祝同学们：
新年愉快！
心想事成！
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制 冷 学教师:李清明
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学时:理论22学时内容,
第一章制冷原理第二章制冷机械第三章制冷技术在食品工业中的应用第四章食品冷藏链
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第一章 制冷原理
l主要介绍：1,制冷技术的发展概况；
l 2,制冷方法；
l 3,逆卡诺循环；
l 4,机械制冷循环；
l 5,常用制冷剂。
l重点：单级蒸汽压缩式制冷循环的原理
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第一节 制冷技术的发展概况
l一、制冷技术的概念
l制冷技术是一门研究人工制冷原理、方法、设备及应用的科学技术。
l在工业和科学研究上，常把制冷分为普冷和深冷两个体系：
l 普通制冷制冷温度高于120 K
l 深度制冷制冷温度低于120K
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第一节 制冷技术的发展概况
l二、制冷技术的发展与现状
1834 年英国人波尔金斯制成第一台用乙醚做制冷剂的制冷机
1834 年美国人高斯发明了空气压缩式制冷机
1862 年法国人卡尔里制成吸收式制冷机
1874 年瑞士人皮克制成了以SO2为制冷剂的制冷机
1874年德国人林杰发明氨制冷机，成了公认的制冷机始祖，对制冷技术的实用化起了重大的作用
1930 年出现了以氟利昂为制冷剂的制冷机
1860 年发明了半导体制冷。
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第一节 制冷技术的发展概况制冷技术在食品保藏方面的重大进展主要表现在以下四个方面：
l 1,冷冻食品的形式不断得到改进
l 2,冻结方式的改进
l 3,作为冷源的制冷装置也有新的突破
l 4,对于食品的冷冻、冻藏、运输、销售等各个环节的温度条件有了进一步的认识。
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第一节 制冷技术的发展概况
l三、制冷技术的应用
l1,食品工业
l2,其他工业、农业
l3,日常生活中，电冰箱，空调器的应用。
l4,国防、科研上的应用。
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第二节 制冷方法
l（一）液体蒸发热的利用
l（二）固体融化热的利用
l（三）固体升华热的利用
l（四）气体膨胀热的利用
l（五）利用温差效应
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第三节 制冷的热工基础
l一、机械制冷的基本原理
l机械制冷的基本原理是逆卡诺循环
l逆卡诺循环是由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等温过程组成
a-d-c-b-a 按逆时针方向循环
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第三节 制冷的热工基础
l 过冷：在理论制冷循环中，饱和制冷剂在节流膨胀时会产生一定程度的闪蒸现象，使单位制冷量减少。为弥补这种损失，在实际循环中，进入节流阀前的制冷剂温度往往低于冷凝压力所对应的饱和温度，属于过冷液体。这样的循环称为过冷循环。过冷度一般为3-50C。
l 过热：从蒸发器出来的低温低压蒸气，进入压缩机之前在吸气管道中要吸收周围环境的热量而过热，压缩机吸气温度和比容都要大，
这种情况叫蒸气过热。过热度一般为3-70C。
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
l二单级蒸气压缩式制冷循环
l（一）基本循环
l概念：单级蒸气压缩制冷循环是指制冷剂在一个制冷循环过程中，从蒸发到冷凝只经过一次压缩；整个循环由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器4个基本设备及一些辅助设备组成。
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第三节 制冷的热工基础
l（二）氨单级压缩制冷循环
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第三节 制冷的热工基础
l（三）制冷循环工作参数的确定
l 蒸发温度：制冷剂在蒸发器中汽化时的平均温度。
如被冷却介质是空气时，则蒸发温度较空气温度低8-120C
如被冷却介质是水或盐水时，则蒸发温度较水或盐水4-60C
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第三节 制冷的热工基础
l冷凝温度制冷剂在冷凝器中凝结的温度。
当环境冷却介质为空气时，则冷凝温度比冷凝器中冷却空气出口温度高100C左右；
当环境冷却介质为水时，则冷凝温度比冷凝器中冷却水出口温度高50C左右；
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第三节 制冷的热工基础
l（四）单级制冷机工况标准工况空调工况最大压差工况最大功率工况
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
l三双级压缩制冷循环压缩机排出压力 (冷凝压力)与吸入压力
(蒸发压力)之比称为压缩比，即压缩比=
当压缩比e＞8时，
采用双级压缩。
蒸发压力冷凝压力
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第三节 制冷的热工基础类型：一级节流中间完全冷却循环；一级节流中间不完全冷却循环。
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
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第四节 制冷剂与载冷剂
l制冷剂是制冷系统实现制冷循环的工作介质，也称为制冷工质。
l一制冷剂的一般要求
l (一) 热力学要求：
l①临界温度较高，在常温或普通低温下能够液化。
l②饱和压力适中，蒸发压力不低于大气压力，冷凝压力不能过高，且冷凝压力和蒸发压力之比也不能过大，避免压缩终温过高和压缩机的输气系数降低。减少对密封的要求。
l③凝固温度低。
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第四节 制冷剂与载冷剂
（二）物理化学性质
l④粘度和密度小。以便于流动畅通。
l⑤导热系数高。
l⑥绝热指数小。
l⑦液体比热容小，节流过程损失减小。蒸汽的比热要大。汽化潜热要求大。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l（三）安全性要求不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不作用，高温下不分解，对入体无毒害。
（四）经济性要求价格便宜，便于获得。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l有关名词解释：
l 临界温度：当温度升高到某一数值时，即使压力再升高，也不能使蒸汽液化，这一温度称为临界温度。
l 临界压力：在临界温度下，使液体液化的最低压力称为临界压力。
l 绝热指数：气体定压比热与定容比热的的比值。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l二 常用制冷剂
l食品工业的制冷中主要采用R717、
R12、R22及部分共沸点制冷剂
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第四节 制冷剂与载冷剂
l 1.氨
l氨的正常沸点为-33.4℃，凝固温度为-77.7℃，
临界温度133.3℃，临界压力为11417kPMa。
l氨有较好的热力性质和物理性质，压力适中，
单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好，价格低廉，易于获得，是应用最早而且目前仍广为使用的制冷剂。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l缺点:是毒性大，易燃，易爆，制冷车间的工用区内规定氨蒸气浓度不得超过0.02mg/L。氨蒸气对食品有污染和使之变味的不良作用，因此机房和库房应隔开一定的距离。若制冷机系统内部含有空气，有时氨会在制冷装置内部发生爆炸，因此氨制冷系统中必须设空气分离器，及时排除系统内的空气及其他不凝性气体。
l氨的压缩终温较高，故对压缩机气缸要采取冷却措施。
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第四节 制冷剂与载冷剂氨是典型的难溶于润滑油的制冷剂，它在润滑油中的溶解度不超过1%，因此，氨制冷机的管道和换热器的表面上会积有油膜，影响传热效果。
运行中，润滑油还会积存在冷凝器贮氨器及蒸发器的下部，这些部位应定期放油。
l纯氨不腐蚀铁，但含有水分时腐蚀锌、铜、青铜及其他铜合金，只有磷青铜例外，因此要求含水量控制在0.2%以内。此外，氨制冷机中不允许使用铜和铜合金，只有那些需要润滑的零件，如活塞销、轴瓦、密封环等，才允许使用高锡磷青铜。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l 2.氟利昂
l氟利昂制冷剂具有的共性是无味，不易燃烧，
毒性小，但含氯原子的氟利昂遇明火时能分解出剧毒的光气；对金属材料的腐蚀性小，但对橡胶、塑料有腐蚀作用；渗透性强，易泄漏，
而且泄漏小不易被发现；传热性能差，相对分子质量大，比较重大，流动性差，故在系统中循环时阻力损失较大；绝热指数小，压缩终温低；单位容积制冷小，制冷剂的循环量较大，
价格高。多用于中小型普通制冷装置。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l R12是应用最广的中温制冷机。应用于中等蒸发温度或或低蒸发温度的制冷装置。
l水在其中溶解度很小，并随温度降低而降低。（R12含水量控制在0.0025％）。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l评价物质对环境影响的两个指标：
l 1、臭氧层消耗的潜能值（Ozone Depltion
Potential） ODP
l 2、全球变暖的潜能值（Gloable Warming
Potential ） GWP
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第四节 制冷剂与载冷剂
l三 载 冷剂
l在间接式制冷系统中，被冷却物体中的热量是通过中间介质传给制冷剂的，这种中间介质在制冷工程中称为载冷剂。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l 1.载冷剂的一般要求
l①载冷剂应始终呈液态，沸点要高，凝固点要低，且均应远离工作温度。
l②载冷剂在循环中能耗要低，即要求载冷剂比热大，密度小，粘度低。
l③安全可靠，化学稳定性要好，不燃烧，不爆炸，对管道及设备不腐蚀，对人体无毒害。
l④价格低廉，易于获得。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l2.常用载冷剂的种类
l (1)水。水的比热大，对流传热性能好，价格低廉，到处都有。因此，在0℃以上的冷却过程中被广泛地用作载冷剂。
l (2)盐水。盐水可在工作温度小于0℃的状态下作为载冷剂。常用的盐水是由氯化钙、氯化钠和氯化镁配制成的盐水溶液。比较起来，氯化镁溶液价格较贵。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l①盐水浓度高，其密度大，流动阻力增大，比热容减小，因此，将使功耗增加，所以，一般使用的盐水浓度均小于其冰盐共晶点浓度。
l②为了保证蒸发器中的盐水不产生冻结现象，
要求盐水的凝固点温度应比制冷剂的蒸发温度低6～8℃，所以，不同盐水适用的蒸发温度不同。
l③最好采用闭式盐水循环系流，以减少盐水同空气的接触。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l (3)有机载冷剂。有机载冷剂主要有乙二醇、丙二醇的水溶液。它们都是无色、无味、无电解性的溶液。冰点都比较低，最低温度可达-
48.9℃，化学稳定性也好，对管道、容器等金属材料无腐蚀作用。
l丙二醇无毒，可以与食品直接接触而不致污染。
乙二醇略带毒性，但无危害性，价格和粘度较丙二醇低。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l一般盐水可用于－20－－50 ℃；
l更低温度可用特殊有机物溶液：
l如聚二甲基硅醚（－111.1 ℃）
l 右旋柠檬碱（96.7 ℃）
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第一章 制冷原理
l主要介绍：1,制冷技术的发展概况；
l 2,制冷方法；
l 3,逆卡诺循环；
l 4,机械制冷循环；
l 5,常用制冷剂。
l重点：单级蒸汽压缩式制冷循环的原理
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第一节 制冷技术的发展概况
l一、制冷技术的概念
l制冷技术是一门研究人工制冷原理、方法、设备及应用的科学技术。
l在工业和科学研究上，常把制冷分为普冷和深冷两个体系：
l 普通制冷制冷温度高于120 K
l 深度制冷制冷温度低于120K
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第一节 制冷技术的发展概况
l二、制冷技术的发展与现状
1834 年英国人波尔金斯制成第一台用乙醚做制冷剂的制冷机
1834 年美国人高斯发明了空气压缩式制冷机
1862 年法国人卡尔里制成吸收式制冷机
1874 年瑞士人皮克制成了以SO2为制冷剂的制冷机
1874年德国人林杰发明氨制冷机，成了公认的制冷机始祖，对制冷技术的实用化起了重大的作用
1930 年出现了以氟利昂为制冷剂的制冷机
1860 年发明了半导体制冷。
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第一节 制冷技术的发展概况制冷技术在食品保藏方面的重大进展主要表现在以下四个方面：
l 1,冷冻食品的形式不断得到改进
l 2,冻结方式的改进
l 3,作为冷源的制冷装置也有新的突破
l 4,对于食品的冷冻、冻藏、运输、销售等各个环节的温度条件有了进一步的认识。
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第一节 制冷技术的发展概况
l三、制冷技术的应用
l1,食品工业
l2,其他工业、农业
l3,日常生活中，电冰箱，空调器的应用。
l4,国防、科研上的应用。
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第二节 制冷方法
l（一）液体蒸发热的利用
l（二）固体融化热的利用
l（三）固体升华热的利用
l（四）气体膨胀热的利用
l（五）利用温差效应
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第三节 制冷的热工基础
l一、机械制冷的基本原理
l机械制冷的基本原理是逆卡诺循环
l逆卡诺循环是由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等温过程组成
a-d-c-b-a 按逆时针方向循环
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第三节 制冷的热工基础
l 过冷：在理论制冷循环中，饱和制冷剂在节流膨胀时会产生一定程度的闪蒸现象，使单位制冷量减少。为弥补这种损失，在实际循环中，进入节流阀前的制冷剂温度往往低于冷凝压力所对应的饱和温度，属于过冷液体。这样的循环称为过冷循环。过冷度一般为3-50C。
l 过热：从蒸发器出来的低温低压蒸气，进入压缩机之前在吸气管道中要吸收周围环境的热量而过热，压缩机吸气温度和比容都要大，
这种情况叫蒸气过热。过热度一般为3-70C。
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第三节 制冷的热工基础
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第三节 制冷的热工基础
l二单级蒸气压缩式制冷循环
l（一）基本循环
l概念：单级蒸气压缩制冷循环是指制冷剂在一个制冷循环过程中，从蒸发到冷凝只经过一次压缩；整个循环由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器4个基本设备及一些辅助设备组成。
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第三节 制冷的热工基础
l（二）氨单级压缩制冷循环
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l（三）制冷循环工作参数的确定
l 蒸发温度：制冷剂在蒸发器中汽化时的平均温度。
如被冷却介质是空气时，则蒸发温度较空气温度低8-120C
如被冷却介质是水或盐水时，则蒸发温度较水或盐水4-60C
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第三节 制冷的热工基础
l冷凝温度制冷剂在冷凝器中凝结的温度。
当环境冷却介质为空气时，则冷凝温度比冷凝器中冷却空气出口温度高100C左右；
当环境冷却介质为水时，则冷凝温度比冷凝器中冷却水出口温度高50C左右；
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第三节 制冷的热工基础
l（四）单级制冷机工况标准工况空调工况最大压差工况最大功率工况
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第三节 制冷的热工基础
l三双级压缩制冷循环压缩机排出压力 (冷凝压力)与吸入压力
(蒸发压力)之比称为压缩比，即压缩比=
当压缩比e＞8时，
采用双级压缩。
蒸发压力冷凝压力
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第四节 制冷剂与载冷剂
l制冷剂是制冷系统实现制冷循环的工作介质，也称为制冷工质。
l一制冷剂的一般要求
l (一) 热力学要求：
l①临界温度较高，在常温或普通低温下能够液化。
l②饱和压力适中，蒸发压力不低于大气压力，冷凝压力不能过高，且冷凝压力和蒸发压力之比也不能过大，避免压缩终温过高和压缩机的输气系数降低。减少对密封的要求。
l③凝固温度低。
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第四节 制冷剂与载冷剂
（二）物理化学性质
l④粘度和密度小。以便于流动畅通。
l⑤导热系数高。
l⑥绝热指数小。
l⑦液体比热容小，节流过程损失减小。蒸汽的比热要大。汽化潜热要求大。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l（三）安全性要求不燃烧，不爆炸，无毒，对金属不起腐蚀作用，与润滑油不作用，高温下不分解，对入体无毒害。
（四）经济性要求价格便宜，便于获得。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l有关名词解释：
l 临界温度：当温度升高到某一数值时，即使压力再升高，也不能使蒸汽液化，这一温度称为临界温度。
l 临界压力：在临界温度下，使液体液化的最低压力称为临界压力。
l 绝热指数：气体定压比热与定容比热的的比值。
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l二 常用制冷剂
l食品工业的制冷中主要采用R717、
R12、R22及部分共沸点制冷剂
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l 1.氨
l氨的正常沸点为-33.4℃，凝固温度为-77.7℃，
临界温度133.3℃，临界压力为11417kPMa。
l氨有较好的热力性质和物理性质，压力适中，
单位容积制冷量大，粘性小，流动阻力小，传热性能好，价格低廉，易于获得，是应用最早而且目前仍广为使用的制冷剂。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l缺点:是毒性大，易燃，易爆，制冷车间的工用区内规定氨蒸气浓度不得超过0.02mg/L。氨蒸气对食品有污染和使之变味的不良作用，因此机房和库房应隔开一定的距离。若制冷机系统内部含有空气，有时氨会在制冷装置内部发生爆炸，因此氨制冷系统中必须设空气分离器，及时排除系统内的空气及其他不凝性气体。
l氨的压缩终温较高，故对压缩机气缸要采取冷却措施。
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第四节 制冷剂与载冷剂氨是典型的难溶于润滑油的制冷剂，它在润滑油中的溶解度不超过1%，因此，氨制冷机的管道和换热器的表面上会积有油膜，影响传热效果。
运行中，润滑油还会积存在冷凝器贮氨器及蒸发器的下部，这些部位应定期放油。
l纯氨不腐蚀铁，但含有水分时腐蚀锌、铜、青铜及其他铜合金，只有磷青铜例外，因此要求含水量控制在0.2%以内。此外，氨制冷机中不允许使用铜和铜合金，只有那些需要润滑的零件，如活塞销、轴瓦、密封环等，才允许使用高锡磷青铜。
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l 2.氟利昂
l氟利昂制冷剂具有的共性是无味，不易燃烧，
毒性小，但含氯原子的氟利昂遇明火时能分解出剧毒的光气；对金属材料的腐蚀性小，但对橡胶、塑料有腐蚀作用；渗透性强，易泄漏，
而且泄漏小不易被发现；传热性能差，相对分子质量大，比较重大，流动性差，故在系统中循环时阻力损失较大；绝热指数小，压缩终温低；单位容积制冷小，制冷剂的循环量较大，
价格高。多用于中小型普通制冷装置。
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l R12是应用最广的中温制冷机。应用于中等蒸发温度或或低蒸发温度的制冷装置。
l水在其中溶解度很小，并随温度降低而降低。（R12含水量控制在0.0025％）。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l评价物质对环境影响的两个指标：
l 1、臭氧层消耗的潜能值（Ozone Depltion
Potential） ODP
l 2、全球变暖的潜能值（Gloable Warming
Potential ） GWP
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l三 载 冷剂
l在间接式制冷系统中，被冷却物体中的热量是通过中间介质传给制冷剂的，这种中间介质在制冷工程中称为载冷剂。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l 1.载冷剂的一般要求
l①载冷剂应始终呈液态，沸点要高，凝固点要低，且均应远离工作温度。
l②载冷剂在循环中能耗要低，即要求载冷剂比热大，密度小，粘度低。
l③安全可靠，化学稳定性要好，不燃烧，不爆炸，对管道及设备不腐蚀，对人体无毒害。
l④价格低廉，易于获得。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l2.常用载冷剂的种类
l (1)水。水的比热大，对流传热性能好，价格低廉，到处都有。因此，在0℃以上的冷却过程中被广泛地用作载冷剂。
l (2)盐水。盐水可在工作温度小于0℃的状态下作为载冷剂。常用的盐水是由氯化钙、氯化钠和氯化镁配制成的盐水溶液。比较起来，氯化镁溶液价格较贵。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l①盐水浓度高，其密度大，流动阻力增大，比热容减小，因此，将使功耗增加，所以，一般使用的盐水浓度均小于其冰盐共晶点浓度。
l②为了保证蒸发器中的盐水不产生冻结现象，
要求盐水的凝固点温度应比制冷剂的蒸发温度低6～8℃，所以，不同盐水适用的蒸发温度不同。
l③最好采用闭式盐水循环系流，以减少盐水同空气的接触。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l (3)有机载冷剂。有机载冷剂主要有乙二醇、丙二醇的水溶液。它们都是无色、无味、无电解性的溶液。冰点都比较低，最低温度可达-
48.9℃，化学稳定性也好，对管道、容器等金属材料无腐蚀作用。
l丙二醇无毒，可以与食品直接接触而不致污染。
乙二醇略带毒性，但无危害性，价格和粘度较丙二醇低。
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第四节 制冷剂与载冷剂
l一般盐水可用于－20－－50 ℃；
l更低温度可用特殊有机物溶液：
l如聚二甲基硅醚（－111.1 ℃）
l 右旋柠檬碱（96.7 ℃）
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