制冷剂与载冷剂课件

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1、制冷剂与载冷剂制冷剂的要求 热力学的要求热力学的要求 在大气压力下，在大气压力下，制冷剂的蒸发温度制冷剂的蒸发温度(沸点沸点)要低要低。这是一个很重要的性能指标。蒸发。这是一个很重要的性能指标。蒸发温度温度(沸点沸点)愈低，则不仅可以取得较低的愈低，则不仅可以取得较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度温度，而且还可以在一定的蒸发温度te下，下，使其蒸发压力使其蒸发压力Pe高于大气压力。以避免空高于大气压力。以避免空气进入制冷系统，且发生泄漏时较容易发气进入制冷系统，且发生泄漏时较容易发现。现。要求制冷剂在要求制冷剂在常温下的冷凝压力常温下的冷凝压力Pc应尽量应尽量低些低些，以免处于高压下工作的

2、压缩机、冷，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。凝器及排气管道等设备的强度要求过高。制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 制冷剂与载冷剂制冷剂的要求 热力学的要求热力学的要求 对于大型活塞式压缩机来说，对于大型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制制冷剂的单位容积制冷量冷量qv要求尽可能大要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，单位容积制冷量可小一些；对于小型离心式压缩机单位容积制冷量可小一些；对于小型离心式压缩机亦要求制冷剂亦要求制冷剂qv要小，以扩大离心式

3、压缩机的使用要小，以扩大离心式压缩机的使用范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难。范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难。制冷剂的临界温度要高些、冷凝温度要低些。制冷剂的临界温度要高些、冷凝温度要低些。临界临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化。能否液化。凝固温度是制冷剂使用范围的下限，凝固温度是制冷剂使用范围的下限，冷凝温度越低冷凝温度越低制冷剂的适用范围愈大。制冷剂的适用范围愈大。制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 制冷剂与载冷剂制冷剂制冷剂分子式分子式 分子量分子量u u 正常蒸正常蒸发温度发温度t ts s()()凝固点凝固点t tf f()

4、()临界温临界温度度 tkp()tkp()临界压临界压力力P PKPKP绝绝对压力对压力绝热指数绝热指数K K水（水（R718R718）H H2 2O O18.0218.02+100+1000 0+374.1+374.1225.6225.61.331.33氨（氨（R717R717）NHNH3 317.0317.03-33.4-33.4-77.7-77.7+132.4+132.4115.2115.21.311.31R12R12CFCF2 2CLCL2 2120.92120.92-29.8-29.8-155-155+111.5+111.540.8640.861.151.15R13R13CFCF3

5、3CLCL104.47104.47-81.5-81.5-180-180+28.8+28.839.439.4-R22R22CHFCHF2 2CLCL88.4888.48-40.8-40.8-180-180+96+9650.350.31.191.19制冷剂与载冷剂制冷剂要求（二）物理化学的要求物理化学的要求 制冷剂的粘度应尽可能小制冷剂的粘度应尽可能小，以减少管道流动阻力、提换热，以减少管道流动阻力、提换热设备的传热强度。设备的传热强度。制冷剂的导热系数应当高制冷剂的导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少，以提高换热设备的效率，减少传热面积。传热面积。制冷剂与载冷剂制冷剂要求（二）物理化学的要

6、求物理化学的要求 制冷剂与油的互溶性质制冷剂与油的互溶性质：1)1)制冷剂与润滑油能任意互溶，制冷剂与润滑油能任意互溶，优点是优点是润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件，为润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件，为机体润滑创造良好条件；且在蒸发器和冷凝器的热换热面机体润滑创造良好条件；且在蒸发器和冷凝器的热换热面上不易形成油膜阻碍传热。上不易形成油膜阻碍传热。缺点是缺点是从压缩机带出的油量过多，并且能使蒸发器中的蒸从压缩机带出的油量过多，并且能使蒸发器中的蒸发温度升高。发温度升高。2)2)部分或微溶于油的制冷剂，其部分或微溶于油的制冷剂，其优点是优点是从压缩机带出的油从压缩机带出的油量少

7、，故蒸发器中蒸发温度较稳定。量少，故蒸发器中蒸发温度较稳定。其缺点其缺点是在蒸发器和是在蒸发器和冷凝器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。冷凝器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。制冷剂与载冷剂制冷剂要求（二）物理化学的要求物理化学的要求 应具有一定的吸水性，应具有一定的吸水性，这样就不致在制冷系统中形成这样就不致在制冷系统中形成“冰塞冰塞”，影响正常运行。，影响正常运行。应具有化学稳定性：不燃烧、不爆炸，使用中不分解，应具有化学稳定性：不燃烧、不爆炸，使用中不分解，不变质。不变质。同时制冷剂本身或与油、水等相混时，对金同时制冷剂本身或与油、水等相混时，对金属不应有显著的腐蚀作用，对密

8、封材料的溶胀作用应属不应有显著的腐蚀作用，对密封材料的溶胀作用应小小。制冷剂与载冷剂制冷剂要求（三）安全性的要求安全性的要求 对环境友善对环境友善 由于制冷剂在运行中可能泄漏，故要求由于制冷剂在运行中可能泄漏，故要求工质对人身健康无损害、无毒性、无刺工质对人身健康无损害、无毒性、无刺激作用。激作用。制冷剂与载冷剂氨（R717）的特性 氨（氨（R717R717、NHNH3 3）是中温制冷剂之一，其蒸发温度是中温制冷剂之一，其蒸发温度t ts s为为-33.433.4，使用范围是，使用范围是+5+5到到-70-70，当冷却水温度高达，当冷却水温度高达3030时，冷凝器中的工作压力一般不超过时，冷凝

9、器中的工作压力一般不超过1.51.5MPaMPa。氨的临界温度较高（氨的临界温度较高（t tkrkr=132=132）。）。氨的汽化潜热大，在大氨的汽化潜热大，在大气压力下为气压力下为11641164KJ/KgKJ/Kg，单位容积制冷量也大，氨压缩机之单位容积制冷量也大，氨压缩机之尺寸可以较小。尺寸可以较小。纯氨对润滑油无不良影响，但有水分时，会降低冷冻油的纯氨对润滑油无不良影响，但有水分时，会降低冷冻油的润滑作用。润滑作用。制冷剂与载冷剂氨（R717）的特性 纯氨对钢铁无腐蚀作用，但当氨中含有水分时将腐蚀铜和铜纯氨对钢铁无腐蚀作用，但当氨中含有水分时将腐蚀铜和铜合金（磷青铜除外），故在氨制冷

10、系统中对管道及阀件均不合金（磷青铜除外），故在氨制冷系统中对管道及阀件均不采用铜和铜合金。采用铜和铜合金。氨的蒸气无色，有强烈的刺激臭味。氨对人体有较大的毒性，氨的蒸气无色，有强烈的刺激臭味。氨对人体有较大的毒性，当氨液飞溅到皮肤上时会引起冻伤。当空气中氨蒸气的容积当氨液飞溅到皮肤上时会引起冻伤。当空气中氨蒸气的容积达到达到0.5-0.6%0.5-0.6%时可引起爆炸。故机房内空气中氨的浓度不得时可引起爆炸。故机房内空气中氨的浓度不得超过超过0.020.02mg/Lmg/L。氨在常温下不易燃烧，但加热至氨在常温下不易燃烧，但加热至350时，则分解为氮和氢气，时，则分解为氮和氢气，氢气于空气中的

11、氧气混合后会发生爆炸。氢气于空气中的氧气混合后会发生爆炸。制冷剂与载冷剂氟里昂的特性 氟里昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化氟里昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟里昂制学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟里昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷机，以适应不同制冷温度的要求。冷机，以适应不同制冷温度的要求。氟里昂对水的溶解度小，制冷装置中进入水分后会产生氟里昂对水的溶解度小，制冷装置中进入水分后会产生酸性物质，并容易造成低温系统的酸性物质，并容易造成低温系统的“冰堵

12、冰堵”，堵塞节流，堵塞节流阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用，其装置阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用，其装置应采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。应采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。常用的氟里昂制冷剂有常用的氟里昂制冷剂有R12R12、R22R22、R502R502及及R134aR134a，由于由于其他型号的制冷剂现在已经停用或禁用。在此不做说明。其他型号的制冷剂现在已经停用或禁用。在此不做说明。制冷剂与载冷剂氟里昂12（CF2CL2，R12）是氟里昂制冷剂中应用较多的一种，主要以中、是氟里昂制冷剂中应用较多的一种，主要以中、小型食品库、家用电冰箱以及水、陆冷藏运输小型食品库、家用电冰箱以及水

13、、陆冷藏运输等制冷装置中被广泛采用。等制冷装置中被广泛采用。R12R12具有较好的热具有较好的热力学性能，冷藏压力较低，采用风冷或自然冷力学性能，冷藏压力较低，采用风冷或自然冷凝压力约凝压力约0.8-1.20.8-1.2KPaKPa。R12R12的标准蒸发温度为的标准蒸发温度为-2929，属中温制冷剂，用于中、小型活塞式压，属中温制冷剂，用于中、小型活塞式压缩机可获得缩机可获得-70-70的低温。而对大型离心式压的低温。而对大型离心式压缩机可获得缩机可获得-80-80的低温。的低温。近年来电冰箱的代近年来电冰箱的代替冷媒为替冷媒为R134aR134a。制冷剂与载冷剂氟里昂22（CHF2CL，R

14、22）是氟里昂制冷剂中应用较多的一种，主要以家是氟里昂制冷剂中应用较多的一种，主要以家用空调和低温冰箱中采用。用空调和低温冰箱中采用。R22的热力学性能的热力学性能与氨相近。标准气化温度为与氨相近。标准气化温度为-40.8，通常冷凝，通常冷凝压力不超过压力不超过1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。比氨安全可靠。R22的单位容积比的单位容积比R12约高约高60%，其低温时单位容积制冷量和饱和压力均，其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于高于R12和氨。和氨。近年来对大型空调冷水机组的近年来对大型空调冷水机组的冷媒大都采用冷媒大都采用R134a来代替。来代替。制冷

15、剂与载冷剂氟里昂502（R502）R502是由是由R12、R22以以51.2%和和48.8%的百分比的百分比混合而成的共沸溶液。混合而成的共沸溶液。R502与与R115、R22相比相比具有更好的热力学性能，更适用于低温。具有更好的热力学性能，更适用于低温。R502的标准蒸发温度为的标准蒸发温度为-45.6，正常工作压力与，正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比比R22大，但排气温度却比大，但排气温度却比R22低。低。R502用于用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置，其蒸全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置，其蒸发温度可低达发温度可低达-5

16、5。R502在冷藏柜中使用较在冷藏柜中使用较多多。制冷剂与载冷剂氟里昂134a（C2H2F4，R134a）是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为-26.5。它的主要热力学性质与。它的主要热力学性质与R12相似，相似，不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。吹的环保冷媒，但会造成温室效应。是是比较理想的比较理想的R12替代制冷剂。替代制冷剂。制冷剂与载冷剂氟里昂的功绩 氟里昂的应用比氨晚氟里昂的应用比氨晚60余年，但它一问余年，但它一问世就以其无毒无臭、不燃不爆、稳定性世就以其无毒无臭、不燃不爆、稳定性好、

17、对设备有良好的润滑作用而成为制好、对设备有良好的润滑作用而成为制冷工业的明星，冷工业的明星，CFC-12更是广泛用于冰更是广泛用于冰箱生产中，其他如箱生产中，其他如CFC-11、HCFC-22、HCFC-113、HCFC-114也都有广泛应用。也都有广泛应用。制冷剂与载冷剂氟里昂的过失氟里昂的过失 氟里昂有其致命的缺点，它是一种氟里昂有其致命的缺点，它是一种“温室效应气体温室效应气体”，温室温室效应值比二氧化碳大效应值比二氧化碳大1700倍，更危险的是它会破坏大气层中的臭倍，更危险的是它会破坏大气层中的臭氧。氧。CFCs（氟氯烃）在紫外线的作用下放出氯原子，氯原子与臭氧氟氯烃）在紫外线的作用下

18、放出氯原子，氯原子与臭氧发生自由基链反应，从而影响臭氧分子对紫外线的吸收，使过量发生自由基链反应，从而影响臭氧分子对紫外线的吸收，使过量的紫外线到达地球表面，的紫外线到达地球表面，CFCs的化学性质非常稳定，排放的的化学性质非常稳定，排放的CFCs可以稳定地到达平流层可以稳定地到达平流层并在其中停留并在其中停留40-150年，对臭氧层造成长久的破坏。年，对臭氧层造成长久的破坏。由于氟里昂对臭氧层的破坏，科学家甚至在地球两极的上空发现由于氟里昂对臭氧层的破坏，科学家甚至在地球两极的上空发现臭氧空洞。臭氧空洞。制冷剂与载冷剂氟里昂的替代 1990年蒙特利尔协议规定年蒙特利尔协议规定，到本世纪末世，

19、到本世纪末世界各国要停止氟里昂的生产和排放。现在界各国要停止氟里昂的生产和排放。现在各国都在寻找氟里昂的替代产品，这些产各国都在寻找氟里昂的替代产品，这些产品因符合环保要求而被称作品因符合环保要求而被称作绿色制冷剂绿色制冷剂。要找到既符合环保要求又具有实际使用性要找到既符合环保要求又具有实际使用性能的替代产品是一件很困难的事情，目前能的替代产品是一件很困难的事情，目前可能的产品有可能的产品有R407c、R134a、R152a、R410a等等。制冷剂与载冷剂新型制冷剂的开发 目前，科研人员发展了各种替代技术，目前，科研人员发展了各种替代技术，磁制冷和吸附制冷。磁制冷和吸附制冷。磁制冷又叫磁制冷又

20、叫“顺磁盐绝热制冷顺磁盐绝热制冷”。顺磁盐在励磁和退磁。顺磁盐在励磁和退磁过程中会吸热或放热，利用这种性质发展的制冷技术具有制过程中会吸热或放热，利用这种性质发展的制冷技术具有制冷效率高、成本低、结构简单等优点，最诱人之处在于它不冷效率高、成本低、结构简单等优点，最诱人之处在于它不污染环境，因此很有发展前景。比如以硝酸镁铈为制冷剂的污染环境，因此很有发展前景。比如以硝酸镁铈为制冷剂的磁制冷机降温可接近磁制冷机降温可接近OKOK。吸附制冷是利用吸附吸附制冷是利用吸附-脱附时吸热或放热的性质制冷，常用脱附时吸热或放热的性质制冷，常用的制冷剂体系包括的制冷剂体系包括金属氢化物金属氢化物-氢氢、沸石分

21、子筛沸石分子筛-H H2 2O O、活性活性炭炭-氮气、氧化镨（氧化铈）氮气、氧化镨（氧化铈）-氧化体系等。氧化体系等。新的制冷技术充分考虑到制冷剂和环境的可容性以及可持续新的制冷技术充分考虑到制冷剂和环境的可容性以及可持续发展的要求，被形象地称为发展的要求，被形象地称为“绿色制冷绿色制冷”，是今后制冷技术，是今后制冷技术发展的一大趋势。发展的一大趋势。制冷剂与载冷剂载冷剂（一）载冷剂（一）（一）对载冷剂的要求：（一）对载冷剂的要求：1、在使用温度范围内呈液态（凝固点要、在使用温度范围内呈液态（凝固点要低），挥发性小。；低），挥发性小。；2、无毒、对人体无刺激性；、无毒、对人体无刺激性；3、粘

22、度小、相对密度小，传热性能好（载、粘度小、相对密度小，传热性能好（载冷剂的粘度小，管路的阻力小；导热系数高，冷剂的粘度小，管路的阻力小；导热系数高，换热设备的传热性能好，可减少传热面积）；换热设备的传热性能好，可减少传热面积）；制冷剂与载冷剂载冷剂（一）载冷剂（一）（一）对载冷剂的要求：（一）对载冷剂的要求：4、对金属的腐蚀性小；、对金属的腐蚀性小；5、不易燃烧，无爆炸危险；、不易燃烧，无爆炸危险；6、比热容大（载冷剂的比热容大，传递一定量的、比热容大（载冷剂的比热容大，传递一定量的制冷量所需要的循环量就小，管路的管径和泵的尺寸都制冷量所需要的循环量就小，管路的管径和泵的尺寸都小，节省管材和泵

23、的耗功量）小，节省管材和泵的耗功量）7、化学稳定性好（不分解，无活性，不会使其它、化学稳定性好（不分解，无活性，不会使其它物质变色和变质）；物质变色和变质）；8、价格低廉，易于获得）。、价格低廉，易于获得）。制冷剂与载冷剂载冷剂（二）载冷剂（二）（二）常用载冷剂：（二）常用载冷剂：常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物。常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物。1、空气：、空气：空气作为载冷剂在冷库及空调中多有采用。空空气作为载冷剂在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积大。气比热容较小，所需传热面积大。制冷剂与载冷剂载冷剂（二）载冷剂（二）2、水：、水：水是一种比较理想的载冷剂，它比热

24、容大，密水是一种比较理想的载冷剂，它比热容大，密度小、对设备和管路腐蚀性小、不燃烧、不爆炸、度小、对设备和管路腐蚀性小、不燃烧、不爆炸、无毒、化学稳定性好、来源充沛，易于获得，但其无毒、化学稳定性好、来源充沛，易于获得，但其凝固点高，只适用于载冷温度在凝固点高，只适用于载冷温度在0以上的场合。空以上的场合。空调系统中多有采用。水在蒸发器中得到冷却，然后调系统中多有采用。水在蒸发器中得到冷却，然后再送入风机盘管内或直接喷入空气，对空气进行温再送入风机盘管内或直接喷入空气，对空气进行温湿度调节。湿度调节。制冷剂与载冷剂载冷剂（二）载冷剂（二）3、盐水溶液、盐水溶液 盐水溶液有较低的凝固温度，适用于

25、中、盐水溶液有较低的凝固温度，适用于中、低温制冷装置运载冷量。通常采用氯化钠低温制冷装置运载冷量。通常采用氯化钠（NaCl）、氯化钙（）、氯化钙（CaCl2）、氯化镁）、氯化镁（MgCl2）。盐水的凝固温度取决于盐的种类）。盐水的凝固温度取决于盐的种类和配置的浓度。和配置的浓度。制冷剂与载冷剂载冷剂（三）载冷剂（三）盐水作载冷剂时应注意三个问题：盐水作载冷剂时应注意三个问题：1、盐水浓度的确定，取决于盐水的工作温度，一般、盐水浓度的确定，取决于盐水的工作温度，一般应使盐水溶液的凝固温度比制冷剂的蒸发温度低应使盐水溶液的凝固温度比制冷剂的蒸发温度低58（采用水箱式蒸发器时取（采用水箱式蒸发器时取

26、56，采用壳管式蒸发器时取，采用壳管式蒸发器时取68）。）。2、盐水在使用过程中，由于吸收空气中的水分等因素，、盐水在使用过程中，由于吸收空气中的水分等因素，使浓度逐渐降低，因此应定期测量盐水浓度，必要时补充使浓度逐渐降低，因此应定期测量盐水浓度，必要时补充加盐，以防盐水冻结。加盐，以防盐水冻结。3、氯化钠和氯化钙盐水溶液对金属都有一定的腐蚀、氯化钠和氯化钙盐水溶液对金属都有一定的腐蚀性，尤其是开式系统，腐蚀更加严重。为了延缓腐蚀，通性，尤其是开式系统，腐蚀更加严重。为了延缓腐蚀，通常在盐水中加入一定量的缓蚀剂。常在盐水中加入一定量的缓蚀剂。制冷剂与载冷剂载冷剂（四）载冷剂（四）4、有机物载冷

27、剂、有机物载冷剂 有机物载冷剂有甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、有机物载冷剂有甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二氯甲烷、一氯三氟甲烷等。它们都具有丙三醇、二氯甲烷、一氯三氟甲烷等。它们都具有较低的凝固点。例如甲醇的凝固点为较低的凝固点。例如甲醇的凝固点为-97，乙醇的，乙醇的凝固点为凝固点为-117，二氯甲烷的凝固点为，二氯甲烷的凝固点为-97等，适等，适用于更低的载冷温度。用于更低的载冷温度。有机物载冷剂沸点均较低，因此一般都采用闭有机物载冷剂沸点均较低，因此一般都采用闭式封闭循环。考虑到温度变化时，有机物载冷剂的式封闭循环。考虑到温度变化时，有机物载冷剂的体积有变化，系统中往往设有膨胀节或膨胀容器。体积有变化，系统中往往设有膨胀节或膨胀容器。