第三节制冷剂和冷冻机油

1、1第三节 制冷剂和冷冻机油船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant一、制冷剂Refrigerant的性质二、载冷剂的性质(了解)三、冷冻机油Refrigeration Oil的性质Secondary Refrigerant, Refrigerating Medium冷剂命名规则，冷剂标准沸点、溶水性、溶油性、绝缘性等，ODP，GWP。对冷冻机油的要求，使用、储存注意事项。2船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant一、制冷剂在制冷装置内完成热力循环的工质。1. 制冷剂的种类和编号(1)

2、 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3船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(1) 无机化合物Inorganic CompoundR717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例4船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(2)饱和烃的卤化物(氟利昂Freon)R22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R(m1)(n+1)

3、x(a,b)Bz举例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)Halocarbon RefrigerantsR125船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(3)碳氢化合物(烃类) HydrocarbonR50R170R1150R1270编号与氟利昂编号方法相同举例甲烷(CH4)乙烷 (C2H6)R1+氟利昂编号方法编号举例乙烯 (C2H4)丙烯 (C3H6)烷烃类烯烃类6船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(4) 共沸(液体)制冷剂Azeotropic Mixtu

4、re Refrigerant= R152a/R12(26.2/73.8)= R22/R115 (48.8/51.2)质量百分比组成 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。编号R5XX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。7船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant(5) 非共沸(液体)制冷剂Nonazeoropic Mixture Refrigerant组成 由两种或两种以上的制冷剂按一

5、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。编号R4XX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(%)8船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant制冷剂综述制冷的发展经历了三个阶段：第一阶段：从1830年到1930年，主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，主要出于安全性的考虑，尽管使用了一百

6、年之久，当出现了CFCS和HCFCS制冷剂后，还是当机立断，实现了重大的第一次转轨。9船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant制冷剂综述制冷的发展经历了三个阶段：第二阶段：从1930年到1990年，主要采用CFCS和HCFCS制冷剂。使用了60年后，发现这些制冷剂破坏臭氧层。出于环保的需要，不得不被迫实现第二次转轨。10船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant制冷剂综述制冷的发展经历了三个阶段：第三阶段：从1990年至今，进入以HFCS制冷剂为主的时期。目前，国外有些专家担忧，会不会

7、过了若干年后，又发现HFCS制冷有什么新的问题，特别是由于HFCS制冷剂的GWP大都在1000以上，又重蹈第二阶段经历了60年之后才发现释放了大量破坏臭氧层气体的错误。11船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant关于环保问题：大气是地球上生命赖以生存的最重要的条件之一，它是由几层空气组成的，其作 用就好比是一张过滤器，除了能阻止太阳光的有害辐射外，还能防止地球表面温度向太空散 发，这种作用称为温室效应Greenhouse Effect，它是生命存在的必要条件。但是因为空气的污染，一方面使得大气密集在地球周围以至地表温度上升，导致了气候的变

8、化；另一方 面污染又使得大气臭氧层产生空洞，造成地球直接暴露在太阳光的有害辐射之下。12船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant含氯的氟里昂(CFC、HCFC)在高空分离出Cl离离子，破坏臭氧层子，破坏臭氧层Ozone Layer，使太阳光紫外线失去对臭氧层的屏蔽作用。对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值ODPOzone Depletion Potential表示。产生温室效应的影响大小用全球变暖潜能值GWPGlobal Warming Potential表示。13船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refriger

9、ation Plant制冷空调行业界认为：应全面正确衡量制冷剂对全球气候变化的影响，除了制冷剂的GWP值外，空调制冷系统将会以另一种方式对全球变暖起作用，即由于这些系统均需依靠来自电力或化石燃料的消耗来维持运行，而煤、石油和天然气燃料生产电力时都产生CO2，因而也会对全球变暖起作用。 因此，提出了变暖影响总当量变暖影响总当量TEWITEWITotal Equivalent Weight Impress的指标，它考虑了这两种主要方式，也就是制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自

10、何处。14船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant国际上对各类制冷剂的使用规定CFC：1996年禁用，发展中国家到2006年HCFC：2016年冻结在2015年的水平，工业化国家2020(其它国家2040)年禁用。15船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant中国最终淘汰消耗臭氧层物质(ODS)时间表家电行业家电行业： 1999年实现40%新生产冰箱、冷柜的替代； 2003年完成70%新生产冰箱、冷柜的替代； 汽车空调行业汽车空调行业： 自2001年12月31日起禁止所有新空调车中使用

11、CFC-12，并逐步削减在用车的CFC消费量。 2009年后只允许使用回收的CFC。 工商制冷行业工商制冷行业： 透平式制冷机生产在2003年停止CFC-11/12的新灌装； 2010年停止CFC-11/12维修补充的再灌装。 泡沫行业泡沫行业： 2005年前完成PSPE挤出泡沫和PU垂直/水平泡沫工艺中使用的ODS替代； 2007年前完成PU板材、管材泡沫工艺中使用ODS替代； 2010年前实现PU喷涂和箱式工艺中使用的ODS替代。16船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant21世纪绿色环保制冷剂的展望 1. HFC类制冷剂的实用化适用

12、于HFC制冷剂的脂类油(POE)，价格昂贵，润滑性较差，特别是吸水性和水解性强，凡POE油含水量大于5001 000ppm的，多半要失败。由于POE油是一种比制冷剂更好的溶剂，因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切屑油和清洗液等流体，否则由于与制冷剂/油的化学反应，会形成腊状物质，造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的POE油；PVE油由于有优良的润滑性和的水解性，也有待开发。 改进设备设计，提高能效是必然趋势。通过能效的提高，可减轻或抵消由于HFC排放引起的温室效应。17船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant21世

13、纪绿色环保制冷剂的展望 2. 天然制冷剂的推广与实用化 NH3是一种传统工质，其优点是ODP=0、GWP=0、价格廉、能效高、传热性能好、易检漏、含水量余地大、管径小，但其毒性需认真对待，今后必须找到更好的安全办法。但其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。NH3会有更大的空调市场份额。 CO2优点也是ODP=0、GWP值为1。主要问题是其临界温度低(31)，因此能效低，而且它是一种高压制冷剂，系统的压力较现有的制冷剂高很多。CO2制冷剂可能应用的领域有以下三个方面。第一是CO2超临界循环的汽车空调。第二是CO2热泵热水加热器。第三是在复叠式制冷系统中，CO2用作低压级制冷

14、剂，高压级用NH3或HFC-134a作制冷剂。18船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant21世纪绿色环保制冷剂的展望 3. 新一代替代工质的开发与实用化 从热力学角度说，新的高效、绿色环保制冷剂，必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容。总之，为了适应环保的要求，21世纪制冷空调行业的发展方向是：绿色环保，高效节能，减少排放，加强回收，研究开发。19船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant2.对制冷剂的一般要求：1)适当的压力比(蒸发对应的压力大于1atm)，以防空气漏入系统。2)临

15、界温度Critical Temperature要高。3)使用大中型活塞式压缩机Reciprocating Comp.，冷剂的q0和qv应大；小型机(离心式Centrifugal Comp.)小尺寸不易制造，q0和qv应小。4)w0和wv应小，循环效率要高。5)压缩终了温度不能太高(润滑恶化、冷剂分解)。Decompound20船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant6) 粘度和比重小(流阻)。7)放热系数大(减小换热器体积)。8) 化学稳定性和热稳定性好。9)不易燃爆，对人体、食品和环境无害。(毒性分6级，6级毒性最小)(氟里昂遇到明火产

16、生光气(COCl2)10) 价格低廉，易于补给。21船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant3.常用制冷剂及其性质CCl4(R10)CH4 (R50)CF4 (R14)稳定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中间大氯氟烃CFC氢氟烃HFC含氢氯氟烃HCFCChlorine: 氯氯Fluorine: 氟氟Carbon: 碳碳Hydrogen: 氢氢22船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration PlantCCl3 CCl3(R110)CH3 CH3(R170)CF3 CF3(R116)23船舶辅机第12章

17、 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant制冷剂制冷剂R22R22R12R12R134aR134aR717R717分子式分子式CHClFCHClF2 2CClCCl2 2F F2 2CHCH2 2FCFFCF3 3NHNH3 3分子量分子量68.4868.48120.0120.0102.0102.017.0317.03标注大气压沸点标注大气压沸点( (o oC)C)40.840.829.829.826.526.533.433.4临界温度临界温度( (o oC)C)9696112112100.6100.6132.4132.4临界压力临界压力( (MPa) )

18、4.9634.9634.124.123.943.941.321.32液体密度液体密度( (kg/m3)()(25 OcOc) )1193.51193.51309130912061206602.7602.7液体比热液体比热( (kg/kgK)()(25 o oC)C)1.251.250.9710.9711.1891.1894.354.35蒸气定压比热蒸气定压比热( (kg/kgK)()(25 o oC)C)0.7310.7310.6150.6150.7910.7913.193.19标准沸点气化潜热标准沸点气化潜热kJ/kgkJ/kg233.7233.7165.3165.3219.8219.813

19、681368凝固点凝固点( (o oC)C)160160155155101.0101.077.777.7饱和压力饱和压力MPa 15 o oC C + + 30 o oC C0.2990.2990.1820.1820.1640.1640.2360.2361.2011.2010.7430.7430.7710.7711.1671.167+ + 30 o oC/ C/ 15 o oC C压力差压力差0.8950.8950.5610.5610.6070.6070.9310.931+ + 30 o oC/ C/ 15 o oC C压力比压力比4.044.044.084.084.74.74.944.94比

20、容比容m3/kg ( (15 o oC)C)0.0780.0780.0930.0930.1200.1200.5080.50824船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant制冷剂制冷剂R404aR404aR407cR407c替代目标替代目标R505,R22R505,R22R505,R22R505,R22分子量分子量94.7194.7186.286.2沸点沸点(1atm)(1atm)-47.4-47.4-43.56-43.56液体密度液体密度(25(250 0C) kg/cmC) kg/cm2 21048104811341134蒸气压力蒸气压力

21、(kPa)(kPa)1255125511741174液体比热液体比热(25(250 0C)(kJ/kgK)C)(kJ/kgK)1.541.541.541.54蒸发潜热蒸发潜热(1atm (1atm 25250 0C)(kJ/kgK)C)(kJ/kgK)0.8670.8670.8290.829液体热导液体热导(25(250 0C)(W/mK)C)(W/mK)0.06830.06830.08190.0819临界温度临界温度( (0 0C)C)72.172.186.7486.74临界压力临界压力(kPa)(kPa)3732373246194619ODPODP0 00 0GWPGWP326032601

22、526152625船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant分子量分子量94.85正常沸点正常沸点 -45.48临界温度临界温度 93.10临界压力临界压力 MPa4.5125汽化潜热汽化潜热153.425密密度度 kg/m3饱和液饱和液 1155.025定压比定压比热容热容 KJ/KG.K饱和液饱和液1.37饱和气饱和气 59.79饱和气饱和气1.06导热系导热系数数 mW/M.k25饱饱和液和液74.51粘度粘度 MPa.s25饱和饱和液液0.1576-20饱和气饱和气9.568-20饱饱和气和气0.01093臭氧破坏潜能值臭氧破坏潜能

23、值0.02全球变暖系数值全球变暖系数值8C易溶， 8C不易溶)。R717微溶于油。R134a难溶普通滑油，使用专用油。28船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant关于制冷剂的其他详细特性请参阅教材，下面介绍溶水性、溶油性、禁用材料：禁用材料：R22天然橡胶氯丁橡胶、丁基橡胶R717锌、铜及合金(磷青铜除外)R134a普通橡胶氢化丁橡胶、氯化橡胶29船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant二、载冷剂Secondary Refrigerant, Refrigerating Medium 在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质要求(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30船舶辅机第12章 船舶制冷装置船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant水：用于大型空调制冷系统中盐水溶液液体冰与液体盐与液体固体析冰线析盐线共晶浓度共晶点A-B-EG-EEEAAFGEC1BCC2DtEtCtB0 x1x2m1m2t1E2乙二醇乙二醇(CH2