制冷与低温的热力学基础

制冷与低温的热力学基础第一页，共一百二十二页，2022年，8月28日第一章

制冷与低温的热力学基础第一节制冷与低温原理的热工基础第二节制冷与低温工质第二页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷技术的主要分类：

低温制冷中温制冷高温制冷＜-60℃-60~0℃＞0℃1.制冷的主要分类第三页，共一百二十二页，2022年，8月28日2.制冷的主要方法制冷主要方法：化学法

半导体法热力循环法第四页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷的方法1）相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量的过程。液体气化、水冰或溶液冰的熔化、干冰升华

2）气体膨胀制冷：利用高压气体的绝热膨胀以达到低温，并利用膨胀后的气体在低压下的复热过程来制取冷量的过程。膨胀机膨胀：气体温降大，制冷量大，效率高节流阀膨胀：温降小，制冷量小，效率低。第五页，共一百二十二页，2022年，8月28日3）气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后被分离成冷、热两股气流，将分离出来的冷气流复热即可制取冷量。

4）热电制冷5）吸附制冷第六页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷与低温原理的热工基础热力学第一定律热力学第二定律热源驱动的逆向可逆循环——三热源循环物质状态变化(相变)制冷工程基本图表第七页，共一百二十二页，2022年，8月28日自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。

能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。1.1.1制冷与低温原理的热力学基础1.热力学第一定律制冷与低温原理的热工基础第八页，共一百二十二页，2022年，8月28日用符号U表示，单位是焦耳（J）热力学能1kg物质的热力学能称比热力学能用符号u表示，单位是焦耳/千克（J／kg）比热力学能热力学能热力学能和总能热力状态的单值函数。是两个独立状态参数的函数。状态参数，与路径无关。第九页，共一百二十二页，2022年，8月28日工质的总储存能内部储存能外部储存能热力学能总能动能位能

E－总能，Ek－动能Ep－位能

E=U+Ek+Ep

(1-2)内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观运动动能及位能的总和。若工质质量m，速度cf，重力场中高度z宏观动能

重力位能工质的总能(1-3)第十页，共一百二十二页，2022年，8月28日能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式作功借作功来传递能量总是和物体宏观位移有关。传热借传热来传递能量无需物体的宏观移动。功的形式:膨胀功,压缩功,推动功因工质在开口系统中流动而传递的功。对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。推动功只有在工质移动位置时才起作用。力学参数cf和z只取决于工质在参考系中的速度和高度能量的传递和转化(1-4)比总能第十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日图1-1a所示为工质经管道进入气缸的过程。工质状态参数p、v、T，用p-v图中点C表示。工质作用于面积A的活塞上的力为pA，工质流入气缸时推动活塞移动距离，作功pA=pV=mpv。m表示进入气缸的工质质量，这一份功叫做推动功。

1kg工质的推动功等于pv如图中矩形面积所示。第十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日图1-1b所示考察开口系统和外界之间功的交换。取一开口系统，1kg工质从截面1-1流入该热力系，工质带入系统的推动功p1v1，作膨胀功由状态1到2，再从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2v2。是系统为维持工质流动所需的功，称为流动功第十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日焓：气体内能和推动功的和用符号H表示，单位是焦耳（J）H=U+pV

(1-5)比焓

(1-6)

用符号h表示，单位是焦耳/千克（J／kg）焓是一个状态参数。焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。如：h=f(T,v)或h=f(p,T);h=f(p,v)

(1-9)焓第十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加

(1-10)闭口系统的能量平衡热力学第一定律的基本能量方程式工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则工质储存能的增加即为热力学能的增加ΔU

(1-11)热力学第一定律的解析式第十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体1.制冷循环的热力学分析热力学循环正向循环

热能转化为机械功逆向循环消耗功2.热力学第二定律第十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日热力学第二定律涉及的温度为热力学温度(K)

T=273.16+t

(1-29)

熵是表征工质状态变化时，与外界换热程度的一个导出的热力学状态参数。kJ／kg.k定义式

(1-30)

qrev是可逆过程的换热量，T为热源温度可逆过程1-2的熵增克劳修斯积分

=0绝热等熵过程＜0工质对外放热＞0工质从外界吸收热量

第十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日卡诺制冷机是热力理想的等温制冷机温熵图（T-S图）T-S图：在热力设备中，常用来计算工质和外界换热量大小第十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日过程1－2

压缩工质，同时放热至热源，维持制冷剂温度恒定

过程2－3

工质从热源温度Th可逆绝热膨胀到冷源温度Tc

过程3－4热量从冷源转移到工质中同时工质做功以使制冷剂维持一定的温度过程4－1

制冷剂从冷源温度可逆绝热压缩到热源温度第十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷工质向高温热源放热量(1-34)

制冷工质从低温热源吸热量

(1-35)

系统所消耗的功

(1-36)第二十页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷工质向高温热源放热量(1-34)

制冷工质从低温热源吸热量

(1-35)

系统所消耗的功

(1-36)卡诺制冷系数

(1-37)第二十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日卡诺热泵循环效率

(1-38)热力完善度

(1-39)第二十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日

以卡诺循环作为比较依据，第一类循环就是卡诺循环制冷机，而第二类循环则是理想的热源驱动逆向可逆循环——三热源循环。

图1-11两类制冷循环能量转换关系图

(a)以电能或机械能驱动

(b)以热能驱动

3.热源驱动的逆向可逆循环——三热源循环第二十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日物质状态变化与热量的关系4.物质状态变化(相变)第二十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日物质状态变化与压力的关系第二十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日物质的相变特性液体气化物质从液态变为气态的过程称为汽化。任何液体汽化时都要吸收热量。

在定压下单位质量液体气化时所吸收的热量称为汽化热r（单位为J/kg）。

r=h‘‘-h‘=T(s‘‘-s‘)

h‘‘表示气态比焓，h’表示液态比焓汽化热是随其汽化时的压力变化而变化的，汽化热随着压力的升高而降低,在临界压力时，汽化热为零,而在相同压力下，不同的液体其汽化热是不相同的。

第二十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷机的工作过程中，在低温下蒸发的制冷剂液体一般都是令高压液体经节流降压而得到的。较高压力的饱和液体节流降压后即进入两相区，并闪发出一定的饱和蒸气。

对于1kg制冷剂，液体全部转变为饱和蒸气时吸收的热量为分析可知,单位制冷量不仅与制冷剂的气化热有关，还随节流后的干度而变。制冷剂液体在节流膨胀前后压力变化范围越大，则节流过程中闪发的气体量越多，因而单位制冷量就越小。第二十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日固体的融化与升华制冷技术中常应用纯水冰或溶液冰的融化及干冰（即固体二氧化碳）的升华过程来制冷。

在水的三相点温度以下，冰可以直接升华为水蒸气，冰升华时的温度与相应的压力有关。

温度/℃0-25-50-75升华压力/kPa0.6163×10-33.87×10-30.116×10-3冰的升华压力和对应的升华温度

第二十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日冰和盐混合物的融化过程

冰和盐混合物的融化过程可以达到0℃以下的低温。冰盐冷却的物理过程如下：首先是冰吸热而融化，即在冰的表面上蒙了一层水膜，此时的温度为0℃。接着盐便溶解于水膜中，吸收一定的溶解热，因而使温度降低。此后，冰在较低的温度下融化，热交换是通过冰块表面上的盐水膜进行。当冰全部融化，盐全部溶解后便形成具有一定浓度的盐水溶液

第二十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日混合物的组成盐或酸的质量分数混合后的最低温度℃混合物的组成盐或酸的质量分数混合后的最低温度℃水和盐NaNO30.371-18.5NH4Cl0.231-5.1NaCl0.248-21.2NaNO30.429-5.3CaCl2·6H2O0.444-21.5Na2S2O3·5H2O0.524-8.0CaCl2·6H2O0.556-40.3CaCl2·6H2O0.714-12.4CaCl2·6H2O0.588-55NH4NO30.375-13.6雪或碎冰与双盐混合物NH4SCN0.571-18.0Na2SO4·10H2O+K2SO40.112+0.084-3.1KSCN0.600-23.7KCl+KNO30.190+0.035-11.8雪或碎冰和盐KCl+NH4Cl0.091+0.148-18.0CaCl2·6H2O0.291-9.0Na2NO3+KNO30.359+0.062-19.4CaCl20.231-11.0Na2SO4·10H2O+(NH4)2SO40.054+0.386-20.0KCl0.281-11.0NH4Cl+NH4NO30.115+0.270-22.5NH4Cl0.200-15.8NH4Cl+(NH4)2SO40.074+0.311-22.5NH4NO30.375-17.3KNO3+NH4NO30.049+0.404-25.0第三十页，共一百二十二页，2022年，8月28日溶液冰及其制取和应用

溶液冰是指由共晶溶液冻结成的冰，也称共晶冰。将共晶溶液充灌在密封容器里，并将它冻结成固体，即得到溶液冰。把这种容器移到需要冷却的地方，依靠吸收热量使共晶固体融化，就可使被冷却对象降温。在共晶固体未完全融化成液体之前，它的温度是不变的，称为共晶温度。共晶温度低于0℃的共晶冰，通常应用于无机械制冷的冷藏汽车中。共晶温度高于0℃的共晶冰，通常作为储能空调系统的储能介质。第三十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日

提供冷量４个部件需要冷媒在其中循环才能完成其功能.压缩机蒸发器膨胀阀单级蒸汽压缩制冷循环冷凝器物质状态变化第三十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日5.制冷工程基本图表第三十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日不同制冷剂都有相对应的压焓图第三十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日温度上升（下降）水显热水温度一定状态在变化潜热水温度上升（下降）显热蒸汽０℃水的状态变化（大气压下）１００℃1.显热2.潜热4.过冷和过热3.饱和温度和饱和压力举例:水作为制冷剂的热力学性质第三十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日第三十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日第三十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日第三十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日第三十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日每一种制冷剂都有相对应的压焓图

压-焓图

压-焓图纵坐标表示压力，横坐标表示比焓值。2.压-焓图拱状曲线代表制冷剂所有的饱和液体和饱和蒸气的状态，曲线上的最高点为临界点，是饱和蒸气和饱和液体的分界点。它左面的曲线为饱和液体线，它右面的曲线为饱和蒸气线。拱状线内的区域为两相区，饱和液体线左边的区域为过冷液体区，饱和蒸气线右边为过热蒸气区，临界点以上为超临界区。第四十页，共一百二十二页，2022年，8月28日压-焓图

压-焓图上，等压线和等比焓线是最简单的，分别为水平线和垂直线。纯物质的等温线在两相区为水平线，在过冷液体区为略向左上方延伸的上凹曲线，非常接近于垂直线。这是因为压力对过冷液体比焓值的影响很小的缘故。第四十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日在过热蒸气区，等温线是向右下方延伸的下凹曲线。温度较高的等温线在压力较低时也接近于垂直线，这是因为此时的制冷剂气体已接近于理想气体，因而比焓值与压力无关。在过热蒸气区，等比体积线和等比熵线都是向右上方延伸的下凹曲线，但等比熵线的斜率比等比体积线大。利用压-焓图查取热力学参数是很方便的

压-焓图

第四十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日一点：临界点C三区：液相区、两相区、气相区。五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s等比体积线v等温线t液相区两相区气相区第四十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日Lgp-h图的应用第四十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日

提供冷量４个部件需要冷媒在其中循环才能完成其功能.压缩机蒸发器膨胀阀Lgp-h图的应用举例:单级蒸汽压缩制冷循环冷凝器第四十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日气体高温高压液体低温低圧气体低温低压压缩机（压缩）●耗电做功使低温低压冷媒气体变为高温高压气体冷凝器（冷凝）●向空气放出冷媒的热量使气态冷媒变为液态节流阀（膨胀）●降低冷媒压力●调整冷媒流量蒸发器（蒸发）●空气吸收冷媒的冷量使液态冷媒变为气态液体高圧高温冷媒变化分析第四十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日Lgp-h图的应用:冷媒变化在图上的反映第四十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日第四十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日第四十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日第五十页，共一百二十二页，2022年，8月28日上节教学内容:10.28制冷与低温原理的热工基础:热力学第一定律热力学第二定律Lgp-h图的应用制冷与低温工质第五十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日本节教学内容:11.2第二章制冷与低温工质第三章单级压缩蒸汽制冷循环第五十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日第二章制冷工质

一、制冷剂的发展、应用与选用原则制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。蒸气制冷机中的制冷剂从低温热源中吸取热量，在低温下汽化，再在高温下凝结，向高温热源排放热量。所以，只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。第五十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。

乙醚是最早使用的制冷剂。1866年威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷剂。1870年卡尔·林德(CartLinde)用NH3作制冷剂。1874年拉乌尔·皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷剂。SO2和CO2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。SO2毒性大，但作为重要制冷剂曾有60年历史。CO2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达50年之久，1955年才被氟里昂所取代。第五十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日SO2沸点为-10℃，毒性大，它作为重要的制冷剂曾有60年之久的历史，后逐渐被淘汰。CO2的特点是在使用温度范围内压力特别高(例如，常温下冷凝压力高达8MPa)，致使机器极为笨重，但CO2无毒，使用安全，所以曾在船用冷藏装置中作制冷剂，此历史也延续了50年之久，直到1955年才被氟利昂制冷剂所取代。1929~1930年间汤姆斯·米杰里(ThomesMidgley)首先提出将氟利昂作为制冷剂用。卤代烃也称氟利昂（Freon，美国杜邦公司过去曾长期使用的商标名称）是链状饱和碳氢化合物的卤代衍生物的总称。氟利昂制冷剂的种类很多，它们之间的热力性质有很大区别，但在物理、化学性质上又有许多共同的优点，所以，得到迅速推广，成为制冷业发展的重要里程碑之一。

第五十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日在卤代烃制冷剂中，R11、R12、R13、R14、R113、R114等都是全卤代烃，即在它们的分子中只有氯、氟、碳原子，这类氟利昂称氯氟烃，简称CFCs；如果分子中除了氯、氟、碳原子外，还有氢原子（如R22），称氢氯氟烃，简称HCFCs；如果分子中没有氯原子，而有氢原子、氟原子和碳原子，称氢氟烃，简称HFCs。第五十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日南极臭氧空洞的变化制冷剂与大气环境第五十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日

大气平流层的臭氧层是人类及生物免遭短波紫外线伤害的天然保护伞。(1)大气臭氧层的耗减甚至出现空洞将会引起人们的皮肤癌、白内障等发病率的上升；(2)会减退人类的免疫功能；(3)引起农产品如大豆、玉米、棉花、甜菜等减产；(4)会杀死水中微生物而破坏水生物食物链，使渔业减产。(5)此外，CFCs的大量排放，还会助长温室效应，加速全球气候变暖。第五十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日氟利昂类制冷剂中，凡分子内含有氯或溴原子的制冷剂对大气臭氧层有潜在的消耗能力。为描述对臭氧的消耗特征及其强度分布，通常使用ODP值。ODP值（OzoneDepletionPotential）表示对大气臭氧层消耗的潜能值，以R11（CFC11）作为基准值，其值被人为地规定为1.0。这类制冷剂不仅要破坏大气臭氧层，还具有全球变暖潜能（GlobalWarmingPotential，简称GWP）。具有全球变暖效应的气体称为温室气体。作为基准，人们也选用R11(CFC-11)的值为1.0，其符号为HGWP。表2-12给出了一些制冷剂的ODP值、HGWP值和GWP值，也曾经用二氧化碳作为基准，值为1.0第五十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日表2-12一些制冷剂的ODP值和GWP值制冷剂代号GWP(CO2=1.0)ODP制冷剂代号GWP(CO2=1.0)ODP制冷剂代号GWP(CO2=1.0)ODPR1147001.0R1246090.022R161120R12108901.0R12535000R290～200R2218100.055R134a14300R50247000.23R23147600R142b23100.065R600a~200R326750R143a44700R717<1

0R123770.02R152a11240R74410从上述讨论可以看出，传统制冷剂R11，R12不仅ODP值很高，而且GWP值也很高，是大气环境极不友好的制冷剂，因此要被禁止使用。作为替代R12的新制冷剂R134a，虽然其ODP值已经是０，但仍有较高的GWP值，要造成全球变暖效应。一些自然制冷剂如R600a，R717，R290等，它们既不破坏大气臭氧层，又不导致全球变暖，是环境“友好”制冷剂。第六十页，共一百二十二页，2022年，8月28日1974年美国加利福尼亚大学的莫利纳（M.J.Molina)和罗兰(F.S.Rowland)教授首指出卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层。1995年的诺贝尔化学奖授予了这两位教授以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出贡献。1987年联合国环保组织在加拿大的蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，国际上正式规定了逐步削减CFCs生产与消费的日程表。第六十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日为了加快淘汰步伐，逐步限制使用的时间表在不断地提前。到1995年12月在维也纳召开的《蒙特利尔议定书》缔约国第七次会议为止，国际上对CFCs和HCFCs物质限制日程表要点如下：1、对CFCs，包括CFC11、CFC12、CFC113、CFC114、CFC115等氯氟烃物质：对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg）最后停用的日期是2010年。第六十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日2、对HCFCs，包括HCFC22、HCFC142b、HCFC123等：对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。以上时间表还可能再提前。（2007年第19次会议确定提前）第六十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日1992年我国政府正式宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》。1993年批准了《中国消耗大气臭氧层物质逐步淘汰国家方案》。第六十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日1.热力学性质方面(1)工作温度范围内有合适的压力和压力比。(2)单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。(3)比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。蒸发压力≧大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大(4)等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。作为制冷剂应符合的要求

第六十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日3.物理化学性质方面

4.其它

(1)无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好。(3)对大气环境无破坏作用。ODP,GWP

原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。2.迁移性质方面(1)粘度、密度尽量小。(2)导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。第六十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日1.2.2制冷剂命名制冷剂按其化学组成主要有五类:

第六十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日字母“R”和它后面的一组数字或字母表示制冷剂根据制冷剂分子组成按一定规则编写1.无机化合物

2.氟里昂和烷烃类:氟里昂的分子通式CmHnFxClyBrz

简写符号规定为R7()()括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。如氨，R717简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。正丁烷和异丁烷例外，用R600和R600a(或R601)表示编写规则制冷剂的简写符号第六十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1-4制冷剂符号举例

化合物名称分子式m、n、x、z值简写符号一氟三氯甲烷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=0R290R(m-1)(n+1)(x)B(z)第六十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日3.非共沸混合工质简写符号为R4()()括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别4.共沸混合工质简写符号为R5()()括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始5.环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。第七十页，共一百二十二页，2022年，8月28日1.2.3制冷剂的物理化学性质及其应用1.安全性(1)毒性

虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。2.热稳定性1.安全性4.与润滑油的互溶性5.与水的溶解性物理化学性质3.对材料的作用第七十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–6制冷剂的毒性指标给出常用制冷剂TLVs或AEL值制冷剂代号TLVs或AELppm·hr制冷剂代号TLVs或AELppm·hr制冷剂代号TLVs或AELppm·hr111000124500290100012100012510005001000221000134a10005021000231000142b1000600a1000321000143a1000717112310152a10007181000美国工业与环境卫生专家大会用TLVs(ThresholdLimitValues)指标作为毒性指标;美国杜邦公司用AEL(AllowableExposureLimit)作为毒性指标.上述两个指标数量非常接近,如果这些指标的数值不小于1000,则认为这种制冷剂是无毒的.

第七十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日(2)燃烧性和爆炸性在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，则范围越宽越易燃。(3)安全分类表1–8与表1–9分别给出了6个安全等级的划分定义和一些制冷剂的安全分类。

2.热稳定性制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。爆炸极限第七十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–7一些制冷剂的易燃易爆特性制冷剂代号爆炸极限(容积%)制冷剂代号爆炸极限(容积%)制冷剂代号爆炸极限(容积%)11None124

None2902.3-7.312

None125

None500

None22

None134a

None502

None23

None142b6.7-14.9600a1.8-8.43214-31143a6.0-na71716.0-25.0123

None152a3.9-16.9718

None注：None表示不燃烧，na表示未知。

第七十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–8ASHRAE34-1992以毒性和可燃性为界限的安全分类

毒性可燃性TLVs值确定或一定的系数，制冷剂体积分数≥4×10-4TLVs值确定或一定的系数，制冷剂体积分数<4×10-4无火焰传播不燃A1B1制冷剂LFL>0.1kg/m3,燃烧热<19000kJ/kg低度可燃性

A2

B2制冷剂LFL≤0.1kg/m3,燃烧热≥19000kJ/kg高度可燃性

A3

B3低毒性高毒性LFL燃烧下限第七十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–9一些制冷剂的安全分类

制冷剂代号安全分类制冷剂代号安全分类制冷剂代号安全分类11A1124

A1290

A312

A1125

A1500

A122

A1134a

A1502

A123

A1142b

A2600a

A332

A2143a

A2717

B2123B1152a

A2718

A1第七十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日1.2.3制冷剂的物理化学性质及其应用2.热稳定性1.安全性4.与润滑油的互溶性5.与水的溶解性物理化学性质3.对材料的作用第七十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日3.对材料的作用正常情况下，卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材料不起作用。只在某种情况例如水解作用、分解作用等下，一些材料才会和制冷剂发生作用。“镀铜”现象当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被溶解的铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀。氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润”作用(变软、膨胀和起泡)，故在制冷系统中要选用特殊橡胶或塑料。第七十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日4.与润滑油的互溶性对每种氟利昂存在一个溶解临界温度，即溶解曲线最高点的温度,高于该点为互溶，不会出现分层现象图1-18制冷剂与润滑油的溶解曲线)互溶部分溶解微量溶解第七十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日制冷剂与油溶解会使润滑油变稀，影响润滑作用，且油会被带入蒸发器中影响到传热效果。若制冷剂与油不相溶解，可以从冷凝器或贮液器将油分离出来，避免油带入蒸发器中降低传热效果。常温下氟利昂与矿物润滑油溶解关系可用经验公式判别n1,n2,n3,n4分别表示氟,氯,氢溴的原子数互溶(Z≤1/2)部分溶解(1/2≤Z≤2/3)微量溶解(Z>2/3)第八十页，共一百二十二页，2022年，8月28日1.2.3制冷剂的物理化学性质及其应用2.热稳定性1.安全性4.与润滑油的互溶性5.与水的溶解性物理化学性质3.对材料的作用6.泄漏性第八十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日5.与水的溶解性“冰堵现象”

当温度降到0℃以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。第八十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日第八十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–10水分在一些制冷剂中的溶解度（25℃）

制冷剂代号溶解度(质量%)制冷剂代号溶解度(质量%)制冷剂代号溶解度(质量%)110.00981240.07290na120.011250.075000.05220.13134a0.115020.06230.15142b0.05600ana320.12143a0.081230.08152a0.17注：na表示没有找到可用的数据。第八十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日6.泄漏性氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏

氟利昂无色无臭，卤素喷灯和电子检漏仪检漏第八十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃

单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2

氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀,同时减小制冷量以任意比与水互溶,但在矿物润滑油中的溶解度很小系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)

1.2.4常用制冷剂1.无机物氨第八十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日第八十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日第八十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日2.氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷CF2Cl2）沸点-29.8℃，凝固点-158℃。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001%常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。对天然橡胶和塑料有膨润作用。有很高的ODP和GWP值(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥和清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。1.2.4常用制冷剂第八十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日第九十页，共一百二十二页，2022年，8月28日第九十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日第九十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日(3)R11（一氟三氯甲烷CFCl3）沸点23.8℃，凝固点-111℃。毒性比R12更小，安全。水在R11中的溶解能力与R12相接近。对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似。与明火接触时，较R12更易分解出光气。(4)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）沸点-40.8℃，凝固点-160℃。毒性比R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。属于HCFC类制冷剂，也要被限制和禁止使用。

对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12相似。化学性质不如R12稳定，对有机物的膨润作用更强。部分与矿物润滑油互溶。溶水性稍大于R12，系统内应装设干燥器。第九十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日根据《蒙特利尔议定书》的约定，发达国家将于2020年全面禁止使用R22制冷剂，发展中国家定于2030年全面停止使用R22制冷剂。世界各国均在加快替代R22的步伐，当前最热门的替代品是R410A和R407C制冷剂。第九十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日第九十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日第九十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日3.碳氢化合物(1)R600a（异丁烷i-C4H10）(2)R290（丙烷C3H8）沸点和凝固点比R600a低，蒸气压较高和容积制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均与R600a相似。沸点-11.73℃，凝固点-160℃。毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。与矿物润滑油能很好互溶，与其他物质的化学相溶性很好，与水的溶解性很差。第九十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日R22另一种新型替代品R290（丙烷）

物化性质：丙烷CH3CH2CH3（R290），分子量44.9，沸点-42.2℃，临界温度96.67℃，临界压力4.24Mpa，蒸气压(25℃)0.475MPa，

破坏臭氧潜能值（ODP）为0，全球变暖系数值（GWP）为0.01。

主要应用：高纯级R290用作感温工质；优级和一级R290可用作制冷剂替代R22、R502，与原系统和润滑油兼容。

第九十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日“国家节能环保制冷设备工程技术研究中心”——珠海格力电器股份有限公司承担的国家商务部“采用自然环保工质R290（丙烷）研发高效节能空调器”项目，通过了中国家用电器协会组织的专家组验收，达到国际先进水平。第九十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日4.混合制冷剂(1)共沸制冷剂共沸制冷剂特点：一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。一定蒸发温度下，共沸制冷剂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。共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。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。第一百页，共一百二十二页，2022年，8月28日表1–11几种共沸制冷剂的组成和沸点

代号组分质量成分分子量沸点(℃)共沸温度各组分的沸点(℃)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第一百零一页，共一百二十二页，2022年，8月28日(2)非共沸制冷剂一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A(泡点)，再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C(露点)时全部蒸发完成为饱和蒸气。泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移

图2–2非共沸制冷剂的T-ξ图

第一百零二页，共一百二十二页，2022年，8月28日第一百零三页，共一百二十二页，2022年，8月28日第一百零四页，共一百二十二页，2022年，8月28日格林柯尔制冷剂具有节能的特性，按节能２０％计算，应用１万吨格林柯尔制冷剂，每年可减少发电厂二氧化碳的排放量３０００万吨。

直接注入也是格林柯尔制冷剂的一大特点。格林柯尔制冷剂所独有的与原来的润滑油完全兼容的特点，使其成为唯一不需要更换任何原有制冷设备、不做调整就可投入使用的制冷剂，这一点，避免了因制冷剂替换造成的巨大设备浪费而给用户带来的不必要的经济损失。这一优点，尤其适用于发展中国家。对于发展中国家，由于经济能力等多方面的限制，政府和制冷空调用户迫切要求能够直接补充的制冷剂。只有这样才能在无需增加额外投资的情况下，解决在发展中国家的氟里昂替代问题。第一百零五页，共一百二十二页，2022年，8月28日第一百零六页，共一百二十二页，2022年，8月28日1984年天津大学热能工程系研究生毕业，

1985-1988年天津大学热能研究所从事科研，

1988年9月发明格林柯尔制冷剂（greencool），

顾雏军

1989年下海经商，

1990年在英国成立首家分销公司，

1993年业务拓展至美国，

1995年成立格林柯尔中国有限公司(在天津建立制冷剂厂)第一百零七页，共一百二十二页，2022年，8月28日顾雏军，格林柯尔集团的创办人，曾于天津大学任教，是顾氏制冷剂的发明者。曾任格林柯尔科技控股有限公司董事会主席、格林柯尔制冷剂（中国）有限公司董事长、顺德格林柯尔企业发展有限公司执行董事、广东科龙电器股份有限公司董事局主席和合肥美菱股份有限公司董事长。顾雏军从格林柯尔香港创业板上市到收购科龙，继收购国内企业亚星客车、ST襄轴进军汽车产业后，再次收购欧洲汽车配件公司和汽车设计公司，得以打通客车从设计到零部件再到整车生产的整个产业链。一直以来，媒介、学界对顾雏军的怀疑未见消停。生活在质疑阴影中的顾雏军不改初衷、我行我素。

顾雏军2005年1月登上了第二届“胡润资本控制50强”的榜首。2005年9月顾雏军正式被捕，2008年因虚假注册、挪用资金等罪一审获判有期徒刑十年第一百零八页，共一百二十二页，2022年，8月28日第一百零九页，共一百二十二页，2022年，8月28日第五节载冷剂

一载冷剂的作用及选用原则二盐水

三有机载冷剂

第一百一十页，共一百二十二页，2022年，8月28日一、载冷剂的作用及选用原则

采用载冷剂的优点可使制冷系统集中在较小的场所，因而可以减小制冷机系统的容积及制冷剂的充灌量；且因载冷剂的热容量大，被冷却对象的温度易