《制冷剂与载冷剂》PPT课件.ppt

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()()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+10000+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 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、提换热设，以减少管道流动阻力、提换热设备的传热强度。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，减少传，以提高换热设备的效率，减少传热面积。热面积。制冷剂要求（二）物理化学的要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，为机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上不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。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发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。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量从压缩机带出的油量少，故蒸发器中蒸发温度较稳定。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冷凝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。器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。制冷剂要求（二）物理化学的要求物理化学的要求应应具有一定的吸水性，具有一定的吸水性，这样这样就不致在制冷系就不致在制冷系统统中形成中形成“冰塞冰塞”，影响正常运行。，影响正常运行。应应具有化学具有化学稳稳定性：不燃定性：不燃烧烧、不爆炸，使用中不分解，、不爆炸，使用中不分解，不不变质变质。同同时时制冷制冷剂剂本身或与油、水等相混本身或与油、水等相混时时，对对金金属不属不应应有有显显著的腐著的腐蚀蚀作用，作用，对对密封材料的溶密封材料的溶胀胀作用作用应应小小。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。氨（R717）的特性 氨氨（R717R717、NHNH3 3）是是中中温温制制冷冷剂剂之之一一，其其蒸蒸发发温温度度t ts s为为-33.433.4，使使用用范范围围是是+5+5到到-70-70，当当冷冷却却水水温温度度高高达达3030时，冷凝器中的工作压力一般不超过时，冷凝器中的工作压力一般不超过MPaMPa。氨氨的的临临界界温温度度较较高高（t tkrkr=132=132）。氨氨的的汽汽化化潜潜热热大大，在在大大气气压压力力下下为为11641164KJ/KgKJ/Kg，单单位位容容积积制制冷冷量量也也大大，氨氨压压缩缩机机之之尺寸可以较小。尺寸可以较小。纯纯氨氨对对润润滑滑油油无无不不良良影影响响，但但有有水水分分时时，会会降降低低冷冷冻冻油油的的润滑作用。润滑作用。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合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），故在氨制冷系统中对管道及阀件均不采金（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。用铜和铜合金。mg/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。氟里昂的特性 氟氟里里昂昂是是一一种种透透明明、无无味味、无无毒毒、不不易易燃燃烧烧、爆爆炸炸和和化化学学性性稳稳定定的的制制冷冷剂剂。不不同同的的化化学学组组成成和和结结构构的的氟氟里里昂昂制制冷冷剂剂热热力力性性质质相相差差很很大大，可可适适用用于于高高温温、中中温温和和低低温温制制冷机，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，由于其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。他型号的制冷剂现在已经停用或禁用。在此不做说明。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、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。R12KPaR12KPa。R12R12的标的标准蒸发温度为准蒸发温度为-29-29，属中温制冷剂，用于中、，属中温制冷剂，用于中、小型活塞式压缩机可获得小型活塞式压缩机可获得-70-70的低温。而对的低温。而对大型离心式压缩机可获得大型离心式压缩机可获得-80-80的低温。的低温。近年近年来电冰箱的代替冷媒为来电冰箱的代替冷媒为R134aR134a。氟里昂22（CHF2CL，R22）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MPa。R22不燃、不爆，使用中比不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。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高于，其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨。和氨。近年来对大型空调冷水机组的冷媒近年来对大型空调冷水机组的冷媒大都采用大都采用R134a来代替。来代替。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-55。R502在冷藏柜中使用较在冷藏柜中使用较多多。氟里昂134a（C2H2F4，R134a）是是一一种种较较新新型型的的制制冷冷剂剂，其其蒸蒸发发温温度度为为-26.5。它它的的主主要要热热力力学学性性质质与与R12相相似似，不不会会破破坏坏空空气气中中的的臭臭氧氧层层，是是近近年年来来鼓鼓吹吹的的环环保保冷冷媒媒，但但会会造造成成温温室室效效应应。是是比较理想的比较理想的R12替代制冷剂。替代制冷剂。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、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。氟里昂的过失氟里昂的过失 氟氟里里昂昂有有其其致致命命的的缺缺点点，它它是是一一种种“温温室室效效应应气气体体”，温温室室效效应应值值比比二二氧氧化化碳碳大大1700倍倍，更更危危险险的的是是它它会会破破坏坏大大气气层层中中的的臭臭氧。氧。CFCs（氟氟氯氯烃烃）在在紫紫外外线线的的作作用用下下放放出出氯氯原原子子，氯氯原原子子与与臭臭氧氧发发生生自自由由基基链链反反应应，从从而而影影响响臭臭氧氧分分子子对对紫紫外外线线的的吸吸收收，使使过过量量的紫外线到达地球表面，的紫外线到达地球表面，CFCs的的化化学学性性质质非非常常稳稳定定，排排放放的的CFCs可可以以稳稳定定地地到到达达平平流流层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。由由于于氟氟里里昂昂对对臭臭氧氧层层的的破破坏坏，科科学学家家甚甚至至在在地地球球两两极极的的上上空空发发现现臭氧空洞。臭氧空洞。氟里昂的替代1990年年蒙蒙特特利利尔尔协协议议规规定定，到到本本世世纪纪末末世世界界各各国国要要停停止止氟氟里里昂昂的的生生产产和和排排放放。现现在在各各国国都都在在寻寻找找氟氟里里昂昂的的替替代代产产品品，这这些些产产品品因因符符合合环环保保要要求求而而被被称称作作绿绿色色制制冷冷剂剂。要要找找到到既既符符合合环环保保要要求求又又具具有有实实际际使使用用性性能能的的替替代代产产品品是是一一件件很很困困难难的的事事情情，目目前前可可能能的的产产品品有有R407c、R134a、R152a、R410a等等。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。磁磁制制冷冷又又叫叫“顺顺磁磁盐盐绝绝热热制制冷冷”。顺顺磁磁盐盐在在励励磁磁和和退退磁磁过过程程中中会会吸吸热热或或放放热热，利利用用这这种种性性质质发发展展的的制制冷冷技技术术具具有有制制冷冷效效率率高高、成成本本低低、结结构构简简单单等等优优点点，最最诱诱人人之之处处在在于于它它不不污污染染环环境境，因因此此很很有有发发展展前前景景。比比如如以以硝硝酸酸镁镁铈铈为为制制冷冷剂剂的的磁磁制冷机降温可接近制冷机降温可接近OKOK。吸吸附附制制冷冷是是利利用用吸吸附附-脱脱附附时时吸吸热热或或放放热热的的性性质质制制冷冷，常常用用的的制制冷冷剂剂体体系系包包括括金金属属氢氢化化物物-氢氢、沸沸石石分分子子筛筛-H H2 2O O、活活性性炭炭-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。新新的的制制冷冷技技术术充充分分考考虑虑到到制制冷冷剂剂和和环环境境的的可可容容性性以以及及可可持持续续发发展展的的要要求求，被被形形象象地地称称为为“绿绿色色制制冷冷”，是是今今后后制制冷冷技技术术发发展的一大趋势。展的一大趋势。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、在在使使用用温温度度范范围围内内呈呈液液态态（凝凝固固点点要要低低），挥发性小。；，挥发性小。；2、无毒、对人体无刺激性；、无毒、对人体无刺激性；3、粘粘度度小小、相相对对密密度度小小，传传热热性性能能好好（载载冷冷剂剂的的粘粘度度小小，管管路路的的阻阻力力小小；导导热热系系数数高高，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）；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、比比热热容容大大（载载冷冷剂剂的的比比热热容容大大，传传递递一一定定量量的的制制冷冷量量所所需需要要的的循循环环量量就就小小，管管路路的的管管径径和和泵泵的的尺尺寸寸都都小，节省管材和泵的耗功量）小，节省管材和泵的耗功量）7、化化学学稳稳定定性性好好（不不分分解解，无无活活性性，不不会会使使其其它它物质变色和变质）；物质变色和变质）；8、价格低廉，易于获得）。、价格低廉，易于获得）。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。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。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。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、盐盐水水浓浓度度的的确确定定，取取决决于于盐盐水水的的工工作作温温度度，一一般般应应使使盐盐水水溶溶液液的的凝凝固固温温度度比比制制冷冷剂剂的的蒸蒸发发温温度度低低58（采采用用水水箱箱式式蒸蒸发发器器时时取取56，采采用用壳壳管管式式蒸蒸发发器器时时取取68）。）。2、盐盐水水在在使使用用过过程程中中，由由于于吸吸收收空空气气中中的的水水分分等等因因素素，使使浓浓度度逐逐渐渐降降低低，因因此此应应定定期期测测量量盐盐水水浓浓度度，必必要要时时补补充充加盐，以防盐水冻结。加盐，以防盐水冻结。3、氯氯化化钠钠和和氯氯化化钙钙盐盐水水溶溶液液对对金金属属都都有有一一定定的的腐腐蚀蚀性性，尤尤其其是是开开式式系系统统，腐腐蚀蚀更更加加严严重重。为为了了延延缓缓腐腐蚀蚀，通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。载冷剂（四）载冷剂（四）4、有机物载冷剂、有机物载冷剂 有有机机物物载载冷冷剂剂有有甲甲醇醇、乙乙醇醇、乙乙二二醇醇、丙丙二二醇醇、丙丙三三醇醇、二二氯氯甲甲烷烷、一一氯氯三三氟氟甲甲烷烷等等。它它们们都都具具有有较较低低的的凝凝固固点点。例例如如甲甲醇醇的的凝凝固固点点为为-97，乙乙醇醇的的凝凝固固点点为为-117，二二氯氯甲甲烷烷的的凝凝固固点点为为-97等等，适适用于更低的载冷温度。用于更低的载冷温度。有有机机物物载载冷冷剂剂沸沸点点均均较较低低，因因此此一一般般都都采采用用闭闭式式封封闭闭循循环环。考考虑虑到到温温度度变变化化时时，有有机机物物载载冷冷剂剂的的体积有变化，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。