第二章
第二章 制冷剂、载冷剂和冷冻机油
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第一节 制冷剂的种类和要求
制冷剂:
是制冷机中的 工作流体,它是制冷系
统中为实现制冷循环的 工作介质,也
称为制冷工质,或简称工质。
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一、制冷剂的发展史
蒸气制冷机中的制冷剂从低温热源
中 吸取热量,在低温下 气化,再在高
温下 凝结,向高温热源 排放热量 。因
此,只有在工作温度范围内能够气化
和凝结的物质才有可能作为制冷剂使
用。
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乙醚
1834年
查尔斯 ·泰勒
( Charles
Tellier)
二甲基乙醚
拉乌尔 ·皮克特
( Raul Pictel)
SO2
1874年
混合制冷剂
二十世纪
五六十年代
卡特 ·林德
( Carl Linde)
NH3
1870年
威德豪森
( Windhausen)
CO2
1866年
汤姆斯 ·米杰里
( Thomas
Midgley)
卤代烃
1929-1930年
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1974年 美国加利福尼亚大学的 罗兰( Sherwood
Rowland) 教授和他的博士后 莫利纳( Mario Molina) 在
,自然, 杂志上发表文章,指出 卤代烃 在紫外线作用下
会释放出氯离子,而氯离子会 消耗 地球周围热成层
( Stratosphere,原名平流层)中的 臭氧 ( Ozone,O3),
而使过量的太阳紫外线照射到地面,给地球上的生物和
人类带来一系列的危害。为此,瑞典皇家科学院将 1995
年的诺贝尔化学奖 授予这两位和一名德国的化学家,以
表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面
作出的杰出贡献。
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二、卤代烃制冷剂的命名
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,蒙特利尔议定书,
1.对 CFCs,包括 CFC11,CFCl2,CFCll3,CFCll4,CFCll5 等氯
氟烃物质:
( 1)对 发达 国家,规定从 1996年 1月 1日 起 完全停止 生产与消
费;
( 2)对 发展 中国家( CFCs人均消耗量 小于 0.3kg/年 ),最后
停用的日期是 2010年 。
2.对 HCFCs,包括 HCHC22,HCFCl42b,HCFCl23等:
( 1)对 发达 国家,从 1996年 起冻结生产量,2004年 开始削减,
至 2020年完全停用;
( 2)对 发展 中国家,从 2016年开始冻结生产量,2040年 完全
停用。
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作为制冷剂应该符合如下要求:
1.热力学性质方面:
( 1)在工作温度范围内有 合适的压力和压力比 。
( 2)通常要求单位制冷量 q0和单位容积制冷量 qv较大 。
( 3)单位质量所消耗的功 w和单位容积压缩功 wv要小,循环
效率高,经济性好。
( 4)等熵压缩的 终了温度不要太高 。
( 5) 绝热压缩指数要小 。
( 6) 气化潜热要大。
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2.传输性质方面:
( 1)粘度、密度尽量小。
( 2)热导率大。
( 3)物理化学性质方面。
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。
③ 对大气环境无破坏作用。
( 4)对材料的作用 ——“镀铜, 现象。
( 5)与润滑油的关系。
( 6)对水的溶解性。
( 7)泄漏性。
( 8)抗电性。
( 9)安全性。
( 10)来源充足,制造工艺简单,价格便宜。
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三、制冷剂的分类和命名
1.制冷剂的分类
( 1) 无机物 制冷剂。如 NH3,CO2和 H2O等。
( 2) 卤代烃 制冷剂( 氟利昂 )。如 R12,R134a、
R22,R11,R123等。
( 3) 碳氢化合物 制冷剂。如甲烷、乙烷、丙烷、
异丁烷、乙烯、丙烯等。
( 4) 环烷烃 的卤代物,链烯烃 的卤代物也可作制
冷剂使用,如八氟环丁烷,二氟二氯乙烯等。
( 5) 共沸 制冷剂。如 R500,R502,R507等。
( 6) 非共沸 制冷剂。如 R400,R402,R407等。
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2.制冷剂的命名
( 1) 无机化合物 。无机化合物的简写符号规定为 R7() 。括
号代表一组数字,这组数字是该无机物 分子量 的整数部分。
( 2) 卤代烃和烷烃类 。烷烃类化合物的分子通式为 CmH2m+2;卤
代烃的分子通式为 CmHnFxClyBrz( 2m+2 = n+x+y+z),它们的
简写符号规定为 R( m-1)( n+1)( x) B( z) 。表 2—5为一
些制冷剂的符号举例
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( 3) 非共沸 混合制冷剂。非共沸混合制冷剂的简写
符号为 R4( ) 。括号代表一组数字,这组数字
为该制冷剂命名的先后顺序号,从 00开始。
( 4) 共沸 混合制冷剂。共沸混合制冷剂的简写符号
为 R5( ) 。括号代表一组数字,这组数字为
该制冷剂命名的先后顺序号,从 00开始。
( 5)环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物。其简写符
号规定,环烷烃 及环烷烃的卤代物用字母, RC”开头,
链烯烃 及链烯烃的卤代物用字母, R1”开头 。
(6) 有机 制冷剂则在 600序列任意编号。
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在 大气臭氧层问题 提出来以后,为了能较简单
地定性判别不同种类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,而数字编号不变。例如,R12可表示为
CFCl2,R22可表示为 HCFC22,R134a可表示为
HFCl34a。
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四、制冷剂的环保要求
图 2—1 一些制冷剂的 ODP值和 H GWP值示意图
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描述对臭氧的消耗特征及其强度分布,通常使
用 ODP( Ozone Depletion Potential) 值。 ODP值
表示对大气臭氧层消耗的潜能值,以 R11作为基准
值,其值规定为 1.0。这类制冷剂不仅要破坏大气
臭氧层,还具有 全球变暖潜能值( Global Warming
Potential,简称 GWP) 。具有全球变暖效应的气体
称为温室气体。也选用 R11作为基准,其值规定为
1.0,符号为 HGWP。
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总而言之, 在选用制冷剂时, 除
了要考虑其 热力学性质 外, 还需要考
虑制冷剂的 物理化学性质, 如 毒性,
燃烧性, 爆炸性, 与 金属 材料的作用,
与 润滑油 的作用, 与大气环境的, 友
好性, 等 。
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第二节 常用和新型的制冷剂
氨:
它在蒸发器中的 蒸发压力 一般为 0.098~0.491Mpa,在冷凝
器内的 冷凝压力 一般为 0.981~1.570 MPa,标准 蒸发温度 为
-33.4℃, 凝固温度 为 -77.9℃ 。氨具有较好的热力学性质和热物
理性质,单位容积制冷量大,粘性小,流动阻力小,传热性能好。
此外,氨的价格低廉,又易于获得。
? 氨的主要缺点是对人体有较大的 毒性,也有一定的可燃性 。
? 氨的 压缩终温较高 。
? 氨在矿物油中的 溶解度很小 。
? 纯氨 不腐蚀钢铁 。
? 氨能以 任意比例 与水相互溶解 。
? 氨的检漏方法:从 刺激性气味 很容易发现系统漏氨;可以用
石芯 试纸或 酚酞 试纸化学检漏。
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卤代烃
① 分子量较大, 密度高, 流动性差,在制冷系统中
循环时流动阻力大;
②绝热指数小,压缩终了温度低 ;
③ 传热性能较差 ;
④ 溶水性极差,系统中应严格控制水的含量;
⑤对金属的 腐蚀性很小 ;
⑥遇明火时,卤代烃中会 分解出氟化氢、氯化氢或
光气 ;
⑦无味、渗透性强,在系统中 极易渗透 ;
⑧ 价格高 。
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混合制冷剂
(1)共沸混合制冷剂
? 共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制冷剂、
按一定比例相互溶解而成的制冷剂。它与单组分的制
冷剂一样,在一定的压力下蒸发时能保持恒定的蒸发
温度,且液相与气相始终具有相同的组分。
( 2 )非共沸混合制冷剂
? 非共沸混合制冷剂是由两种或两种以上不同的制冷剂、
按一定比例相互溶解而成的制冷剂。在饱和状态下,
气液两相的组成组分不同,低沸点组分在气相中的成
分总是高于液相中的成分。非共沸混合制冷剂没有共
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。
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第三节 载冷剂
直接 冷却系统
间接 冷却系统:被冷却物体的热量 是
通过 载冷剂 传给制冷剂
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载冷剂的特性
优点,
( 1) 减小 制冷机系统的 容积 及制冷剂的 充灌量 ;
( 2) 热容量大,被冷却对象的温度 易于保持稳定,
蓄冷能力大 ;
( 3) 便于 机组的运行 管理, 便于安装 。
缺点:
( 1) 增加 了动力 消耗 及设备 费用 ;
( 2) 加大 了被冷却物与制冷剂之间的 传热温差,
需要较低的制冷机蒸发温度,总的传热不可逆损
失增大。
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一、载冷剂的要求
1,载冷剂在工作温度下应处于 液体 状态;其 凝固温
度 应 低于 工作温度,沸点 应 高于 工作温度。
2,热容要大 。
3,密度小 。
4,粘度小;化学的稳定性好。对设备和管道无腐蚀 。
5,载冷剂应不燃烧、爆炸、无毒,对人体无害 。
6,价格便宜,容易获得 。
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二、常用的载冷剂的性质
常用的载冷剂是 水, 无机盐水溶液
或 有机物液体 。它们适用于不同的载
冷温度。各种载冷剂能够载冷的最低
温度受其 凝固点 的限制。
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1.水
? 水可以用于蒸发温度高于 0℃ 的制冷装置中的
载冷剂。由于水 价格便宜, 易于获得, 传热
性能好,因此在空调装置及某些 0℃ 以上的冷
却过程中广泛地用作载冷剂。
? 水的 缺点 是 只适合于 载冷温度在 0℃ 以上 的使
用场合。
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2.无机盐水溶液
盐水,如 氯化钙、氯化钠、氯化镁 等的
水溶液。无机盐水溶液有较低的凝固温度,
适合于在 中、低温 制冷装置中载冷。它的主
要缺点是对一些金属材料有 腐蚀作用 。
图 2—3 盐水溶液的相图( T—ξ图)
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盐水溶液的密度和比热容都比较大,因
此,传递一定的冷量所需盐水溶液的体积循
环量较小。盐水溶液具有腐蚀性,尤其是略
呈酸性且与空气相接触的稀盐溶液对金属材
料的 腐蚀性 很强。为此需要采取一定的 缓蚀
措施 。
? 如在盐水溶液中添加 缓蚀剂,使溶液呈中性( pH值调
整到 7.0~8.5)。缓蚀剂通常采用二水重铬酸钠
( Na2Cr2O7·2H2O)和氢氧化钠( NaOH)。
? 通常是在每 1m3氯化钙溶液里加 1.6kg的重铬酸钠和
0.432kg的氢氧化钠;在每 1m3氯化钠溶液里加 3.2kg的
重铬酸钠和 0.862kg的氢氧化钠。
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第四节 冷冻机油
制冷压缩机中所使用的 润滑油,
也称为 冷冻机油 。
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冷冻机油的作用:
1.润滑 作用;
2.冷却 作用;
3.密封 作用;
4.用作 能量调节 机构的动力。
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一、制冷循环系统对冷冻机
油的性能要求
– 优良的与制冷剂 共存时的热稳定性 ;
– 有极好的与制冷剂的 互溶性 ;
– 良好的 润滑性 ;
– 优良的 低温流动性;
– 无蜡状物絮状分离 ;
– 不含水 和优良的 绝缘性能 。
第二章
第二章
二、冷冻机油的分类
冷冻机油主要可分为,矿物油, 合成油 。
– 矿物油 又以其所含主要成分不同,分为 石蜡基
油 和 环烷基油 。
– 合成油,
? 烷基苯 ( A1kylbenzene);
? 聚(烷基乙)二醇( PolyalkyleneGlyco1),
可用 PAG表示;
? 多元醇酯类油( Polyol Ester),亦称聚酯
油,用 POE表示。