第三章 制冷工质

第三章制冷剂载冷剂和润滑油1第一节制冷剂一、制冷剂（制冷工质）1.制冷剂：在制冷系统中循环，且不断产生相态变化，以实现制冷的物质。又称制冷“工质”。

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。

制冷剂是制冷系统中循环流动的工作介质通过蒸发器从被冷却介质吸热，并将热量传输到冷凝器向冷却介质放热是制冷循环中热量传递的载体是实现制冷从低温环境向高温环境传热的载体22.制冷剂分类：1834年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)用氨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。1930年出现了氟利昂1950年出现了两种氟利昂组成的共沸制冷剂1960年出现了非共沸制冷剂3（1）按物质种类分

无机化合物

烃类

烷烃有机化合物烯烃

卤代烃（氟利昂）

混合溶液（2）氨制冷温度分高温制冷剂：R11R113R114R21>0℃中温制冷剂：R12R22R717R502R134a-70～0℃低温制冷剂：R13R14<-70℃4命名方法：R7**例：氨NH3——

水H2O——

二氧化碳CO2——**为无机物的分子量R717R718R744二、制冷剂命名1.无机化合物字母“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制冷剂命名：52.卤代烃（氟利昂）

分子式：CmHnFxClyBrz

（满足2m+2=n+x+y+z）1）命名法一：R(m-1)(n+1)(x)B(z)例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------

一溴三氟甲烷分子CF3Br--------

四氟乙烷分子C2H2F4------------m-1=0时略z=0时与B一起略R22R13B1R134a6为简单定性判别制冷剂对臭氧层的破坏能力

将氯氟烃类物质代号中的R改用字母CFC氢氯氟烃类物质代号中的R改用字母HCFC氢氟烃类物质代号中的R改用字母HFC碳氢化合物代号中的R改用字母HC，数字编号不变2）命名法2：7区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。CFC——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层禁用HCFC——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质属于过渡性物质HFC——氢氟化碳，不含氯，无公害可作为替代物，待研究开发例：CF2Cl2—————CFCl3—————CHF2Cl—————C2H2F4————R12R11R22R134aCFC12CFC11HCFC22HFC134a8氟里昂与臭氧层离地球表面高度大约15-25km处，集中了大气中的70％的臭氧，这一层大气圈称为臭氧层。几乎全部吸收了对人体有害的太阳紫外线，形成了地球上生物和人类生存繁衍的保护伞，是一道天然屏障。

(1)臭氧层91974年，罗兰教授和莫利纳博士在《自然》杂志上发表文章指出，紫外线照射使氯氟烃化合物分解出氯原子，与臭氧进行连锁反应，使臭氧层遭到破坏，危及人类的健康和生态平衡。

CF2Cl2→CF2Cl+ClCl+O3→ClO＋O2ClO＋O→Cl＋O210近年来，人们还发现卤代烃分子中如同时存在氢原子与氯原子，则氢原子能减弱氯原子对臭氧层的破坏。从代号上直接反映对臭氧层破坏，将卤代烃分成CFC、HCFC、HFC、HC、及FC等五类。CFCChloro－Fluoro－Carbon对大气臭氧层破坏最大的一类。R11(CCl3F)R12(CCl2F2)HCFC，是对大气层有一定破坏的一类，属于过渡性使用物质。R22(CHClF2)HFC、HC、及FC均不含氯原子，不存在对臭氧层的破坏问题。R134a(CF3CHF2)R14(CF4)R290(C3H8)11(2)ODP与GWPODP表示消耗臭氧层潜能值。GWP表示全球变暖潜能值。ODP及GWP值越小，则制冷剂对环境的影响越小。ODP值小于或等于0.05和GWP值小于或等于0.5的制冷剂是可以接受。

R111.0/1.0R220.04/0.32R134a0/0.2512(3)制冷剂TEWI

评价某种制冷剂在制冷系统运行若干年而造成对全球变暖的影响。英文TotalEquivalentWarmingImpact的缩写，总体温室效应。造成温室原因制冷剂泄漏所致制冷剂回收不彻底所致制冷装置耗电所致(火力发电造成的CO2排放)。13采用GWP值低的制冷剂力求减少制冷系统的泄漏降低制冷系统的制冷剂充注量在制冷装置维修或废弃时提高制冷剂的回收率提高制冷系统的COP（制冷系数）值已降低能耗提高火力发电厂的效率以降低单位发电量的CO2的排放(4)降低TEWI的方法143.烃类（碳氢化合物）

烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8;烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；◆烷烃类命名方法:

与氟利昂相同(丁烷例外，为R600）

CH4——，C2H6——C3H8——；◆烯烃类命名方法：

R后先写上“1”，再按氟利昂方法：

C2H4——，C3H6——;R50R170R290R1150R127015表1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=0R290简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)分子通式：CmHnFxClyBrz164.混合溶液（混合制冷剂）概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。类型：①共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度固定不变，气液相组分相同。

命名：R5**

②非共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度改变，造成气液相组分不同。

命名：R4****为发现的顺序：R400、R401、R402、…R411**为发现的顺序：R500、R501、R502……R509概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。类型：①共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度固定不变，气液相组分相同。

命名：R5**

②非共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度改变，造成气液相组分不同。

命名：R4****为发现的顺序：R400、R401、R402、…R411概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。类型：①共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度固定不变，气液相组分相同。

命名：R5**

②非共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度改变，造成气液相组分不同。

命名：R4****为发现的顺序：R400、R401、R402、…R41117已发现具有共沸特征的混合物不到50种。其中满足作为制冷剂性质要求的仅十种。在所列共沸制冷剂中，已有显著商业应用的只有三种：R500，R502和R503特点：1、可以象纯质一样使用方便。

2、沸点降低，蒸发压力对应升高，可以扩大应用温度范围和提高单位容积制冷量。

3、混合物其它性质方面也取决于其组分物质好的性质。如稳定性、排气温度、溶油性等

4、配比一定，充注时要求高。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开始共沸混合制冷剂181、最初是研究出于节能目的，在蒸发和冷凝过程中由于温度是变化的，减少了冷凝过程和蒸发过程中的传热温差，提高循环的热力完善度2、降低制冷循环压缩比，使单级压缩制冷循环获得更低的蒸发温度3、使用非共沸制冷剂的制冷装置发生制冷剂泄漏时，剩余在系统中的混合物的浓度就会改变，需要通过计算来确定两种制冷剂的冲灌量。这是使用非共沸混合制冷剂比较麻烦的一个方面。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非共沸混合制冷剂191.热力学性质方面2.迁移性质方面(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小，循环效率高。易于蒸发蒸发压力≧大气压力，蒸发温度低易于液化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。(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。三、制冷剂的要求203.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。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。21四、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)燃烧性和爆炸性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。223.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)，制冷系统要选用特殊橡胶或塑料。234.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制冷剂与润滑油的溶解曲线)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。245.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。

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25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，不需加干燥器在矿物润滑油中的溶解度很小，需设分油设备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)

价格便宜，以购买五、常用制冷剂1.无机物氨262.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。在水中溶解度小，系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001%，应设干燥器。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。(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。沸点-26.2℃，凝固点-101℃27(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。283.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，蒸发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。294.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。

30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/-47.731沸点-33.5℃，ODP值较高。1)共沸制冷剂R500

可代替R12用于活塞式制冷机沸点-45.4℃，ODP值较高。溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上有较好的溶油性。沸点-88℃，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODP值较高。适用于复叠式制冷机的低温级。沸点-46.7℃，ODP值为零。不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。2)共沸制冷剂R502

可代替R22用于获得低温3)共沸制冷剂R503可代替R13使用4)共沸制冷剂R507用R502的场合都可用R507替代321)非共沸制冷剂R401A和R401B性能与R12较接近。能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。可作为过度性替代物泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油低温工况下，容积制冷量比R22要低得多。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。泡露点温差仅0.2℃，可称之为近共沸混合制冷剂。具有与共沸混合制冷剂类似的优点。不能直接用来替换R22的制冷系统。3)非共沸制冷剂R410A两元混合制冷剂

2)非共沸制冷剂R407C三元非共沸混合制冷剂

（2）非共沸制冷剂33指间接冷却系统中传递热量的物质也称“冷媒”。(制冰池中的盐水，就是常用的载冷剂)第二节载冷剂一.载冷剂3435无毒、无腐蚀性比热容大粘度小、密度小凝固点低在使用温度范围内呈液态化学稳定性好，价格低廉,容易获得二.作为载冷剂物质的要求无毒、无腐蚀性比热容大粘度小、密度小凝固点低在使用温度范围内呈液态化学稳定性好，价格低廉,容易获得二.作为载冷剂物质的要求36当蒸发器距离被冷却对象较远，或在氨制冷系统中为了避免制冷剂对被冷却对象造成污染，可利用载冷剂来传递冷量。载冷剂先在蒸发器中与制冷剂发生热量交换获得冷量，将获得的冷量贮存于冷媒罐中，用泵输送到需要冷量的地方，对被冷却对象进行冷却，这种冷却方式称为间接蒸发式冷却。在葡萄酒生产中，大多采用这种供冷方式。采用载冷剂供冷的优点在于可将制冷剂的使用限制在一个较小的系统范围内，减少制冷机房中管道和接头，减少泄漏的可能性。采用载冷剂供冷易于解决冷量的控制和分配问题，对于容量大、集中供冷的制冷装置，都采用载冷剂供冷。37用作载冷剂的液体要求在使用温度下保持液态，凝固温度应低于制冷剂的蒸发温度，沸点越高越好；载冷剂的化学稳定性要好，不分解、不挥发、不腐蚀设备；无毒，对人体无害；比热大，载冷量大；黏度小，流动性好，传热性好。常用的载冷剂有水、无机盐水溶液及有机物水溶液。葡萄酒生产中主要是水及有机溶液。38H2ONaClCaCl2乙二醇（CH2OH-CH2OH）丙二醇（CH2OH.CHOH.CH3）甲醇（CH3OH）乙醇（CH3CH2OH）三.常用的载冷剂39（1）水水是一种很好的载冷剂。水的冰点高，只能用于载冷温度在0℃以上的场合，如空气调节等。在葡萄酒生产中，可用作发酵冷却系统的载冷剂。40（2）无机盐水溶液

无机盐水溶液具有较大的比重和比热，载冷量大，凝固点较低，是一种应用较广的载冷剂，多用于中低温制冷系统。常用的有氯化钙、氯化钠、氯化镁的水溶液。无机盐水溶液中含有氯离子，对金属具有较强的腐蚀性。奥氏不锈钢对氯离子非常敏感，当氯离子含量高时会引起应力腐蚀。在葡萄酒生产中，各种酿造容器、工艺管道及换热装置用奥氏体不锈钢制造，供