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第二章 制冷技术本讲稿第一页，共四十七页第二节第二节 制冷工质制冷工质 一、制冷剂的发展、应用与选用原则一、制冷剂的发展、应用与选用原则 只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。可能作为制冷剂使用。乙醚是最早使用的制冷剂。乙醚是最早使用的制冷剂。1866年年 威德豪森威德豪森(Windhausen)提出使用提出使用CO2作制冷剂。作制冷剂。1870年年 卡尔卡尔林德林德(Cart Linde)用用NH3作制冷剂。作制冷剂。1874年年 拉乌尔拉乌尔皮克特皮克特(Raul Pictel)采用采用SO2作制冷剂。作制冷剂。SO2和和CO2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。在历史上曾经是比较重要的制冷剂。SO2毒性大，但作为重要制冷剂曾有毒性大，但作为重要制冷剂曾有60年历史。年历史。CO2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达50年年之久，之久，1955年才被氟里昂所取代。年才被氟里昂所取代。本讲稿第二页，共四十七页1.热力学性质方面热力学性质方面 2.迁移性质方面迁移性质方面(1)工作温度范围内有合适的压力和压力比。工作温度范围内有合适的压力和压力比。(2)单位制冷量单位制冷量q0和单位容积制冷量和单位容积制冷量qv较大。较大。(3)比功比功w和单位容积压缩功和单位容积压缩功wv小，循环效率高。小，循环效率高。蒸发压力蒸发压力大气压力大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大 (4)等熵压缩终了温度等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。或制冷剂自身在高温下分解。(1)粘度、密度尽量小。粘度、密度尽量小。(2)导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。制冷剂的要求 本讲稿第三页，共四十七页3.物理化学性质方面物理化学性质方面 4.其它其它(1)无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好。化学稳定性和热稳定性好。(3)对大气环境无破坏作用。对大气环境无破坏作用。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。本讲稿第四页，共四十七页二、制冷剂命名二、制冷剂命名制冷剂按其化学组成主要有三类制冷剂按其化学组成主要有三类 无机物无机物 氟里昂氟里昂 碳氢化合物碳氢化合物 本讲稿第五页，共四十七页字母字母“R”和它后面的一组数字或字母和它后面的一组数字或字母 表示制冷剂表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一定规则编写根据制冷剂分子组成按一定规则编写 1.无机化合物无机化合物 2.氟里昂和烷烃类氟里昂和烷烃类 简写符号规定为简写符号规定为R7()()括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。简写符号规定为简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。英文字母以示区别。正丁烷和异丁烷例外，用正丁烷和异丁烷例外，用R600和和R600a(或或R601)表示表示编写规则制冷剂的简写符号本讲稿第六页，共四十七页3.非共沸混合工质非共沸混合工质 简写符号为简写符号为R4()()括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别 4.共沸混合工质共沸混合工质 简写符号为简写符号为R5()()括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始开始 5.环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物 简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“RC”开头，链开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母烯烃及链烯烃的卤代物用字母“R1”开头，其后的数字排写开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。本讲稿第七页，共四十七页表表1 1 制冷剂符号举例制冷剂符号举例 化合物名称分子式m、n、x、z值简写符号一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1R11二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1R13B1二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2R22二氟甲烷CH2F2m=1,n=2,x=2R32甲烷CH4m=1,n=4,x=0R50三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3R123五氟乙烷C2HF5m=2,n=1,x=5R125四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4R134a乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R290本讲稿第八页，共四十七页为简单定性判别制冷剂对臭氧层的破坏能力为简单定性判别制冷剂对臭氧层的破坏能力 将氯氟烃类物质代号中的将氯氟烃类物质代号中的R改用字母改用字母CFC氢氯氟烃类物质代号中的氢氯氟烃类物质代号中的R改用字母改用字母HCFC氢氟烃类物质代号中的氢氟烃类物质代号中的R改用字母改用字母HFC碳氢化合物代号中的碳氢化合物代号中的R改用字母改用字母HC，数字编号不变，数字编号不变本讲稿第九页，共四十七页三、制冷剂的物理化学性质及其应用三、制冷剂的物理化学性质及其应用1.安全性安全性(1)毒性毒性 虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。或火焰作用下会分解出极毒的光气。本讲稿第十页，共四十七页表表2 制冷剂的毒性指标制冷剂的毒性指标给出常用制冷剂给出常用制冷剂TLVs或或AEL值值 制冷剂代 号TLVs或AELppmhr制冷剂代 号TLVs或AELppmhr制冷剂代 号TLVs或AEL ppmhr111000124500290100012100012510005001000221000134a10005021000231000142b1000600a1000321000143a1000717112310152a10007181000本讲稿第十一页，共四十七页(2)燃烧性和爆炸性燃烧性和爆炸性 在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值 相同，则范围越宽越易燃。相同，则范围越宽越易燃。(3)安全分类安全分类表表4与表与表5分别给出了分别给出了6个安全等级的划分定义和一些制冷剂个安全等级的划分定义和一些制冷剂的安全分类。的安全分类。2.热稳定性热稳定性 制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。爆炸极限爆炸极限本讲稿第十二页，共四十七页表表3 一些制冷剂的易燃易爆特性一些制冷剂的易燃易爆特性制冷剂代 号爆炸极限(容积%)制冷剂代 号爆炸极限(容积%)制冷剂代 号爆炸极限(容积%)11None124 None2902.3-7.312 None125 None500 None22 None134a None502 None23 None142b6.7-14.9600a1.8-8.43214-31143a6.0-na71716.0-25.0123 None152a3.9-16.9718 None注：注：None表示不燃烧，表示不燃烧，na表示未知。表示未知。本讲稿第十三页，共四十七页表表4 ASHRAE34-1992以毒性和可燃性为界限的安全分类以毒性和可燃性为界限的安全分类 毒 性 可 燃 性TLVs值确定或一定的系数，制冷剂体积分数410-4TLVs值确定或一定的系数，制冷剂体积分数0.1kg/m3,燃烧热2/3)本讲稿第十九页，共四十七页表表6 水分在一些制冷剂中的溶解度（水分在一些制冷剂中的溶解度（25）制冷剂代 号溶解度(质量%)制冷剂代 号溶解度(质量%)制冷剂代 号溶解度(质量%)110.00981240.07290na120.011250.075000.05220.13134a0.115020.06230.15142b0.05600ana320.12143a0.081230.08152a0.17注：注：na表示没有找到可用的数据。表示没有找到可用的数据。本讲稿第二十页，共四十七页 沸点-33.3，凝固点-77.9 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小 毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2 氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)四、常用制冷剂四、常用制冷剂1.无机物无机物氨本讲稿第二十一页，共四十七页2.氟利昂氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）沸点沸点-29.8，凝固点，凝固点-158。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001%常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。铝镁合金。对天然橡胶和塑料有膨润作用。对天然橡胶和塑料有膨润作用。(2)R134a（四氟乙烷（四氟乙烷 CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。毒性非常低，不可燃，安全。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。化学稳定性很好，溶水性比化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥和强得多，对系统干燥和清洁性要求更高，用与清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。不同的干燥剂。本讲稿第二十二页，共四十七页(3)R11（一氟三氯甲烷（一氟三氯甲烷 CFCl3）沸点沸点23.8，凝固点，凝固点-111。毒性比毒性比R12更小，安全。更小，安全。水在水在R11中的溶解能力与中的溶解能力与R12相接近。相接近。对金属及矿物润滑油的作用关系也与对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似。大致相似。与明火接触时，较与明火接触时，较R12更易分解出光气。更易分解出光气。(4)R22（二氟一氯甲烷（二氟一氯甲烷 CHF2Cl）沸点沸点-40.8，凝固点，凝固点-160。毒性比毒性比R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。略大，无色无味，不燃不爆，安全。属于属于HCFC类制冷剂，也要被限制和禁止使用类制冷剂，也要被限制和禁止使用。对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12相似。相似。化学性质不如化学性质不如R12稳定，对有机物的膨润作用更强。稳定，对有机物的膨润作用更强。部分与矿物润滑油互溶。部分与矿物润滑油互溶。溶水性稍大于溶水性稍大于R12，系统内应装设干燥器。，系统内应装设干燥器。本讲稿第二十三页，共四十七页3.碳氢化合物碳氢化合物(1)R600a（异丁烷（异丁烷 i-C4H10）(2)R290（丙烷（丙烷 C3H8）沸点和凝固点比沸点和凝固点比R600a低，蒸气压较高和容积制冷量比低，蒸气压较高和容积制冷量比R600a大，大，其他制冷特性及安全特性均与其他制冷特性及安全特性均与R600a相似。相似。沸点沸点-11.73，凝固点，凝固点-160。毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。与矿物润滑油能很好互溶，与其他物质的化学与矿物润滑油能很好互溶，与其他物质的化学相溶性很好，与水的溶解性很差。相溶性很好，与水的溶解性很差。本讲稿第二十四页，共四十七页4.混合制冷剂混合制冷剂(1)共沸制冷剂共沸制冷剂共沸制冷剂特点：共沸制冷剂特点：一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而一定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。且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成一定蒸发温度下，共沸制冷剂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。它的单一制冷剂的容积制冷量要大。共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电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。机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。本讲稿第二十五页，共四十七页表表7 几种共沸制冷剂的组成和沸点几种共沸制冷剂的组成和沸点 代号组分质量成分 分子量 沸点()共沸温度各组分的沸点()R500R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507R125/143a50.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7本讲稿第二十六页，共四十七页(2)非共沸制冷剂非共沸制冷剂 一定压力下溶液加热时，一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点首先到达饱和液体点A(泡泡点点)，再加热到达点，再加热到达点B，即进入两相区，继续加即进入两相区，继续加热到点热到点C(露点露点)时全部蒸时全部蒸发完成为饱和蒸气。发完成为饱和蒸气。泡点温度和露点温度的温差称之为泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移温度滑移 图图1 119 19 非共沸制冷剂的非共沸制冷剂的T-T-图图 本讲稿第二十七页，共四十七页(3)常用混合制冷剂的特性常用混合制冷剂的特性沸点沸点-33.5，ODP值较高。值较高。1)共沸制冷剂共沸制冷剂R500 可代替可代替R12用于活塞式制冷机用于活塞式制冷机 沸点沸点-45.4，ODP值较高。值较高。溶水性比溶水性比R12大大1.5倍，在倍，在82以上有较好的溶油性。以上有较好的溶油性。沸点沸点-88，不燃烧，无毒无腐蚀性，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODP值较高。值较高。适用于复叠式制冷机的低温级。适用于复叠式制冷机的低温级。沸点沸点-46.7，ODP值为零。值为零。不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。2)共沸制冷剂共沸制冷剂R502 可代替可代替R22用于获得低温用于获得低温 3)共沸制冷剂共沸制冷剂R503 可代替可代替R13使用使用 4)共沸制冷剂共沸制冷剂R507 用用R502的场合都可用的场合都可用R507替代替代 本讲稿第二十八页，共四十七页5)非共沸制冷剂非共沸制冷剂R401A和和R401B性能与性能与R12较接近。较接近。能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。可作为过度性替代物可作为过度性替代物 泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式 不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油 低温工况下，容积制冷量比低温工况下，容积制冷量比R22要低得多。要低得多。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。泡露点温差仅泡露点温差仅0.2，可称之为近共沸混合制冷剂。，可称之为近共沸混合制冷剂。具有与共沸混合制冷剂类似的优点。具有与共沸混合制冷剂类似的优点。不能直接用来替换不能直接用来替换R22的制冷系统。的制冷系统。7)非共沸制冷剂非共沸制冷剂R410A两元混合制冷剂两元混合制冷剂 6)非共沸制冷剂非共沸制冷剂R407C三元非共沸混合制冷剂三元非共沸混合制冷剂 本讲稿第二十九页，共四十七页5.氟里昂氟里昂 与臭氧层与臭氧层 离地球表面高度大约离地球表面高度大约15-25km处，集中了大气中的处，集中了大气中的70的臭氧，的臭氧，这一层大气圈称为臭氧层。这一层大气圈称为臭氧层。几乎全部吸收了对人体有害的太阳紫外线几乎全部吸收了对人体有害的太阳紫外线，形成了地球上生物和人，形成了地球上生物和人类生存繁衍的保护伞，是一道天然屏障类生存繁衍的保护伞，是一道天然屏障。(1)臭氧层臭氧层本讲稿第三十页，共四十七页1974年年，罗兰罗兰教授教授 和和莫利纳莫利纳博士在博士在自然自然杂志上发表文章指杂志上发表文章指出，出，紫外线紫外线照射使氯氟烃化合物分解出照射使氯氟烃化合物分解出氯氯原子，与原子，与臭氧臭氧进行连进行连锁反应，是臭氧层遭到破坏，危及人类的健康和生态平衡。锁反应，是臭氧层遭到破坏，危及人类的健康和生态平衡。CF2Cl2CF2Cl+Cl Cl+O3ClOO2 ClOOClO2本讲稿第三十一页，共四十七页近年来，人们还发现卤代烃分子中如同时存在氢原子与近年来，人们还发现卤代烃分子中如同时存在氢原子与氯原子，则氢原子能减弱氯原子对臭氧层的破坏。氯原子，则氢原子能减弱氯原子对臭氧层的破坏。从代号上直接反映对臭氧层破坏从代号上直接反映对臭氧层破坏，将卤代烃分成，将卤代烃分成CFC、HCFC、HFC、HC、及及FC等五类。等五类。CFC ChloroFluoroCarbon 对大气臭氧层破坏最大的一类。对大气臭氧层破坏最大的一类。R11(CCl3F)R12(CCl2F2)HCFC，是对大气层有一定破坏的一类，是对大气层有一定破坏的一类，属于过渡性使用物质属于过渡性使用物质。R22(CHClF 2)HFC、HC、及、及FC均不含氯原子，不存在对臭氧层的破坏问题。均不含氯原子，不存在对臭氧层的破坏问题。R134a(CF3CHF2)R14(CF4)R290(C3H8)本讲稿第三十二页，共四十七页(2)ODP 与与GWPODP表示消耗臭氧层潜能值表示消耗臭氧层潜能值。GWP表示全球变暖潜能值表示全球变暖潜能值。ODP及及GWP值越小，则制冷剂对环境的影响越小。值越小，则制冷剂对环境的影响越小。ODP值小于或等于值小于或等于0.05和和GWP值小于或等于值小于或等于0.5的制冷剂是可的制冷剂是可以接受以接受。R11 1.0/1.0 R22 0.04/0.32 R134a 0/0.25本讲稿第三十三页，共四十七页(3)制冷剂制冷剂TEWI 评价某种制冷剂在制冷系统运行若干年而造成对全球变暖的影响。评价某种制冷剂在制冷系统运行若干年而造成对全球变暖的影响。英文英文Total Equivalent Warming Impact的缩写，总体温室的缩写，总体温室效应效应。造成温室原因造成温室原因制冷剂泄漏所致制冷剂泄漏所致 制冷剂回收不彻底所致制冷剂回收不彻底所致制冷装置耗电所致制冷装置耗电所致(火力发电造成的火力发电造成的CO2排放排放)。本讲稿第三十四页，共四十七页采用采用GWP值低的制冷剂值低的制冷剂力求减少制冷系统的泄漏力求减少制冷系统的泄漏降低制冷系统的制冷剂充注量降低制冷系统的制冷剂充注量在制冷装置维修或废弃时提高制冷剂的回收率在制冷装置维修或废弃时提高制冷剂的回收率提高制冷系统的提高制冷系统的COP值已降低能耗值已降低能耗提高火力发电厂的效率以降低单位发电量的提高火力发电厂的效率以降低单位发电量的CO2的排放的排放(4)降低降低TEWI的方法的方法本讲稿第三十五页，共四十七页指间接冷却系统中传递热量的物质指间接冷却系统中传递热量的物质。(制冰池中的盐水，就是常用的载冷剂制冰池中的盐水，就是常用的载冷剂)五、载冷剂五、载冷剂1.载冷剂定义载冷剂定义无毒、无腐蚀性无毒、无腐蚀性 比热容大比热容大 粘度小、密度小粘度小、密度小 凝固点低凝固点低 在使用温度范围内呈液态在使用温度范围内呈液态 化学稳定性好，价格低廉化学稳定性好，价格低廉,容易获得容易获得2.作为载冷剂物质的要求作为载冷剂物质的要求本讲稿第三十六页，共四十七页H2ONaCl CaCl2乙二醇乙二醇（CH2OH-CH2OH）丙二醇丙二醇（CH2OH.CHOH.CH3）甲醇甲醇（CH3OH）乙醇乙醇（CH3CH2OH）3.常用的载冷剂常用的载冷剂本讲稿第三十七页，共四十七页质量浓度质量浓度 10 20 30 40 50 60凝固温度凝固温度 -3.2 -7.8 -14.1 -22.3-33.8 -48.3 (1)乙二醇溶液的浓度与凝固点的关系乙二醇溶液的浓度与凝固点的关系质量浓度质量浓度 10 20 30 40 50 60凝固温度凝固温度 -3.3 -7.1 -12.7-21.1-33.5-51.1(2)丙二醇溶液的浓度与凝固点的关系丙二醇溶液的浓度与凝固点的关系凝固点凝固点-97，乙醇的凝固点为，乙醇的凝固点为-117。(3)甲醇甲醇本讲稿第三十八页，共四十七页六、润滑油六、润滑油1.制冷系统对润滑油的要求制冷系统对润滑油的要求(1)润滑油的粘度润滑油的粘度粘度决定滑动轴承中油膜的承载能力、摩擦功耗及密封能力；粘度决定滑动轴承中油膜的承载能力、摩擦功耗及密封能力；粘度大，则承载力强，密封性好，但流动阻力较大；粘度大，则承载力强，密封性好，但流动阻力较大；汽车空调润滑油粘度较高，电冰箱等固定式系统润滑油粘度较低；汽车空调润滑油粘度较高，电冰箱等固定式系统润滑油粘度较低；高粘度润滑油可能在毛细管内形成高粘度润滑油可能在毛细管内形成“蜡堵蜡堵”或油或油“弹弹”现象，影响毛细管的正常现象，影响毛细管的正常工作；工作；润滑油的粘度对压缩机的能耗也有影响，考核参数取决于润滑油与制冷剂混合物润滑油的粘度对压缩机的能耗也有影响，考核参数取决于润滑油与制冷剂混合物的粘度。的粘度。(2)与制冷剂的互溶性与制冷剂的互溶性互溶性好，在换热器传热管内表面不易形成油膜，对换热有利，否则会造互溶性好，在换热器传热管内表面不易形成油膜，对换热有利，否则会造成蒸发温度降低成蒸发温度降低(蒸发压力不变时蒸发压力不变时)，制冷效果下降；，制冷效果下降；互溶性好，在换热器内不会发生互溶性好，在换热器内不会发生“池积池积”现象，有利于压缩机回油。但互溶使现象，有利于压缩机回油。但互溶使油变稀，降低油的粘度，导致压缩机内油膜过薄，影响压缩机润滑。油变稀，降低油的粘度，导致压缩机内油膜过薄，影响压缩机润滑。本讲稿第三十九页，共四十七页(3)(3)热化学稳定性热化学稳定性制冷系统中，制冷剂、油、金属共存；制冷系统中，制冷剂、油、金属共存；高温会使润滑油发生化学反应，高温会使润滑油发生化学反应，导致油分解、劣化，生成沉积物和焦炭；导致油分解、劣化，生成沉积物和焦炭；分解后产生的酸会腐蚀电气绝缘材料。分解后产生的酸会腐蚀电气绝缘材料。(4)(4)吸水性吸水性润滑油具有强亲水性，会给系统带入水分；润滑油具有强亲水性，会给系统带入水分；水在毛细管中形成冰晶，造成水在毛细管中形成冰晶，造成“冰堵冰堵”现象；现象；采用亲水性润滑油必须安装干燥过滤器。采用亲水性润滑油必须安装干燥过滤器。本讲稿第四十页，共四十七页2.润滑油对制冷系统的影响润滑油对制冷系统的影响(1)润滑油对压缩机的影响润滑油对压缩机的影响含油量超过含油量超过4%时，气阀处流动阻力增加，实际吸气压力降低，使实际吸气比容增加；时，气阀处流动阻力增加，实际吸气压力降低，使实际吸气比容增加；制冷剂含油还会影响气阀工作过程，改变制冷剂热力性质等，从而导致压缩机的制冷量和性制冷剂含油还会影响气阀工作过程，改变制冷剂热力性质等，从而导致压缩机的制冷量和性能系数下降；能系数下降；压缩机功耗随含油量的增加而增加，而排气温度正好相反，随着含油量的增加而降低；压缩机功耗随含油量的增加而增加，而排气温度正好相反，随着含油量的增加而降低；此外压缩机排气管道中的润滑油内会溶解一定量制冷剂，使压缩机的实际排气量减少；此外压缩机排气管道中的润滑油内会溶解一定量制冷剂，使压缩机的实际排气量减少；由于在压缩机进气口处润滑油中溶解有一定量制冷剂，润滑油的粘度会降低，导致润滑效果下降，由于在压缩机进气口处润滑油中溶解有一定量制冷剂，润滑油的粘度会降低，导致润滑效果下降，容易造成压缩机机械部件损坏；容易造成压缩机机械部件损坏；润滑油溶解了制冷剂而导致体积增大，在压缩机启动过程中，曲轴箱中的压力下降，引起溶解于润滑油溶解了制冷剂而导致体积增大，在压缩机启动过程中，曲轴箱中的压力下降，引起溶解于润滑油中的制冷剂沸腾，产生大量泡沫，有可能将大量的油从曲轴箱带人气缸，产生液击，损坏润滑油中的制冷剂沸腾，产生大量泡沫，有可能将大量的油从曲轴箱带人气缸，产生液击，损坏设备；设备；压缩机排气管道中的润滑油中溶解有较多的制冷剂压缩机排气管道中的润滑油中溶解有较多的制冷剂(约约32.5%-40%)，如果使用油分离器，会使油，如果使用油分离器，会使油中溶解的制冷剂不能进入循环，导致制冷剂质量流量减小，制冷量降低，故不宜使用油分离器；中溶解的制冷剂不能进入循环，导致制冷剂质量流量减小，制冷量降低，故不宜使用油分离器；制冷剂与润滑油不能互溶的制冷系统，会有大量的润滑油进入循环。制冷剂与润滑油不能互溶的制冷系统，会有大量的润滑油进入循环。本讲稿第四十一页，共四十七页(2)润滑油对冷凝器的影响润滑油对冷凝器的影响制冷剂中润滑油含量非常低时制冷剂中润滑油含量非常低时(约为约为0.01%)，冷凝器内换热系数达到最大值，但与纯，冷凝器内换热系数达到最大值，但与纯制冷剂时相比增幅不大；制冷剂时相比增幅不大；总体上，换热系数随着润滑油含量的增加而降低；总体上，换热系数随着润滑油含量的增加而降低；由于润滑油溶于制冷剂，会导致制冷剂粘度增大，从而使压降增大；由于润滑油溶于制冷剂，会导致制冷剂粘度增大，从而使压降增大；总体而言，润滑油的存在会削弱冷凝换热，使冷凝器传热温差增大，冷凝压力升高。总体而言，润滑油的存在会削弱冷凝换热，使冷凝器传热温差增大，冷凝压力升高。(3)润滑油对毛细管的影响润滑油对毛细管的影响含油制冷剂在毛细管中的质量流量比纯制冷剂小，液相长度短；含油制冷剂在毛细管中的质量流量比纯制冷剂小，液相长度短；含油量较高时，制冷剂的流量减小；含油量较高时，制冷剂的流量减小；当含油量很小时，油的存在对制冷剂的流量没有明显的影响；当含油量很小时，油的存在对制冷剂的流量没有明显的影响；润滑油的存在，使闪蒸温度升高，液体段长度减小；润滑油的存在，使闪蒸温度升高，液体段长度减小；制冷剂含油影响毛细管流量的原因主要有两个方面：制冷剂含油影响毛细管流量的原因主要有两个方面：1)油的粘度远高于制冷剂，制冷剂中含少量油会增加混合物的粘度及流动阻力，油的粘度远高于制冷剂，制冷剂中含少量油会增加混合物的粘度及流动阻力，使制冷剂提前达到饱和状态，使得流量减小。使制冷剂提前达到饱和状态，使得流量减小。2)油的表面张力远高于制冷剂，制冷剂中含油会使混合物的表面张力增大，阻碍制冷剂蒸发，使油的表面张力远高于制冷剂，制冷剂中含油会使混合物的表面张力增大，阻碍制冷剂蒸发，使汽化欠压增大，延缓制冷剂蒸发，而增加毛细管的流量。汽化欠压增大，延缓制冷剂蒸发，而增加毛细管的流量。本讲稿第四十二页，共四十七页(4)润滑油对蒸发器的影响润滑油对蒸发器的影响 1)1)对传热和压降的影响对传热和压降的影响对传热和压降的影响对传热和压降的影响润滑油对制冷系统的蒸发器受润滑油的影响最大；润滑油对制冷系统的蒸发器受润滑油的影响最大；管内含少量润滑油，可强化蒸发传热，含油较多时则弱化蒸发传热；管内含少量润滑油，可强化蒸发传热，含油较多时则弱化蒸发传热；制冷剂中溶有少量润滑油可增加制冷剂的表面张力，改变其对管壁的表面浸润性；还会制冷剂中溶有少量润滑油可增加制冷剂的表面张力，改变其对管壁的表面浸润性；还会在管内产生泡沫，增加管内液体与管壁的浸润面积，同时将液膜拉薄，沿管壁分布更均匀，在管内产生泡沫，增加管内液体与管壁的浸润面积，同时将液膜拉薄，沿管壁分布更均匀，强化传热效果，从而提高蒸发换热系数强化传热效果，从而提高蒸发换热系数；含油较多时，蒸发器中的蒸气基本是纯制冷剂气体，油成分极少，随着蒸发的进含油较多时，蒸发器中的蒸气基本是纯制冷剂气体，油成分极少，随着蒸发的进行，液相中的含油量逐步增加，会在换热器内表面形成油膜，降低换热系数，使蒸发行，液相中的含油量逐步增加，会在换热器内表面形成油膜，降低换热系数，使蒸发曲线下降，传热温差增大曲线下降，传热温差增大；蒸发器出口处润滑油中溶有部分未蒸发的制冷剂，这部分潜热无蒸发器出口处润滑油中溶有部分未蒸发的制冷剂，这部分潜热无法被充分利用，从而导致制冷量减小；蒸发器中润滑油的存在影响制冷剂沸腾时气泡的形成，减法被充分利用，从而导致制冷量减小；蒸发器中润滑油的存在影响制冷剂沸腾时气泡的形成，减小气泡的生成速度和频率，削弱成核过程中的热传递，从而降低换热效果。小气泡的生成速度和频率，削弱成核过程中的热传递，从而降低换热效果。在蒸发器末端，制冷剂的蒸发和温度升高，造成制冷剂在润滑油中溶解度降低，混合物中制在蒸发器末端，制冷剂的蒸发和温度升高，造成制冷剂在润滑油中溶解度降低，混合物中制冷剂含量越来越低，混合物粘度逐渐增大，从而造成蒸发器末端换热系数的减小和压降增加。冷剂含量越来越低，混合物粘度逐渐增大，从而造成蒸发器末端换热系数的减小和压降增加。当含油量达到当含油量达到5%时，与无润滑油时相比，压降增大一倍；时，与无润滑油时相比，压降增大一倍；压降的增大，一方面降低了压缩机吸气压力，导致压缩机压缩效率降低压降的增大，一方面降低了压缩机吸气压力，导致压缩机压缩效率降低；另一方面，又另一方面，又有利于润滑油中溶解的制冷剂被释出，从而提高蒸发器的换热效果。有利于润滑油中溶解的制冷剂被释出，从而提高蒸发器的换热效果。本讲稿第四十三页，共四十七页(4)润滑油对蒸发器的影响润滑油对蒸发器的影响 2)2)分层现象分层现象分层现象分层现象制冷剂在系统各部件内的溶解量不同，造成制冷剂在油中的迁移；制冷剂在系统各部件内的溶解量不同，造成制冷剂在油中的迁移；制冷剂制冷剂/油混合物随温度的降低将出现分层现象，润滑油容易积存在毛细管及蒸发器油混合物随温度的降低将出现分层现象，润滑油容易积存在毛细管及蒸发器上，从而影响其换热效果，使制冷剂性能下降；上，从而影响其换热效果，使制冷剂性能下降；蒸发器最有可能出现相分离。蒸发器最有可能出现相分离。在蒸发器中制冷剂蒸发，在蒸发器管路内表面上会形成液态的油膜。在蒸发器中制冷剂蒸发，在蒸发器管路内表面上会形成液态的油膜。油膜的粘度主要由液相中润滑油的浓度决定。油膜的粘度主要由液相中润滑油的浓度决定。当油膜粘度很大时，制冷剂蒸气的流速不足以将润滑油带出蒸发器，从而积留在蒸发器中。当油膜粘度很大时，制冷剂蒸气的流速不足以将润滑油带出蒸发器，从而积留在蒸发器中。本讲稿第四十四页，共四十七页(5)润滑油对管路的影响润滑油对管路的影响润滑油在系统中流动时会黏附在壁面上形成油膜；润滑油在系统中流动时会黏附在壁面上形成油膜；对于不能互溶的润滑油和制冷剂，可以通过在压缩机排气口处设一个油分离对于不能互溶的润滑油和制冷剂，可以通过在压缩机排气口处设一个油分离器来解决；器来解决；对于更常用的可互溶润滑油则不行，润滑油与制冷剂一起进人循环，直到它通过对于更常用的可互溶润滑油则不行，润滑油与制冷剂一起进人循环，直到它通过进气口再次回到压缩机。进气口再次回到压缩机。需要考虑润滑油在管路等部件中的流动，尤其要考虑垂直管路；因为润滑油克服重力及粘度需要考虑润滑油在管路等部件中的流动，尤其要考虑垂直管路；因为润滑油克服重力及粘度影响而难以向上流动。制冷剂蒸气必须有较高的流速，又会造成压降增大。影响而难以向上流动。制冷剂蒸气必须有较高的流速，又会造成压降增大。在蒸发器及回气管的低温区内，温度升高时，混合液粘度由于油中制冷剂含量降低而在蒸发器及回气管的低温区内，温度升高时，混合液粘度由于油中制冷剂含量降低而升高；在高温区，制冷剂溶入量少，混合液的主要成分是润滑油，其粘度随温度的升高而升高；在高温区，制冷剂溶入量少，混合液的主要成分是润滑油，其粘度随温度的升高而降低。在设计管道时，应以最大粘度和管道的倾斜角度为主要依据，确定管径及管内气体降低。在设计管道时，应以最大粘度和管道的倾斜角度为主要依据，确定管径及管内气体的流速。的流速。本讲稿第四十五页，共四十七页结论结论对于氟利昂制冷系统，系统含油量小时，压缩机质量流量增加，蒸发对于氟利昂制冷系统，系统含油量小时，压缩机质量流量增加，蒸发和冷凝换热性能增强；当含油量较大时，压缩机功耗增加，实际排气和冷凝换热性能增强；当含油量较大时，压缩机功耗增加，实际排气量减少，排气温度降低；蒸发冷凝换热系数降低，沿程摩擦压降增大；量减少，排气温度降低；蒸发冷凝换热系数降低，沿程摩擦压降增大；毛细管中液体段长度和质量流量减小，引起制冷量减小；毛细管中液体段长度和质量流量减小，引起制冷量减小；润滑油的存在，有可能造成换热器中润滑油润滑油的存在，有可能造成换热器中润滑油“池积池积”，毛细管中，毛细管中“蜡堵蜡堵”、“冰堵冰堵”，压缩机中缺油和润滑效果下降等现象。因此需要合理设计系，压缩机中缺油和润滑效果下降等现象。因此需要合理设计系统和各部件，控制系统的含油量，使循环中的制冷剂能够顺利返回压缩机，统和各部件，控制系统的含油量，使循环中的制冷剂能够顺利返回压缩机，避免压缩机缺油。避免压缩机缺油。本讲稿第四十六页，共四十七页本部分内容结束！本部分内容结束！本讲稿第四十七页，共四十七页