第二章制冷剂

1、第二章制冷剂 第二章第二章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 空气调节用制冷技术 第二章制冷剂 主要内容 2.1 制冷剂的作用与发展历史 2.2 制冷剂的分类及命名 2.3 制冷剂的主要性质 2.4 制冷剂的选用原则 2.5 常用制冷剂 2.6 载冷剂和蓄冷剂 第二章制冷剂 2.1 制冷剂的作用与发展历史 （1）作用：制冷剂：制冷装置中进行循环制冷的 工作物质。 （2）发展历史 1834年 乙醚 1866年 威德豪森(Windhausen) 提出使用CO2 1870年 卡尔林德(Cart Linde)用NH3作制冷剂 1874年 拉乌尔皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷剂 1955年

2、氟里昂（ CmHnFxClyBrz ） 目前 替代工质的发展 第二章制冷剂 2.1 制冷剂的作用与发展历史 从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段： 第一阶段，从1830年至1930年，主要采用NH3、 HC、SO2、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有 的可燃，有的效率很低，主要出安全代表性的考虑。尽 管使用了百年之久，当出现了CFC和HCFC制冷剂后， 还是当机立断，实现了重大的第一次转轨。 第二阶段，从1930年到1990年，主要用CFC和 HCFC制冷剂。使用了60年后，人们认识到这些制冷 剂对环境有害，并且出于环保的需要开始寻找代替品。 第三阶段，从1990年至今，进入以HFC制冷

3、剂为主 的时期。我国已于2010年1月1日起全面禁用氟利昂类 物质。 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 一、一、 制冷剂的分类制冷剂的分类 按组分分类：单一制冷剂、混合物制冷剂 按化学成分分类：无机化合物类、氟里昂类、碳氢化合物类 按标准蒸发温度分类： 高温低压制冷剂（沸点0，冷凝压力0.2MPa） 中温中压制冷剂（0 沸点60， 0.2MPa冷凝压力 2.0MPa ） 低温高压制冷剂（沸点-6 0，冷凝压力 2MPa ） 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 二、二、 制冷剂的命名制冷剂的命名 R数字或字母 1.无机化合物 R7数字或字母(分子量） 例：（NH3) R717 、(

4、CO2)R744 2.氟里昂 （1）分子式 CmHnFxClyBrz 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 (2) 命名 R(m-1)(n+1)(x)B(z) CmHnFxClyBrz (3) 分类 a 卤代烃(CFCs) 仅包含C、F、Cl原子 例：R12 b 氟烃类(HCFCs) 包含H、C、F、Cl原子 例：R22 c 氢氟烃类(HFCs) 包含H、F、C原子 例：R134A 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 (4) 另一种命名方法 用元素符号（如CHC、HCFC、HFC）代替R符号，如R12称为 CFC12、R22称为HCFC22 3. 烷烃类 (1)分子式 CmH2m+2

5、 (2) 命名 其规则等同于氟里昂 R(m-1)(n+1)(x)B(z) CmHnFxClyBrz 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 4. 共沸混合物 (1) 定义 共沸混合制冷剂与纯质制冷剂一样，在一定的压力下，具有几乎不变的 饱和蒸发温度和相同的气、液相成分，即相变时有一个固定的沸点。 (2) 命名 R5XX，XX按命名先后，从00开始 第二章制冷剂 2.2 制冷剂的分类及命名 5. 非共沸混合物 (1) 定义 非共沸混合制冷剂没有共沸点。即在定压下相变时，气相和液相的成分 不同，相变温度也在不断变化。 (2) 命名 R4XX，XX按命名先后，从00开始 第二章制冷剂 2.2 制冷

6、剂的分类及命名 6. 其它（环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物） 编写方法规定：环烷烃及其卤代物用RC开头，链烯烃及其卤代物用Rl开头，其 后的数字排写规则与氟利昂及烷烃类符号表示中数字排写规则相同。 乙烷系的同分异构体都具有相同的编号，但最对称的一种用编号后面不带任何字 母来表示；随着同分异构体变得愈来愈不对称，则附加a、b、c等字母。例如 CHF2-CHF2表示为R134，CF3-CH2F表示为R134a。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 一、制冷剂的主要性质 1. 对环境的影响 臭氧衰减指数ODP（Ozone Depletion Potential） 温室指数GWP(Glo

7、bal Warming Potential) 通常以R11的ODP和GWP值为基准，在此基准下 目前通常认为ODP0.05，GWP750的制冷剂是可以接受的 （其GWP值是 以GWPCO21为基准得出另一套数据 ） 对环境的影响 热力性质 迁移性质 物理化学性质 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 2.热力性质 制冷剂的热力性质是指其热力学状态参数之间 的相互关系，即制冷剂在各种状态下其压力(p)、 温度(T)、比体积(v)、比焓(h)、比熵(s)等参数 之间的关系。 其热力学状态参数可由实验和热力学微分方程式确定。在工程 上，这种热力学状态参数通常由热力性质图表查得，也可以 根

8、据制冷剂的热力性质数学模型由计算机求得。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 3.迁移性质 制冷剂的迁移性质主要是指制冷剂的粘性、导热性和比热容，制冷剂的 这些性质对制冷系统辅助设备的设计有重要的影响。 粘性反映的是流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的大粘性的大 小与流体种类、温度和压力有关。过冷液体的动力粘性系数可以近似小与流体种类、温度和压力有关。过冷液体的动力粘性系数可以近似 取相同温度下饱和液体的动力粘性系数。取相同温度下饱和液体的动力粘性系数。 气态制冷剂其导热系数一般很小，并随温度的升高而增大，在制冷技术 常用的压力范围内，气体的导热系数实际上不随压力而变

9、化。液体的气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体的 导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。过冷液体的导热系数近导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。过冷液体的导热系数近 似取同温度下饱和液体的导热系数。似取同温度下饱和液体的导热系数。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 4.物理化学性质 安全性 热稳定性 对材料的作用 与水的融解性 与润滑油的互溶性 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 （1）安全性（中华人民共和国国家标准. 制冷剂编号方法和安全性分类. GB/T 7778-2001） A：表示制冷剂体积浓度大于等于0.04时没有毒性危害，即低毒性； B：表示

10、制冷剂体积浓度小于0.04时有毒性反应，即高毒性。 1：表示不可燃，即在18和101kPa空气环境中无燃烧现象 2：表示中等可燃，即在21、101 kPa和相对湿度为50的空气环境中燃 烧下极限大于0.1kgm3，并且其燃烧热不大于19000kJ/kg； 3：表示强烈可燃，即在21、10lkPa和相对湿度为50的空气环境中燃烧 下极限不大于0.1kg/m3，或者其燃烧热大于19000kJ/kg。 燃烧性 毒性 低毒性高毒性 不可燃A1B1 燃烧性A2B2 爆炸性A3B3 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 （2）热稳定性 在温度较高又有油、钢铁及铜等存在时，制冷剂长时间使用 会发

11、生变质甚至热解。 例如，当温度超过温度超过250250时氨会分解成氮和氢时氨会分解成氮和氢；R12R12在与铁、在与铁、 铜等金属接触时，在铜等金属接触时，在410410430430时分解时分解, ,并生成氢、氟和极毒并生成氢、氟和极毒 的光气；的光气；R22R22在与铁相接触时在与铁相接触时550550开始分解。开始分解。 因此，为了保证制冷剂不发生热分解现象，制冷剂工作温度 不允许超过其分解温度。比如氨的工作温度不得超过150， R22和R502不得超过145。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 （3）对材料的作用 a 氟里昂 对金属的作用：对大多数金属无腐蚀性大多数金属无

12、腐蚀性，除Mg、Zn及其含 Mg合金外；氟里昂遇水水解产生酸性物质氟里昂遇水水解产生酸性物质，对金属有腐蚀作 用；镀铜现象镀铜现象：氟里昂润滑油能够融解铜，融解的铜在钢、 铸铁表面会析出 对非金属材料的作用：氟里昂对天然橡胶和树脂等材料是一里昂对天然橡胶和树脂等材料是一 种良好的有机溶剂，种良好的有机溶剂，也可以使塑料等高分子化合物变软、膨 胀和起泡，即对高分子化合物具有所谓的“膨润作用”。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 （3）对材料的作用 b 碳氢化合物 对金属无腐蚀作用对金属无腐蚀作用 c 氨 对钢铁无腐蚀作用，对铝、铜、铜合金轻微腐蚀作用；遇水，对钢铁无腐蚀作用，对铝

13、、铜、铜合金轻微腐蚀作用；遇水， 则对钢和铜合金有强烈的腐蚀作用则对钢和铜合金有强烈的腐蚀作用 （4）与水的融解性 氨：极易溶于水，有强烈腐蚀性 烷烃、氟里昂：不溶于水，含水容易产生冰堵现象不溶于水，含水容易产生冰堵现象 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 （5）与润滑油的融解性（与温度有关） 基本不融解：R717、R13、R14、R744 有限融解：R22、R114 无限融解：R11、R12、R113 选择：与制冷剂融解性较好的润滑油 二、制冷剂的选用原则 1.具有环境可接受性 制冷剂的ODP和GWP应尽可能的小； 2.热力学性质方面 在工作温度范围内有合适的压力和压力比。即希

14、望蒸发压力不低 于大气压力，避免制冷系统的低压部分出现负压；冷凝压力不要过高， 以免设备过分笨重；冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大，以免压缩 终了的温度过高或使活塞式压缩机的输气系数过低。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 单位制冷量qo和单位容积制冷量qv比较大:因为对于总制冷量 一定的装置，q0大可减少制冷剂的循环量；qv大可减少压缩 机的输气量，故可缩小压缩机的尺寸；但对于离心式压缩机， 尺寸过小会带来制造上的困难，因此应当采用q0和qv稍小的 制冷剂。 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不能太高，以免润滑条件恶化(润滑油黏 性下降、结焦)或制

15、冷剂自身在高温下分解。 第二章制冷剂 2.3 制冷剂的主要性质及选用原则 3.迁移性质 粘度、密度尽量小，这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力 及制冷剂的充注量；导热系数大，这样可以提高热交换设备 (如蒸发器、冷凝器、回热器)的传热系数，减少传热面积， 使系统结构紧凑。 4.物理化学性质方面 要求无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全；化学稳定性和热稳 定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不 变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的 高温下不分解。 5.其他 原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 一、无机化合物制冷剂 1、水（R718） 基本

16、性质：标准沸点为100，冰点为0 ；ODP和GWP值均为0； 适用范围：属于高温制冷剂，制冷温度高于0 场合，适用于吸收 式、蒸气喷射式制冷系统 2、氨（R717） 基本性质：标准沸点为-33.4，凝固温度为-77.7 ；ODP和GWP 值均为0；热力性质较好；融水性良好；不溶于润滑油； 适用范围：制冷温度高于65 的场合，多用于冷库 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 二、氟里昂 1. 共性 (1)分子量大、比重大、流动性差； (2)绝热指数小，压缩终温比较低； (3)对金属腐蚀性较小，对非金属高分子材料具有 “膨润作用”； (4)融水性极差； (5)遇明火易分解； (6)价格昂贵； (7)易

17、泄漏，无味不易察觉 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 2. R12(CFC12) 沸点：29.8 凝固点：155 适用范围：70 以上，中温制冷剂 3.R11(CFC11) 沸点：23.8 凝固点：-111 适用范围：-510 ，高温制冷剂 4.R22(HCFC22)4.R22(HCFC22) 沸点：40.8 凝固点：160 适用范围：80 以上，替代R12，中温制冷剂 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 5. R134a(HFC134a) 沸点：26.5 凝固点：101 适用范围：替代R22 6. R123(HCFC123)6. R123(HCFC123) 沸点：27.9 凝固点：107 适用

18、范围：替代R11 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 四、碳氢化合物（5010 ） 1. 共性 （1）凝固点低 （2）不溶于水、不腐蚀金属、溶油性好 （3）便宜 （4）易燃、易爆 2.丙烷（R290） 沸点：42.2 ， 凝固温度：197.1 对臭氧层完全没有破坏，并且温室效应亦非常小，实属当今最环保的制冷剂 用于替代R22、R502制冷剂使用在低温制冷设备中；由于R290易燃，通常只用 于充液量较少的低温制冷设备中，或者作为低温混配冷媒的一种组分；R290与 传统的润滑油兼容。 R-290制冷剂钢瓶为带压容器，且易燃易爆，储存时应远离火种、热源、避免 阳光直接曝晒，通常储放于阴凉、干燥和通风的

19、仓库内；搬运时应轻装、轻卸， 防止钢瓶以及阀门等附件破损。 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 3. 异丁烷（R600a） 沸点：11.73 凝固温度：160 适用范围：R12的永久替代， 制冷剂蒸发潜热大，冷却能力强；流动性能好，输送压力低，耗电量低，负 载温度回升速度慢。R600a制冷剂与各种压缩机润滑油兼容。（注：R600a 在制冷系统中含量不足时，会造成压力值过大，机器声音异常，压缩机寿命 缩短） 主要用作超低温致冷剂，与F22组成的制冷系统用于-80-120的超 低温制冷装置。也用作泡沫塑料的发泡剂,作制冷剂替代R12。 4.甲烷（R50） 沸点：165.6 适用范围：150左右 第二

20、章制冷剂 2.4 常用制冷剂 五、共沸混合物制冷剂 1. 共性 (1)在一定的蒸发压力下蒸发时，不仅其蒸发温度不变， 而且蒸发温度 一般比组成它的单组分的蒸发温度低。 (2)在一定的蒸发温度下，共沸制冷剂的单位容积制冷量比组成它的单一 制冷剂的容积制冷量要大。 (3)共沸制冷剂的化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。 (4)在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷 却，电机绕组温升减小。 (5)一定范围内，能耗更低。比如：蒸发温度-60-30 ，能耗R502低 于R22；-1010 ，R502能耗高于R22 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 2. R500（R12/R152a，

21、73.8/26.2） 沸点：33.5 ，用于替代R12 3. R502（R22/R115，48.8/51.2） 沸点：45.4 ，用于替代R22 4. R503（R23/R13，40.1/59.9） 沸点：87.9 ，用于替代R13 5. R507（R125/R143a，50/50） 沸点：46.7 ，用于替代R502 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 六、非共沸混合物 1.定义 非共沸混合制冷剂是由两种或多种不同制冷剂按任意比例混 合而成。它没有共沸点，在定压下蒸发或凝结时，气相和液 相的成分不同，温度也在不断变化。 2.近共沸混合制冷剂 通常将泡露点的温度差小于3的 混合制冷剂称为近共沸混

22、合制冷剂 C B Bt Bg A T b blbg 第二章制冷剂 2.4 常用制冷剂 3. R401A3. R401A和和R401B R401B R12替代物，性能与R12也较接近 4. 4. R407CR32 (23%):R125(25%):R134a(52%) 沸点温度为43.4，R22的替代物 ，充注采用液相，以保持成分不变，充液 量适当减少；润滑油用POE类；干燥剂用XH-7或XH-9型的分子筛； 5. 5. R410A R32 (50%):R125(50%)和R410B(45%:55%) 属于近共沸混合制冷剂 ，R22的替代物 ，温度滑移（0.040C）看，认 为是共沸工质。工作压力

23、高于R22，高出约50%的冷凝压力，制冷系统需重 新设计与改进。 R410B的温度滑移0.020C,性能与R410A相似。 R417(R125/R134a/R600) 环保制冷剂 第二章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 一、载冷剂 1. 定义 载冷剂就是冷量的载体，俗称为冷媒。载冷剂先在蒸发器与 制冷剂发生热交换获得冷量，然后用泵将被冷却了的载冷剂 泵送到各个用冷场所。在用冷场所的冷却设备内，载冷剂吸 收被冷却对象的热量使其降温，载冷剂自身温度升高后再返 回蒸发器将热量传送给制冷剂。周而复始，载冷剂将制冷循 环中供冷的蒸发器与用冷的用户连接起来，起到了在用冷者 和产冷者之间传递冷量的作用。 第二

24、章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 2. 优点 (1)可以将制冷系统集中在机房或者一个很小的范围内，使制 冷系统的管道和接头大大减少，便于密封和系统检漏； (2)制冷剂的充注量也大大减少； (3)在大容量集中供冷装置中采用载冷剂可解决冷量的控制和 分配问题，便于机组的运行营理； (4)便于安装，生产厂可以直接将制冷系统安装好，用户只需 要在现场安装好载冷剂系统。 第二章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 3. 选用原则 (1)在使用温度范围内呈液态， (2)凝固点低，挥发性好； (3)无毒、无刺激性，不易燃、无爆炸危险； (4)对金属腐蚀性小； (5)粘度小，相对密度小，传热性能好，比热容较大； (

25、6)化学稳定性好；价格低廉，易于获得。 4.水 只适用于载冷温度在0以上的场合 第二章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 5. 无机盐水溶液 (1) 基本性质 共晶温度 共晶浓度 (2) 蒸发温度比析冰温度 高58 (3)定期检测盐浓度 (4)需要添加防腐剂，如 （Na2Cr2O7,NaOH） 0 T W TE E 析冰线 析盐线 G 溶液 固体（冰 晶体盐） E 冰溶液 第二章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 6. 有机载冷剂 (1)有机液体载冷剂（冰点温度100 左右） 甲醇：冰点97 乙醇：冰点117 特点：比重大、粘性小、比热容小 其它：二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯乙烯（C2HCl3）和其他氟里 昂液体 (2)有机溶液载冷剂 甲醇、乙醇水溶液：比重和比热容均比其纯溶液高，它们的流动性都 比较好，都有挥发性和可燃性。 丙三醇水溶液(甘油)：对金属无腐蚀、无毒，可以和食品直接接触， 是良好的载冷剂 其它：乙二醇、丙二醇水溶液 第二章制冷剂 2.5 载冷剂和蓄冷剂 二、蓄冷剂 1.定义 蓄冷剂是冷的储蓄者，其作用是在某一时段内将制冷系统产生的冷 量贮存起来，供冷量用户在另一时段使用。蓄冷剂主要用于电网“移峰 填谷”的场合。 2.水 当水用作为蓄冷剂时是采用显热式蓄冷 3.冰 冰蓄冷主要是利用水的相态变化