1、第二章 制冷剂主讲教师：张 超 副教授 中原工学院能源与环境学院,制冷原理与设备,主要内容,2.1 制冷剂发展历史 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,2.1 制冷剂发展历史,1834年 乙醚 1866年 CO2 1870年 NH3 1874年 SO2 1955年 氟里昂（ CmHnFxClyBrz ） 目前 替代工质的发展,2.2 制冷剂的分类及命名,一、 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，
2、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 ）,2.2 制冷剂的分类及命名,二、 制冷剂的命名 R数字或字母 1.无机化合物 R7数字或字母 2.氟里昂（1）分子式CmHnFxClyBrz,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b 氟烃类(HCHCs)包含H、C、F、Cl原子c 氢氟烃类(HFCs)包含H、F、C原子,2.2 制冷剂的分类及命名,(4) 另一种命名方法用元素符号
3、（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(2) 命名其规则等同于氟里昂R(m-1)(n+1)(x)B(z) CmHnFxClyBrz,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,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。
4、(2) 命名R4XX，XX按命名先后，从00开始,2.2 制冷剂的分类及命名,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。,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 Poten
5、tial）温室指数GWP(Global 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 ）,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，也可以根据制冷剂的热力性质数学模型由计算机求得。,2.3
6、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。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似取同温度下饱和液体的导热系数。,2.3 制冷剂的主要性质及选用原则,4.物理化学性质,2.3 制冷剂的主要性质
7、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。,2.3 制冷剂的主要性质及
8、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生变质甚至热解。例如，当温度超过250时氨会分解成氮和氢；R12在与铁、铜等金属接触时，在410430时分解,并生成氢、氟和极毒的光气；R22在与铁相接触时550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。,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，除Mg、Zn及其含Mg合金外；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：氟里昂润滑油能够融解铜
9、，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”。,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c 氨对钢铁无腐蚀作用，对铝、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（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,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
10、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。,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
11、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，以免润滑条作恶化(润滑油黏性下降、结焦)或制冷剂自身在高温下分解。,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
12、。5.其他原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,2.4 常用制冷剂,一、无机化合物制冷剂1、水（R718）基本性质：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,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
13、作用”；(4)融水性极差；(5)遇明火易分解；(6)价格昂贵；(7)易泄漏，无味不易察觉,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)沸点：40.8 凝固点：160 适用范围：80 以上，替代R12，中温制冷剂,2.4 常用制冷剂,5. R134a(HFC134a) 沸点：26.5 凝固点：101 适用范围：替代R226. R123(HCFC123)沸点：27.9 凝固点：107 适用范围：替代R11,2.4 常用制
14、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 ,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4.甲烷（R50）沸点：165.6适用范围：150左右,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
15、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R22,2.4 常用制冷剂,2. R500（R12/R152a，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
16、代R502,2.4 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合制冷剂,2.4 常用制冷剂,3. R401A和R401B R12替代物，性能与R12也较接近 4. R407C沸点温度为43.4，R22的替代物 5. R410A 属于近共沸混合制冷剂 ，R22的替代物,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
17、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。,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。,2.5
18、 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；(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,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）,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
19、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,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，结冰时吸收冷量，融冰时释放冷量的机理。
20、 4.共晶盐 是指无机盐水溶液。共晶盐蓄冷是潜热蓄冷的另一种方式，即处于共晶浓度下的盐溶液，在共晶温度下结冰时，和纯液体一样要放出一定的潜热，这时形成的冰又成为共晶冰。当共晶冰融化时，需要吸收热量。,思考题,1. 制冷剂的作用是什么？ 2. 制冷剂是怎样分类的？ 3. 什么是共沸制冷剂？ 4. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？ 5. 选择制冷剂时有哪些要求？ 6. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂？ 7. 常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？ 8. 为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？ 9. 试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。 10. 试写出制冷剂R11、R115、R32和R11、R12、Rl2B1的化学式。 11. 试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。 12. 什么叫载冷剂？对载冷剂的要求有哪些？ 13. 常用载冷剂的种类有哪些？它们的适用范围怎样？ 14. 水作为载冷剂有什么优点？ 15. “盐水的浓度愈高，使用温度愈低”。这种说法对吗？为什么？ 16. 人们常讲的无氟指的是什么意思？ 17. 共沸混合物类制冷剂有什么特点？ 18. 简述R12、R22、R717与润滑油的溶解性。 19. 为什么要严格控制氟利昂制冷剂中的含水量？,
