有害過熱影響越大。由制冷劑的T-s圖可知，在過熱區(qū)，過熱度越大，其等熵線的斜率越大。

防止有害過熱的措施：吸氣管路用隔熱材料包扎起來。當(dāng)過熱熱來自于車外——有害過熱：q0=h1-h5

當(dāng)過熱熱來自于車內(nèi)（如電器設(shè)備釋放的熱量）——有效過熱第三章制冷原理三、回?zé)嵫h(huán)

利用回?zé)崾构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣進行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回?zé)嵫h(huán)。第三章制冷原理回?zé)嵫h(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示

中間交換器（即熱交換器），解釋其作用：第三章制冷原理

中間換熱器的換熱量：若不計回?zé)崞髋c環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過冷的熱量等于使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關(guān)系為：第三章制冷原理1、流動阻力不能達到完全的等壓放熱與吸熱過程；2、壓縮過程存在熵增，偏高等熵過程；3、有過冷和過熱的影響

1s——吸氣狀態(tài)

1s-2s——多變的壓縮過程

2s-20——有壓力損失的排氣過程

20-4s——有阻力的放熱過程

4s-5s——節(jié)流過程

5s-10——有壓力損失的吸熱過程

10-1s——有壓力損失的吸氣過程。四、實際循環(huán)

蒸氣壓縮式制冷機實際循環(huán)第三章制冷原理計算中，要對輸氣系數(shù)進行修正，使其接近實際輸氣量?！碚撐鼩馊莘e；

式中：

修正原因：壓縮機壓縮功增加、多變過程、吸氣量或輸氣量減小?？紤]這些因素，加以修正。（1）輸氣系數(shù)——實際吸氣容積；

λ=f（吸氣的壓力損失、熱交換、泄露、余隙容積）壓縮機的功率：

示功圖上指示功理論循環(huán)第三章制冷原理（2）指示效率考慮摩擦力

（為實際功）

機械效率

（為總效率）

單位制冷量

制冷系數(shù)

第三章制冷原理第三節(jié)熱力計算一、計算要求

1、性能指標(biāo)Q0、N0、ε0……2、壓縮機的容量、功率

3、熱交換的負(fù)荷Q0、QK

，進行設(shè)計或選型。

第三章制冷原理二、計算的步驟與方法

1、已知條件制冷劑的種類（不同種類的物理特性迥異）循環(huán)方式（是否過冷、過熱？）循環(huán)的工作參數(shù)（與工作環(huán)境有關(guān)）（這里的環(huán)境指外氣參數(shù)）

T0=5℃，Tk=（與冷卻介質(zhì)有關(guān)）Tk>t2∴有無過冷、過熱，第三章制冷原理3、查出循環(huán)各點的主要參數(shù)1’點:h1’、v1’；2’點:h2’、v2’4’點:h4’=h5’；4點:h4

4、利用公式進行計算（1）制冷量

（2）流量v——比容

已知Q0，則G=Q0/q0

所以第三章制冷原理（3）通過Vh選擇壓縮機式中：n——壓縮機轉(zhuǎn)速r/min；Z——壓縮機缸數(shù)；S——壓縮機汽缸行程。（4）壓縮機的功率：Ne；（5）理論功率；（6）理論功；（7）指示功；（8）指示功率；（9）軸功率；（10）電機功率；（11）制冷系數(shù)；（12）單位功率制冷量。第三章制冷原理當(dāng)t0不變時，qk、q0與tk的關(guān)系：

第四節(jié)制冷機的工況分析一、冷凝溫度的變化對制冷機性能的影響，增加

，，減少

即

但是tk能隨意降低嗎？第三章制冷原理當(dāng)tk不變時，但是t0能隨意升高嗎？當(dāng)tk不變時，二、蒸發(fā)溫度的變化對制冷機性能的影響，，增加

。

吸氣比容，

流量增加。功率

不定。當(dāng)，功率MAX，即當(dāng)tk不變時，，不定。第三章制冷原理三、制冷工況

壓縮機的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為衡量、比較壓縮機性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況)，作為壓縮機制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。名義工況(舊)1、標(biāo)準(zhǔn)工況2、空調(diào)工況銘牌上標(biāo)示的制冷量和功率一般是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的值，如為空調(diào)專用，則為空調(diào)工況。第三章制冷原理3、最大功率工況4、最大壓縮工況注：3和4用于設(shè)計時校核。溫度變化輸氣量不變（因為壓縮機n=const）工況換算第三章制冷原理名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：考核壓縮機零件強度、排氣溫度、油溫、電機繞組溫度。最大軸功率工況：考核壓縮機噪聲、振動，并依此選配電動機。第三章制冷原理

某空調(diào)客車制冷裝置冷負(fù)荷為28kw，使用R12工質(zhì)，蒸發(fā)溫度t0=6℃，冷凝溫度tk=50℃，制冷劑在蒸發(fā)器出口處有3℃的過熱度，在冷凝器的出口處有3℃的過冷度，其中λ=0.78，ηi=0.7，ηj=0.9。試進行熱力計算，并說明該制冷裝置能否使用4FS7B型壓縮機。作業(yè)：第三章制冷原理第五節(jié)制冷劑一、定義

在制冷系統(tǒng)中，將被冷卻物體的熱量連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）中去的工質(zhì)。第三章制冷原理二、鐵道車輛制冷技術(shù)對制冷劑的要求1、熱力學(xué)性質(zhì)方面

(1)工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比:

P0≧P大氣

，以免在蒸發(fā)器中造成真空使空氣滲進系統(tǒng)。Pk不宜太高，否則會使壓縮機的功率增大，各部件耐壓強度也需提高，從而導(dǎo)致成本增加；Pk與P0之比不宜過大；在P工下，其沸點應(yīng)<T環(huán)才能吸收空氣的熱量；液化臨界T應(yīng)>T大，否則ε減小。第三章制冷原理(2)q0和qv較大，以縮小壓縮機和系統(tǒng)的尺寸。(3)比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。(4)等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。

2.遷移性質(zhì)方面

(1)粘度、密度盡量小，以減小其在系統(tǒng)中的流動阻力；(2)放熱和導(dǎo)熱系數(shù)大，可提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積。第三章制冷原理3.物理化學(xué)性質(zhì)方面

(1)金屬無腐蝕作用，無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。(2)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。(3)對大氣環(huán)境無破壞。4.其它

原料來源充足，制造工藝簡單，價格便宜。

第三章制冷原理字母“R”和它后面的一組數(shù)字或字母

表示制冷劑

根據(jù)制冷劑分子組成按一定規(guī)則編寫

三、制冷劑命名

制冷劑按其化學(xué)組成主要有三類：無機物、氟里昂、碳?xì)浠衔镏评鋭┑暮唽懛?/p>

第三章制冷原理2.氟里昂和烷烴類

R(m-1)(n+1)(x)B(z)

數(shù)值為0時省去寫，同分異構(gòu)體則在其最后加小寫英文字母以示區(qū)別。正丁烷和異丁烷例外，用R600和R600a(或R601)表示。第三章制冷原理編寫規(guī)則：1.無機化合物?

簡寫符號規(guī)定為R7()()

括號中填入的數(shù)字是該無機物分子量的整數(shù)部分。3.非共沸混合工質(zhì)

R4()()

括號中數(shù)字為該工質(zhì)命名的先后順序號，從00開始若構(gòu)成非共沸混合工質(zhì)的純物質(zhì)種類相同，但成分含量不同，則分別在最后加上大寫英文字母以示區(qū)別。4.共沸混合工質(zhì)

R5()()

括號中的數(shù)字為該工質(zhì)命名的先后順序號，從00開始

5.環(huán)烷烴、鏈烯烴以及它們的鹵代物

環(huán)烷烴及環(huán)烷烴的鹵代物以“RC”開頭，鏈烯烴及鏈烯烴的鹵代物以“R1”開頭，其后數(shù)字排寫與氟里昂及烷烴類符號表示中的數(shù)字排寫規(guī)則相同。

第三章制冷原理制冷劑符號舉例

化合物名稱分子式m、n、x、z值簡寫符號一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1R11二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1R13B1二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2R22二氟甲烷CH2F2m=1,n=2,x=2R32甲烷CH4m=1,n=4,x=0R50三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3R123五氟乙烷C2HF5m=2,n=1,x=5R125四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4R134a乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R290第三章制冷原理

此外，有機氧化物、脂肪族胺以R6開頭，其后數(shù)字任選。為簡單定性判別制冷劑對臭氧層的破壞能力，將氯氟烴類物質(zhì)代號中的R改用字母CFC，氫氯氟烴類物質(zhì)代號中的R改用字母HCFC，氫氟烴類物質(zhì)代號中的R改用字母HFC，碳?xì)浠衔锎栔械腞改用字母HC，數(shù)字編號不變。第三章制冷原理四、幾種常用制冷劑1.無機物——氨

沸點-33.3℃，凝固點-77.9℃；單位容積制冷量大粘性小，傳熱性好，流動阻力?。欢拘暂^大，有一定的可燃性，安全分類為B2；氨蒸氣無色，具有強烈的刺激性臭味；氨液飛濺到皮膚上會引起腫脹甚至凍傷；氨系統(tǒng)中有水分會加劇對金屬腐蝕同時減小制冷量；可以任意比與水互溶但在礦物潤滑油中的溶解度很??；系統(tǒng)中氨分離的游離氫積累至一定程度遇空氣爆炸；氨液比重比礦物潤滑油小，油沉積下部需定期放出；在氨制冷機中不用銅和銅合金材料（磷青銅除外）。第三章制冷原理2.氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷CF2Cl2）

沸點-29.8℃，凝固點-158℃；無色，有較弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全；系統(tǒng)里應(yīng)嚴(yán)格限制含水量，一般規(guī)定不得超過0.001%；常用溫度范圍內(nèi)能與礦物性潤滑油以任意比互溶；不腐蝕一般金屬但能腐蝕鎂及含鎂量超過2%鋁鎂合金；對天然橡膠和塑料有膨潤作用。

R12對大氣臭氧層有嚴(yán)重破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)，因此它已受到限用與禁用。但它目前仍是國內(nèi)應(yīng)用較廣的中溫制冷劑之一，2010年1月1日起已在我國完全停止生產(chǎn)和消費。第三章制冷原理(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）

毒性非常低，不可燃，安全；與礦物潤滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯類；化學(xué)穩(wěn)定性很好，溶水性比R12強得多，對系統(tǒng)干燥和清潔性要求更高，用與R12不同的干燥劑。第三章制冷原理(3)R11（一氟三氯甲烷CFCl3）

沸點23.8℃，凝固點-111℃；毒性比R12更小，安全；水在R11中的溶解能力與R12相接近；對金屬及礦物潤滑油的作用關(guān)系也與R12大致相似；與明火接觸時，較R12更易分解出光氣。

第三章制冷原理(4)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）

沸點-40.8℃，凝固點-160℃；毒性比R12略大，無色無味，不燃不爆，安全；溶水性稍大于R12，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器；部分與礦物潤滑油互溶；化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定，對有機物的膨潤作用更強；對金屬與非金屬的作用以及泄漏特性都與R12相似。R22對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產(chǎn)生溫室效應(yīng)。它是第二批被列入限用與禁用的制冷劑之一。我國將在2040年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用。第三章制冷原理3.碳?xì)?1)R600a（異丁烷i-C4H10）

沸點-11.73℃，凝固點-160℃；毒性非常低，可燃，應(yīng)注意防火防爆；與礦物潤滑油能很好互溶，與其他物質(zhì)的化學(xué)相溶性很好，與水的溶解性很差。(2)R290（丙烷C3H8）

沸點和凝固點比R600a低，蒸氣壓較高和Qv比R600a大，其他制冷特性及安全特性均與R600a相似。第三章制冷原理4.混合制冷劑(1)共沸制冷劑一定P0下蒸發(fā)時具有幾乎不變的T0，而且T0一般比組成它的單組分的T0低；一定T0下，共沸制冷劑qv比組成它的單一制冷劑的要大；共沸制冷劑化學(xué)穩(wěn)定性較組成它的單一制冷劑好；全封閉和半封閉壓縮機中該制冷劑可使電機更好的冷卻，電機繞組溫升減小。第三章制冷原理幾種共沸制冷劑的組成和沸點代號組分質(zhì)量成分分子量沸點(℃)共沸溫度各組分的沸點(℃)R500R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507R125/143a50.0/50.098.9-46.7－-48.8/-47.7第三章制冷原理(2)非共沸制冷劑

非共沸制冷劑的T-ξ圖

一定壓力下溶液加熱時，首先到達飽和液體點A(泡點)，再加熱到達點B，即進入兩相區(qū)，繼續(xù)加熱到點C(露點)時全部蒸發(fā)完成為飽和蒸氣。

泡點溫度和露點溫度的溫差稱之為溫度滑移。第三章制冷原理

(3)常用混合制冷劑的特性

1)共沸制冷劑R500，可代替R12用于活塞式制冷機，沸點-33.5℃，ODP值較高。

2)共沸制冷劑R502：可代替R22用于獲得低溫沸點-45.4℃，ODP值較高。溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上有較好的溶油性。

3)共沸制冷劑R503：可代替R13使用沸點-88℃，不燃燒，無毒無腐蝕性，ODP值較高；適用于復(fù)疊式制冷機的低溫級。

第三章制冷原理ODP(ozonedepressionpotential)消耗臭氧潛能值。ODP值越小，制冷劑的環(huán)境特性越好。4)共沸制冷劑R507：用R502的場合都可用R507替代沸點-46.7℃，ODP值為零；不溶于礦物油，但溶于聚酯類潤滑油。

5)非共沸制冷劑R401A和R401B：可作為過度性替代物性能與R12較接近；能溶于聚醇類和聚酯類潤滑油。第三章制冷原理6)非共沸制冷劑R407C：三元非共沸混合制冷劑泡露點溫差大，使用時最好將熱交換器作成逆流形式；不能與礦物潤滑油互溶，但能溶于聚酯類合成潤滑油；低溫工況下，Qv比R22要低得多。7)非共沸制冷劑R410A：兩元混合制冷

泡露點溫差僅0.2℃，可稱之為近共沸混合制冷劑；不能與礦物潤滑油互溶，但能溶于聚酯類合成潤滑油；不能直接用來替換R22的制冷系統(tǒng)。第三章制冷原理第三章制冷原理五、關(guān)于臭氧Ozone(O3)：

指氧的三原子同素異形體。能使雷雨過后或電器設(shè)備周圍的空氣帶有特殊的臭味。臭氧是有刺激性氣味的淡藍色氣體，有毒，易爆。地球大氣層中天然存在很少量的臭氧，能夠吸收太陽的紫外線輻射。第三章制冷原理臭氧層（Ozonesphere):

指距地表約10-50公里間的高空大氣層，該層中臭氧濃度相當(dāng)高，起著保護地球防止紫外線輻射的作用。否則，這種輻射會嚴(yán)重地傷害地面上的有機體。第三章制冷原理第三章制冷原理2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了第三章制冷原理

CFCS、HCFCS的限制與替代問題的提出：CFC又稱氯氟烴，是氟利昂制冷劑家族中的一員，當(dāng)CFC受強烈紫外線照射后，將產(chǎn)生下列反應(yīng)（以CF2Cl2為例）：CF2Cl2--CF2Cl＋Cl；Cl＋O3--ClO＋O2；ClO＋O--Cl＋O2空洞現(xiàn)象：循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生的氯原子不斷與臭氧分子作用，使一個CFC分子可破壞成千上萬個O3，致臭氧層出現(xiàn)“空洞”，這一現(xiàn)象已被英國南極考察隊和衛(wèi)星觀測所證實。據(jù)UNEP（聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署）資料顯示，臭氧每減少1％,紫外線輻射量約增加2％。第三章制冷原理第三章制冷原理臭氧層破壞的影響：①危及人類健康，皮膚癌、白內(nèi)障的發(fā)病率增加，破壞人體免疫系統(tǒng)；②危及植物及海洋生物，農(nóng)作物減產(chǎn)，不利于海洋生物的生長與繁殖;③產(chǎn)生附加溫室效應(yīng)，加劇全球氣候轉(zhuǎn)暖；④加速聚合物（如塑料等）的老化。因此保護臭氧層已成為當(dāng)前一項全球性的緊迫任務(wù)。常用制冷劑及其性質(zhì)CCl4(R10)CH4(R50)CF4(R14)穩(wěn)定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中間大氯氟烴CFC氫氟烴HFC含氫氯氟烴HCFCChlorine:氯Fluorine:氟Carbon:碳Hydrogen:氫第三章制冷原理CFCS、HCFCS的限用與禁用受控制的消耗臭氧層物質(zhì)類別物質(zhì)類別物質(zhì)第一類（氯氟烷烴）CFCl3(CFC11)CF2Cl2(CFC12)C2F3Cl3(CFC113)C2F4Cl2(CFC114)C2F5Cl(CFC115)第二類（溴氟烷烴）CF2BrCl(哈隆1211)CF3Br(哈隆1301)C2F4Br2(哈隆2402)第三章制冷原理

HCFC禁用時間表（發(fā)達國家）（蒙特利爾議定書）締約國1996.1.1：以1989年的HCFC消費量加2.8%CFC消費量的總和（折合到ODS噸）作為基準(zhǔn)加以凍結(jié)；2004.1.1：消減35%；2010.1.1：消減65%；2015.1.1：消減95%；2020.1.1：消減95.5%(0.5%僅用于現(xiàn)有設(shè)備的維修)；2030.1.1：消減100%美國2003.1.1：禁止HCFC141b用于發(fā)泡劑；2010.1.1：凍結(jié)HCFC22和HCFC142b的生產(chǎn)；不再制造使