1、2018/6/18,1,第二章 制冷剂、载冷剂及润滑油,第一节 制冷剂概述,2018/6/18,2,一、制冷剂的发展、应用与选用原则,乙醚使用最早的制冷剂 ts=34.5，空气渗入有爆炸的危险。二甲基乙醚ts=-23.6，Po较高。1866年用CO2做制冷剂，其常温下Pk极高1870年卡特.林德对使用氨做制冷剂作出了贡献。1874年，用SO2做制冷剂ts=-10，毒性大。,2018/6/18,3,卤代烃类制冷剂（氟里昂）19291930年首先提出用做制冷剂，1974年提出破坏臭氧层。氟里昂可分为三类：CFCS氯氟烃，对臭氧层破坏最大HCFCS氢氯氟烃HFCS氢氟烃，对臭氧层无破坏作用。,201
2、8/6/18,4,CFCS的大量排放，还会助长温室效应，加速全球气候变暖。国际上对CFCS和HCFCS物质限制日程表要点见书P17。图片要点.tif,2018/6/18,5,对制冷剂的要求,1、热力学性质方面（1）在工作温度范围内，要有合适的压力和压力比。即：PO1at，PK不要过大。（2）q0和qv要大。（3）w和wv（单位容积功）小，循环效率高。（4）t排不要太高，以免润滑油粘度降低、结焦及制冷剂分解。,2018/6/18,6,2、迁移性质方面（1）粘度及密度要小，可使流动阻力减小，制冷剂流量减小。（2）热导率要大，可提高换热器的传热系数，减小换热面积。,2018/6/18,7,3、物理化
3、学性质方面（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，经得起蒸发和冷凝的循环变化，不变质，不与油发生反应，不腐蚀，高温下不分解。（3）对大气环境无破坏作用，即不破坏臭氧层，无温室效应。4、其它原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,2018/6/18,8,制冷剂的替代,R134a（氢氟烃）R12R22的替代目前主要采用R407C（HFC32/HFC125/HFC134a）、R410A（HFC32/HFC125）等,2018/6/18,9,二、制冷剂命名,目前应用较多的制冷剂按化学组成分主要分三类：1、无机物2、卤代烃3、碳氢化合物,2018/6/18,10,1、无机化合
4、物类制冷剂R7（分子量）如：NH3R717 H2OR718 CO2R744,2018/6/18,11,2、卤代烃和其他烷烃类制冷剂 烷烃类的分子通式CmH2m+2 卤代烃的分子通式CmHnFxClYBrZ n+x+Y+Z=2m+2R（m-1）（n+1）XBZ同分异构体在其后加小写英文字母以示区别。正丁烷和异丁烷除外，分别用R600和R600a表示。表2-1制冷剂符号举例。图片表21.tif,2018/6/18,12,3、非共沸混合制冷剂R4（0011），按研制顺序排列。构成非共沸混合制冷剂的纯物质种类相同，但成分不同，则分别在后面加上大写英文字母以示区别。如：R400，R401，R402，R4
5、07A，R407B，R407C等。,2018/6/18,13,4、共沸混合制冷剂R5（0007）如：R500，R501，R502，R507。5、环烷烃、链烯烃以及他们的卤代物环烷烃及环烷烃的卤代物：RC开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号中的数字排写规则相同。,2018/6/18,14,链烯烃以及链烯烃的卤代物：R1开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号中的数字排写规则相同。此外，有机氧化物、脂肪族胺，用6开头，其后的数字是任选的。如：乙醚为R610，乙胺为R631。详细的制冷剂标准符号可从表2-2中查出图片表221.tif。图片表222.tif,2018/6/18,15,大气臭
6、氧层问题出来后，为能较简单地定性判别制冷剂对大气臭氧层的破坏能力，氯氟烃类物质代号中的R可表示为CFC，氢氯氟烃类物质代号中的R可表示为HCFC，氢氟烃类物质代号中的R可表示为HFC，碳氢化合物代号中的R可表示为HC，等等，数字编号不变。如：R12CFC12；R134aHFC134a等。,2018/6/18,16,第二节 制冷剂的热物性参数及其计算方法,一、热力学性质常用的热力学性质用参数表示。常用的有：P、t、v、u、h、s、c、声速等，都是状态参数，彼此之间有一定的函数关系。参数之间的关系是通过实验测定出来的。表2-3为一些制冷剂最基本的热力学性质数据。图片表231.tif 图片表232.
7、tif,2018/6/18,17,导出热力学量是热力学关系式计算得到的。常被表示成两种形式：1、热力学性质图和表；2、参数关系方程式。使用热力学性质图和表时，应注意h和s等参数基准值的选取。不同的图表由于基准值选取不同，使同一温度和压力下的h、s值不同。,2018/6/18,18,第三节 制冷剂的物理化学性质及其应用,一、安全性包括毒性、燃烧性和爆炸性对操作人员非常重要，各国都规定了最低安全程度的标准。1、毒性通常是通过对动物的试验和对人的影响的资料来确定的。美国工业与环境卫生专家大会用TLVS指标作为毒性标准；,2018/6/18,19,美国杜邦公司用AEL指标作为毒性标准。两者数值比较接近
8、。数值在1000以上，则可认为这种制冷剂是无毒的。表2-7给出了一些常用制冷剂的TLVS值或AEL值。图片表27.tif虽然一些氟里昂制冷剂的毒性都较低，但他们在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气，在使用时要特别注意。,2018/6/18,20,2、燃烧性和爆炸性 应尽量避免使用易燃和易爆的制冷剂。 一些易燃制冷剂的爆炸性见表2-8。图片表28.tif 其下限值越小，燃烧性越大；下限值相同，则范围越宽，越易燃烧。,2018/6/18,21,3、安全性将毒性与可燃性结合在一起，规定了6个安全等级。表2-9给出了6个安全等级的划分定义；表2-10给出了一些制冷剂的安全分类。图片表29.tif图片表
9、210.tif,2018/6/18,22,二、热稳定性,通常制冷剂因受热而发生化学分解的温度远远高于其工作温度，因此在正常运转条件下制冷剂是不会发生裂解的。但在温度较高又有油、钢铁、铜存在时长时间使用会发生变质甚至热解。如：氨在温度高于250时分解成氮和氢。等等。,2018/6/18,23,三、对材料的作用,碳氢化合物制冷剂对金属无腐蚀作用。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，但在某种情况下，一些材料将会和制冷剂发生作用，如水解、分解等。含镁2%的镁锌铝合金不能用在卤素化合物制冷剂的制冷机中，因为若有微量的水分存在就会引起腐蚀。,2018/6/18,24,有水分存在时，氟
10、里昂水解成酸性物质，对金属有腐蚀作用。氟里昂与润滑油的混合物能够水解铜，会产生“镀铜”现象。因此，系统中应尽量避免水分存在。氨机中不适合使用黄铜、紫铜及其他铜合金。因为有水分存在时，会引起腐蚀，但磷青铜与氨不起作用。,2018/6/18,25,某些非金属材料，如一般的塑料、橡胶等，与氟里昂制冷剂会起作用。氟里昂对塑料会有“膨润”作用（变软、膨胀、起泡）；橡胶与氟里昂相接触时，会发生溶解。,2018/6/18,26,四、对润滑油的互溶性,制冷剂与油的溶解性：1、完全溶解；2、几乎不溶解；3、部分溶解。制冷剂与油溶与不溶各有利弊，并均会影响换热器的换热效果。,2018/6/18,27,五、对水的溶
11、解性,制冷剂与水是否溶解带来的问题。不同的制冷剂溶解水的能力不同。例如：氨可以溶解比它本身大许多被的水，氟里昂以及烃类制冷剂很难与水溶解。表2-11水分在一些制冷剂中的溶解度。图片表211.tif制冷系统中不允许有游离的水存在。,2018/6/18,28,六、泄漏性,制冷机工作时不允许制冷剂向系统外泄漏。氨制冷剂极易检漏，氟里昂无色无味，泄漏时不易发觉。可用卤素喷灯和电子检漏仪检漏。（氟里昂渗透性极强，对系统密封要求较高）,2018/6/18,29,七、制冷剂与大气环境,氟里昂中凡分子内含有氯或溴原子的，对大气臭氧层有潜在的消耗能力，通常用ODP值表示。 ODP值表示对大气臭氧层消耗的潜能值，
12、以R11（CFC11）作为基准值，其值被认为地规定为1.0。图2-1和表2-12给出了一些制冷剂的ODP值。图片图21.tif图片表212.tif,2018/6/18,30,这类制冷剂不仅破坏大气臭氧层，还具有全球变暖潜能，简称GWP。具有全球变暖效应的气体称为温室气体。人们也选用R11（CFC11）的值为1.0，作为基准，其符号为HGWP。也曾经用CO2作为基准，规定CO2的值为1.0，其符号为GWP。两者的换算关系为： GWP的值为HGWP值的3500倍。,2018/6/18,31,图2-1和表2-12也给出了一些制冷剂的HGWP值和GWP值。图片图21.tif 图片表212.tif 考虑
13、温室气体导致化石燃料能源消耗而引起的CO2排放增加所导致的间接全球变暖效应，用总等效温室效应（TEWI）来描述温室气体的全球变暖效应。,直接温室效应TEWI包括两部分 间接温室效应直接温室效应：是指温室气体的排放、泄漏以及系统维修或报废时进入大气后，对大气温室效应的影响，可表示为温室气体的GWP值与排放总和的乘积；间接温室效应：是指使用这些温室气体（主要是制冷剂）的装置因耗能引起的CO2排放所带来的温室效应。TEWI值是一个综合指标。,2018/6/18,33,传统制冷剂的ODP值和GWP值都很高，要被禁止使用；R12的替代制冷剂R134a，其ODP值是0，但其GWP值仍较高，要造成全球变暖效
14、应。一些自然制冷剂如R600a，R717，R290等，它们既不破坏臭氧层，又不导致全球变暖，是环境“友好”的制冷剂。,2018/6/18,34,第四节 常用制冷剂,一、无机物（主要介绍氨）1、热力参数 t临=133.0；t凝=-77.9 ； ts=-33.3 。 温度和压力范围适中。 1at下，r=23343KJ/Kmol=1373KJ/Kg； qv标=2161KJ/m3,2018/6/18,35,2、对人体有较大的毒性，有强烈的刺激性气味。当氨蒸汽在空气中的容积浓度达到（0.50.6）%时，人在其中停留半小时即可中毒。3、有一定的燃烧性和爆炸性。 空气中的容积浓度达到（1114）%时，即可点
15、燃；达到（1625）%时，可引起爆炸。 要求车间内工作区域氨蒸汽的浓度不大于0.02mg/L。,2018/6/18,36,4、能以任意比例与水相互溶解。但其含水量不得超过0.2%。5、与油溶解度很小。6、氨对钢、铁不起腐蚀作用，但当含有水分时，会腐蚀锌、铜、青铜及其它铜合金，磷青铜除外。7、不影响臭氧层，制造工艺简单，价格低廉，容易获得。,2018/6/18,37,二、氟里昂,（一）共同性质1、同种烃类的衍生物分子式中含有氢原子的个数越少，其燃烧性和爆炸性越小；含氯原子的个数越少，其毒性及腐蚀性越小。2、腐蚀性 与水作用会慢慢发生水解，腐蚀含镁量大于2%的镁、铝、锌合金。,2018/6/18,
16、38,3、与水不溶。4、能溶解有机塑料及天然橡胶。5、绝热指数较氨小，t排低。6、无毒，但当空气中含量超过30%时，人在其中停留1小时会引起窒息。7、不太易燃，但遇到400以上的明火，也会点燃。（R12会分解出有毒的光气）8、无色无味，泄漏时不易被发现。,2018/6/18,39,（二）几种常用氟里昂性质的比较表格.doc,2018/6/18,40,三、碳氢化合物制冷剂,常用的碳氢化合物制冷剂为R600a，主要介绍。1、热力参数 ts=-11.73 ； t凝=-160 ； P临 P临R12。 一般压比R12，qv qvR12， t排 t排 R12,2018/6/18,41,2、毒性极低，但可燃
17、，A3级，电气绝缘要求较高。后被氟替代，但氟破坏环境，又采用R600a。3、与油互溶4、与水溶解性极差5、检漏应用专用的R600a检漏仪。6、ODP值及GWP值均为0，环保性能较好。,2018/6/18,42,四、混合制冷剂,（一）共沸混合制冷剂表2-13列出了几种目前使用的几种共沸制冷剂的组成及沸点。图片表213.tif共沸混合制冷剂有下列特点：1、在一定的蒸发压力下蒸发时，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。,2018/6/18,43,2、在一定的蒸发温度下，共沸混合制冷剂的单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的单位容积制冷量要大。3、共沸混合制冷剂的化学稳
18、定性较组成它的单一制冷剂好。4、在全封闭和半封闭式制冷压缩机中，采用共沸混合制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机温升减小。,（二）非共沸混合制冷剂非共沸混合制冷剂无共沸点，在定压下蒸发或冷凝时气相和液相的成分不同，温度也在不断变化。图2-2表示了非共沸制冷剂的温度-浓度图。图片图22.tif在一定的压力下，当溶液加热时，首先到达饱和液体点A，此时所对应的状态称为泡点，其温度称为泡点温度。若再继续加热到达点B，即进入两相区，并分为饱和液体（点Bl）和饱和蒸汽（点Bg）两部分，其浓度分别为bl 和bg。若继续加热到点C时，全部蒸发完，成为饱和蒸汽，此时所对应的状态称为露点，其温度称为露点温度。泡点温
19、度和露点温度的温差为温度滑移。在露点时，若再加热即成为过热蒸汽。,2018/6/18,45,非共沸混合制冷剂的这一特性被广泛应用于变温热源的温差匹配场合，实现近似的洛伦兹循环，以达到节能的目的。目前应用较多的非共沸混合制冷剂的种类及组成见表2-14。图片表214.tif通常认为泡露点的温差小于3的混合制冷剂称为近共沸混合制冷剂。,2018/6/18,46,（三）常用混合制冷剂的特性1、共沸混合制冷剂R502（R22/R115，48.8/51.2， -40.8/-38 ）（1） ts=-45.4 R22（2）在相同的温度和压力下，用R502的排气温度较用R22的低1025 。,2018/6/18
20、,47,（3）溶水性较R22大1.5倍。（4）与油部分溶解。82 以上与矿物油有较好的相溶性，低于82 时与油分层。（5）在低温范围内（t0=-60-30 ）能耗较R22低；在高温范围内（t0=-1010 ）能耗较R22高。R502常用在冷藏中，R22常用在空调中。,2018/6/18,48,（6）毒性小，不燃不爆，化学性质比R22更不活泼，对橡胶及绝缘材料的作用更弱。（7）由于R502中含有大量的R115（ODP=0.8），其ODP=0.23较高，在发达国家也已经禁用。,2018/6/18,49,2、R507（R125/R143a，50.0/50.0，-48.8 /-47.7 ） (1) t
21、s=-46.7 (2)相同工况下制冷系数较R502略低，单位容积制冷量略高于R502，排气温度较R502略低，PK较R502略高， PK/PO略高于R502。,2018/6/18,50,（3）不溶于矿物油，能溶于聚酯类润滑油，凡是用R502的场合均可用R507代替。（4）其ODP=0，是作为R502的替代制冷剂被提出来的。,3、非共沸混合制冷剂R407C（R32/125/134a，30/10/60），是R22的替代制冷剂（1）泡点：-43.4 ，露点：-36.1 （2）与矿物油不溶，能溶于聚酯类合成润滑油。（3）空调工况下（t0=7 ）其qv及较R22略低（约5%），在低温工况下较R22低得不
22、多，但qv较R22约低20%。（4）由于泡、露点温差较大，使用时最好将热交换器做成逆流式。,2018/6/18,52,4、非共沸混合制冷剂R410A（R32/125，50/50），是R22的替代制冷剂。（1）t泡=-52.5 ， t露=-52.3 。泡、露点温差仅为0.2 ，可称之为近共沸混合制冷剂。（2）与矿物油不溶，能溶于聚酯类合成润滑油。,2018/6/18,53,（3）温度一定时，其饱和压力较R22及R407C均高，其他性能较R407C优越。（4）具有与共沸混合制冷剂类似的优点。（5）qv在低温工况时较R22高约60%，较R22高约5% ，空调工况时与R22相差不多。 与R407C相比
23、，尤其在低温工况，用R410A的系统可以更小，但不能用来替换R22系统。在使用R410A时要用专门的压缩机。,2018/6/18,54,第五节 载冷剂,一、载冷剂的作用及选用原则介绍间接冷却循环。采用载冷剂的优、缺点： 1、可使制冷剂集中在较小的场所，因而可以减小制冷剂循环系统的容积及制冷剂的充灌量； 2、因载冷剂的热容量大，被冷却对象的温度易于保持稳定。,2018/6/18,55,3、可防止有毒的制冷剂进入用冷场合。4、系统比直接冷却系统复杂，增加了一次温差换热。5、增大了被冷却物和制冷剂之间的换热温差，需要较低的制冷剂蒸发温度。选用载冷剂时应考虑的因素：1、载冷剂在工作温度下应处于液体状态
24、，其凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度。,2018/6/18,56,2、比热容要大。3、密度要小。4、粘度小。5、化学稳定性好，在工作温度下不分解，不与空气中的氧气起化学变化，不发生物理化学性质的变化。6、不腐蚀设备和管道。,2018/6/18,57,7、载冷剂应不燃烧、不爆炸、无毒，对人体无害。8、价格低廉，易于获得，对环境无污染。,2018/6/18,58,常用的载冷剂主要有以下三类：水一般用于5以上的系统，如空调系统。盐水溶液可用于- 5- 50的系统。有机化合物及其水溶液t凝较低，可用做低温载冷剂。,二、盐水溶液（一）盐水溶液的性质1、盐水溶液有一共晶点，其参数如下：,2、凝固
25、温度与溶液浓度之间的关系。盐水溶液的温度浓度图见图2-3。图片图23.tif3、盐水溶液的浓度及温度与一些物性参数之间的关系： 盐水溶液浓度越大其热导率越小，粘度越大，密度越大，比热容越小。 盐水溶液温度越低其热导率越小，粘度越大，密度越大，比热容越小。,2018/6/18,61,4、盐水溶液在使用过程中会吸收空气中的水分，浓度降低，导致其凝固温度升高，应定期测量盐水溶液的浓度，进行补充加盐并加盖。5、盐水溶液无毒，使用安全，不燃、不爆。6、盐水溶液对金属材料具有较强的腐蚀性。,2018/6/18,62,（二）盐水溶液的腐蚀性及防腐蚀措施1、不能使溶液浓度太低，并尽量采用闭式循环。2、盐水溶液
26、呈弱碱性时，其腐蚀性最小，（PH=8.5时最小） 应在盐水溶液中添加防腐剂，调整其PH值，使其呈弱碱性。,2018/6/18,63,防腐剂的添加量如下（每立方米盐水溶液添加的防腐剂量）：,2018/6/18,64,3、盐水溶液以纯净为最佳。4、盐水溶液在一定的密度时，腐蚀性最小。 NaCl水溶液密度为：1.151.18g/Cm3 CaCl2水溶液密度为：1.201.24g/Cm3 时腐蚀性最小。,2018/6/18,65,5、严格禁止在盐水池中有两种或两种以上金属材料存在，以防电离现象产生。6、防止制冷剂氨漏入盐水溶液而加速腐蚀。三、有机载冷剂低温载冷剂,2018/6/18,66,第六节 润滑
27、油,一、润滑油的功效1、由油泵将油输送到各运动部件的摩擦面，形成一层油膜，降低压缩机的摩擦功并带走摩擦热，减少磨损。2、由于润滑油带走摩擦热，不至于使摩擦面的温升太高，防止运动零件因发热而“卡死。”,2018/6/18,67,3、对于开启式压缩机，在密封件的摩擦面间隙中充满润滑油，不仅起润滑作用，还可防止制冷剂气体的泄漏。4、润滑油流经润滑面时，可带走各种机械杂质和油污，起到清洗作用。5、润滑油能在各零件表面形成油膜保护层，防止零件的锈蚀。,2018/6/18,68,二、对润滑油的要求1、在运行状态下，润滑油应有适当的粘度，粘度随温度的变化尽量小。 一般情况下，低温冷冻范围使用低粘度的润滑油；
28、高温、空调范围内，使用高粘度的润滑油。也可使用添加剂提高润滑油的粘度特性。,2018/6/18,69,2、凝固温度要低，在低温下要有良好的流动性。3、不含水分、不凝性气体和石蜡。 水的质量分数应在5010-4%以下。 絮凝点：在石蜡型润滑油中，低温下石蜡要分离、析出，析出时的温度称为絮凝点。希望絮凝点尽量低。,2018/6/18,70,4、对制冷剂有良好的兼容性，本身应有较好的热稳定性和化学稳定性。要求润滑油分解产生积碳的温度越高越好。5、绝缘耐电压要高。（要求25KV）6、价格低廉，容易获得。,2018/6/18,71,三、分类与特性按照制造工艺，润滑油可分为：天然矿物油：通常极性较小，只能
29、溶解在极性较弱或非极性的制冷剂中。如R12，R600a等。人工合成油：主要是为了弥补矿物油难以与极性制冷剂相溶的缺陷而提出的。 主要有聚酯类、聚醇类和极性合成碳氢化合物等。,2018/6/18,72,命名：以前是按油在一定温度下的粘度值命名。现在：将矿物油分成四种， L-DRA/A，L- DRA/B， L-DRB/A，L- DRB/B。 图2-4为润滑油粘度随制冷剂质量分数和系统温度的变化关系。图片图24.tif 温度越高，制冷剂含量越大，油的粘度越小。,2018/6/18,73,制冷剂中溶入润滑油也会影响制冷剂的性能.图2-5为聚酯类油浓度对制冷剂(R134a)饱和蒸汽压力的影响。图片图25
30、.tif油的浓度越大，饱和蒸汽压越低。,2018/6/18,74,四、润滑油的选择 主要取决于制冷剂的种类、压缩机的形式、运转工况等因素。一般采用制冷机生产厂家推荐的润滑油牌号。 从传热的角度看，应选择与制冷剂相溶性好的润滑油。 图2-6为润滑油含量对蒸发传热的影响。图片图26.tif,2018/6/18,75,按制冷剂与润滑油的溶解性大小可将润滑油分为三类：完全溶解；部分溶解；难溶或微溶。见表2-15所示。图片表215.tif,2018/6/18,76,极性润滑油都具有较强的吸水性，对系统非常不利，使用时要加以特别注意。如聚酯类、聚醇类油。极性合成碳氢化合物油，虽然对极性制冷剂的溶解性没有聚酯类油好，但由于在这一类油里加入了一定的添加剂，使该类润滑油能溶于极性制冷剂但又不太吸收水分，可以避免因吸水而引起的一系列问题。,2018/6/18,77,选择润滑油除了考虑与制冷剂的互溶性外，还要考虑润滑油的粘度。较高温度范围工作的制冷系统选用粘度较高的润滑油。运动速度较高的压缩机选用粘度较低的润滑油。,
