1、第第2章章制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂第1节 制冷剂制冷装置中进行循环制冷的工作物质，又称为“工质”。本小节主要内容：本小节主要内容：一、对制冷剂的基本要求（一）热力学性质（二）物理化学性质（三）环境友好性能（四）其他二、制冷剂的安全标准与分类命名三、常用制冷剂的基本热力性能（一）热力学性质（1 1）制冷效率高）制冷效率高（2 2）压力适中）压力适中?低温下的饱和压力接近大气压；低温下的饱和压力接近大气压；?常温下冷凝压力不应过高，不超过常温下冷凝压力不应过高，不超过2MPa2MPa。（3 3）单位容积制冷能力大）单位容积制冷能力大qv 越大，产生一定冷量时，所需制冷剂的体积循环量越小。越大，
2、产生一定冷量时，所需制冷剂的体积循环量越小。例外：例外：小型容积型压缩机或离心式压缩机小型容积型压缩机或离心式压缩机，尺寸过小会带来，尺寸过小会带来制造困难，制造困难，希望希望qv 小一些小一些。（4 4）临界温度高）临界温度高 单位容积制冷能力（kJ/m3）5000 R32 R410A 4000 蒸发温度：0 冷凝温度：50 再冷度：0 过热度：0 R717 R407C R143a 3000 R22 R404A R502 R125 R290 2000 R12 R134a 1000 R11 R123 0-60-40-20 0 20 40 沸点（）图 2-1 制冷剂的单位容积制冷能力与沸点的关系
3、（二）物理化学性质（1）与润滑油的互溶性?有限溶于润滑油：氨?无限溶于润滑油：可减小换热设备的尺寸（2）导热系数、放热系数高（3）密度、黏度小可减小流动阻力、减小制冷剂管道口径。（4）与金属、橡胶等材料的相容性好（三）环境友好性能制冷剂的环境友好性能的参数：?消耗臭氧层潜值（Ozone Depletion Potential,ODP）?全球变暖潜值（Global Warming Potential,GWP）?大气寿命（排放到大气层的制冷剂被分解一半时所需要的时间，Atmospheric Life）综合考虑制冷剂的ODP、GWP和大气寿命，当其排放到大气层后对环境的影响符合国际认可条件时，则认为
4、是环境友好制冷剂。（三）环境友好性能（续1）全面反映制冷剂对全球变暖影响的指标：变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）：综合考虑了制冷剂对全球变暖的直接效应DE和制冷机消耗能源而排放的CO2对全球变暖的间接效应IE（四）其它制冷剂应无毒，不燃烧，不爆炸，而且，易购价廉。二、安全标准与分类命名（一）安全性分类1.单组分制冷剂 毒性 可燃性 3 2 1 有爆炸性 有燃烧性 不可燃 制冷剂的安全分类 表2-1 A 低毒性 A3 A2 A1 B 中毒性 B3 B2 B1 C 高毒性 C3 C2 C1 毒性按急性和慢性允许暴露量将制冷剂的毒性危害分为A、
5、B、C三类（对于单组分制冷剂）制冷剂的毒性危害程度分类 表2-2 分类 LC50(4-hr)A类 B类 C类 0.1%（V/V）0.1%（V/V）0.1%（V/V）分类方法 TLV-TWA 0.04%（V/V）0.04%（V/V）0.1 kg/m3，且燃烧产生热量小于19000kJ/kg者，即有燃烧性 3类 在101kPa、21 和相对湿度为50%条件下，制冷剂LFL 0.1 kg/m3，且燃烧产生热量大于等于19000kJ/kg 者为有很高的燃烧性，即有爆炸性 2.混合物制冷剂的安全分类自学。（二）分类命名两种命名方式：1.采用技术性前缀符号“R”（refrigeration）主要应用于技术
6、出版物、设备铭牌、样本以及使用维护说明书中；2.非技术性前缀符号（即成分标识前缀符号）体现制冷剂化学成分的符号，如含有碳、氟、氯、氢，则分别用C、F、Cl、H表示，如R22用HCFC-22表示，主要应用在有关臭氧层保护与制冷剂替代的非技术性、科普读物以及有关宣传类出版物中。制冷剂的命名规则：（1）对于甲烷、乙烷等饱和碳氢化合物及其卤族衍生物（即氟里昂）其其化学分子式为：化学分子式为：CmHnFxClyBrz其原子数之间有下列关系其原子数之间有下列关系2m?2?n?x?y?z该类制冷剂编号为该类制冷剂编号为“RB”。第一位数字为第一位数字为m-1，此值为，此值为0时则省略不写；时则省略不写；第二
7、位数字为第二位数字为n1；第三为数字为第三为数字为x；第四位数字为第四位数字为z，如为零，则与字母，如为零，则与字母“B”一同省略。一同省略。制冷剂的命名规则：（续）(2)已商业化的非共沸混合物：R4XX(3)已商业化的共沸混合物：R5XX(4)各种有机化合物：R6XX(5)各种无机化合物：R7XX后两位数字为该无机化合物的分子量。(6)对非饱和碳氢化合物：RXXXX三、制冷剂的基本热力性质制冷剂在标准大气压（即 101.32 kPa压力）下的饱和温度，称为沸点。根据沸点的高低，可将制冷剂分为：?高温制冷剂：沸点大于 0?中温制冷剂：沸点大于-60、低于0?低温制冷剂：沸点低于-60空气调节用
8、制冷机中采用中温、高温制冷剂。（一）氟利昂?共性“冰塞”现象“镀铜”现象几种常见的氟利昂1.R222.R1233.R134a（二）无机化合物1.R718蒸发温度必须高于0。2.R717主要用于陆上食品冷藏库制冷系统、盐水制冰系统等。3.R744汽车空调、复叠式制冷的低温级等（三）混合溶液二元溶液的相平衡图：二元溶液的相平衡图：A p常数 过热蒸气区 TA 2 3 1 湿蒸气区 TB 液相区 0 饱和液线 3 干饱和气线 3 B 1.给定压力下，二元溶液的沸给定压力下，二元溶液的沸腾温度介于两个组分蒸发温度腾温度介于两个组分蒸发温度之间。之间。T()二元溶液的特性：二元溶液的特性：1 图 2-2
9、 二元混合溶液的温度浓度图 二元溶液的特性：二元溶液的特性：2.给定压力下，蒸发过程的蒸给定压力下，蒸发过程的蒸发温度或冷凝过程的冷凝温度并发温度或冷凝过程的冷凝温度并 A p常数 过热蒸气区 TA 2 3 1 湿蒸气区 TB 液相区 0 饱和液线 3 干饱和气线 3 B 非定值。非定值。泡点泡点：某组分比下某组分比下溶液开始溶液开始蒸发蒸发的温度的温度，点，点1；露点露点：某某组分比下组分比下溶液溶液开始冷凝开始冷凝的温度，的温度，点点2；T()1 温度滑移温度滑移(temperature glide)：露点和泡点之差露点和泡点之差。图 2-2 二元混合溶液的温度浓度图 二元溶液的特性：二元
10、溶液的特性：3.给定压力下，湿蒸气区中给定压力下，湿蒸气区中两相组分浓度不同，但溶液两相组分浓度不同，但溶液 A p常数 过热蒸气区 TA 2 3 1 湿蒸气区 TB 3 干饱和气线 3 B 的总质量和平均浓度不变。的总质量和平均浓度不变。沸点低的组分，其蒸气分压沸点低的组分，其蒸气分压力高，气相浓度也高。力高，气相浓度也高。T()非共沸混合溶液：非共沸混合溶液：在等压下在等压下不存在单一蒸发温度的混合溶液不存在单一蒸发温度的混合溶液。液相区 0 饱和液线 1 图 2-2 二元混合溶液的温度浓度图 泄漏后再充注时需加以注意！泄漏后再充注时需加以注意！近共沸混合制冷剂近共沸混合制冷剂(Near
11、Zeotropic Mixture Refrigerant)：当非共沸混合溶液的饱和液线与干饱和蒸气线非常接近时，其定压相变时的温度滑移很小(通常认为泡、露点温度差小于1)，可视为近似等温过程，将这类混合溶液叫做近共沸混近共沸混合制冷剂合制冷剂。近共沸混合制冷剂在近共沸混合制冷剂在泄漏后再充注时，泄漏后再充注时，只要注意液相充注，其只要注意液相充注，其成分的微小变化对制冷机组性能的影响不大。成分的微小变化对制冷机组性能的影响不大。A p常数 过热蒸气区 湿蒸气区 B A p常数 过热蒸气区 Tmax 干饱和气线 共沸点 B TB T()干饱和气线 TA Tmin 饱和液线 共沸点 B 液相区
12、T()TB 湿蒸气区 TA 饱和液线 液相区 B 0 1 0 1 图 2-4 具有最高沸点的共沸溶液 图 2-3 具有最低沸点的共沸溶液 共沸混合溶液：在某段浓度范围溶液的蒸发温度低于或在某段浓度范围溶液的蒸发温度低于或高于两个纯组分的蒸发温度，具有最低沸点或最高沸点高于两个纯组分的蒸发温度，具有最低沸点或最高沸点的浓度时，在给定压力下其蒸发温度或冷凝温度为定值的浓度时，在给定压力下其蒸发温度或冷凝温度为定值的混合溶液，可以像纯组分一样使用。的混合溶液，可以像纯组分一样使用。常用的混合溶液制冷剂1.R407C由23%的R32、25%的R125和52%的R134a构成。R22的替代制冷剂，用于房
13、间空调器、单元式空调器及小型冷水机组中。2.R410A由50%的R32 和50%的R125组成。具有良好的传热特性和流动特性，制冷效率高，是房间空调器、多联式空调机组等小型空调装置中的替代制冷剂。（四）不完全卤化氟醚化合物主要有：甲醚(C2H6O)、甲乙醚(C3H8O)、乙醚(C4H10O)的不完全卤化物。1.HFE143m：可替代R12和R134a，热力性能接近R12。ODP=0，GWP=7502.HFE245mc：替代R114，用于高温热泵，ODP=0，GWP=6223.HFE347mcc，HFE347mmy：替代R11热力性能不及R11，但ODP=0。制冷剂的贮存?装存专用的钢瓶中，钢瓶
14、定期进行耐压试验；?装存不同制冷剂的钢瓶不可调换使用；?存有制冷剂的钢瓶不可暴晒或置于高温处；?钢瓶表面标有装存制冷剂的名称；?钢瓶表面颜色标示：氨黄色；氟利昂银灰色第2节 润滑油一、使用目的1.减少摩擦；2.带走摩擦热；3.减少泄漏；4.降低噪声；5.为压缩机的卸载装置提供压力。二、润滑油的种类1.天然矿物油(Mineral Oil,MO)矿物油的应用范围 表2-6 国标品种 L-DRA/A L-DRA/B L L-DRB ISO 品种 L-DRA 主要组成 工作温度 制冷剂 深度精制矿物油（环烷高于 氨基、石蜡基或白油）40 氨 氨、CFCS、HCFCS合成烃油 及其为主混合物 深度精制矿
15、物油 合成烃油 合成烃油 低于 40 典型应用 开启式。普通冷冻机 半封闭。普通冷冻机；冷冻、冷藏设备；空调设备 CFCS、HCFCS 全封闭。及其为主混合物 冷冻、冷藏设备；电冰箱 L-DRB/A L-DRB/B 2.人工合成油人工合成油常具有较强的极性，能溶解在极性较强的制冷剂中。常用的合成油：1.聚烯烃乙二醇油(PAG)2.烷基苯油(AB)3.聚酯类油(POE)4.聚醚类油(PVE)选择润滑油时选择润滑油时更多考虑的是制冷剂更多考虑的是制冷剂，其次是压缩机的型式和运行工况。其次是压缩机的型式和运行工况。几类主要制冷润滑油的适用性 表2-7 项目 适用压缩机 使用制冷剂 典型应用例 家用空
16、调、电冰箱、汽车空调、家用空冷冻冷藏设备、中央空调冷水机组、汽车空调 调、电冰箱 空调设备、冷冻冷藏设备 冷冻冷藏设备、空调器 汽车空调、家用空调、中央空调冷水机组 MO 往复式、旋转式、涡旋式、螺杆式、离心式 HCs PAG AB POE PVE 往复式、斜盘式、往复式、旋转式 涡旋式、螺杆式、离心式 往复式、旋转式、往复式、旋转涡旋式、螺杆式、式、涡旋式、螺离心式 HCFCs及其混合物 杆式、离心式 HCFCs及其混合物 CFCs、HCFCs、氨、HFC-134a、HCs、CFCs、HCFCs、氨 氨、HFC-407C 润滑油（冷冻机油）的特性指标：1.黏度2.浊点：当温度降低到某一数值时
17、，油中开始析出石蜡，使润滑油变浑浊时的温度。3.凝固点4.闪点：被加热时，器蒸气与火焰接触发生明火时的温度。闪点必须比压缩机的排气温度高出1530.5.化学稳定性和抗氧化性6.水分和机械杂质7.绝缘性能三、润滑油的选择应考虑润滑油的低温性能和与制冷剂的互溶特性。应考虑润滑油的低温性能和与制冷剂的互溶特性。1.低温性能低温性能（1）黏度）黏度N15、N22、N32、N46、N68五个黏度等级。五个黏度等级。（2）流动性）流动性润滑油的凝固点要比蒸发温度低润滑油的凝固点要比蒸发温度低510.2.与制冷剂的互溶性与制冷剂的互溶性第3节 载冷剂空调工程、工业生产和科学试验中，采用制冷装置间接冷却被冷却
18、物，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送时，需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物，这种中间物质称为载冷剂。一、对载冷剂的要求物理化学性质要求,6个方面：(1)(6)。二、常用载冷剂（1）水：载冷温度高于0时；（2）盐水溶液：载冷温度低于0时，如NaCl、CaCl2溶液。（3）有机化合物的水溶液：乙二醇、丙三醇等。三、盐水溶液的特性 0 溶液区 0-10 温度()析盐线溶液区 12析冰3线温度()-10 析冰线-20-30-40-50 0-20 固态区 0 10 20 浓度(%)合晶点 30 45析盐线图 2-7 氯化钠盐水溶液 固态区 10 20 浓度(%)图 2-8
19、氯化钙盐水溶液 合晶点 30 40 选择盐水溶液时应注意：溶液浓度越大，密度越大、流动阻力也越大，但比热减小，输送相同冷量时，需增加流量；只要保证蒸发器中盐水溶液不冻结，凝固温度不必选择过低，敞开式蒸发器：比蒸发温度低45封闭式蒸发器：比蒸发温度低810浓度不应大于合晶点浓度。盐水溶液系统运转时应注意：?应定期测量盐水的浓度，并维持其设计浓度盐水不断从空气中吸收水分，会降低盐水的浓度，使其凝固温度升。?盐水对金属材料有较强的腐蚀性（1）最好采用封闭式盐水系统减少其与空气的接触，以降低其对金属的腐蚀。（2）可在盐水中加入缓蚀剂将其PH值调整到7.58.5，减缓对金属的腐蚀。乙烯乙二醇水溶液?无色
20、、无味液体，挥发性低，腐蚀性低，易与水混合，略有毒，但无害。?用于工业制冷、冰蓄冷空调系统中。?其水溶液对金属有腐蚀性，使用时需加入添加剂（防腐剂、稳定剂）；?使用浓度：以凝固温度比蒸发温度低 56来确定溶液浓度。思考题1.什么是制冷剂？对制冷剂有什么要求？选择制冷剂时应考虑哪些因素？2.制冷剂的安全性是如何规定的？3.“环保制冷剂就是无氟制冷剂”的说法正确吗？请简述其原因；如何评价制冷剂的环境友好性能？4.请说明各类制冷剂的命名方法。5.何谓高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂？请对本章的表2-4(b)中所示制冷剂进行分类。6.为何空气源热泵的压缩机需要设置油加热器？并分析提出油加热器的控制策
21、略。7.什么是载冷剂？对载冷剂有何要求？选择载冷剂时应考虑哪些因素和注意事项？练习题1.将R22和R134a制冷剂分别放置在两个完全相同的钢瓶中，如何利用最简单的方法进行识别？2.高温、中温与低温制冷剂与高压、中压、低压制冷剂的关系是什么？目前常用的高温、中温与低温制冷剂有哪些？各适用于哪些系统？3.试分析冷冻油对制冷系统性能有何影响？如果制冷系统的蒸发器内含有浓度较高的冷冻油，对系统的制冷量有何影响，为什么？4.在单级蒸气压缩式制冷循环中，当冷凝温度为40、蒸发温度为0时，请问在R717、R22、R134a、R123、R410A中，哪些制冷剂适宜采用回热循环？5.已知内融冰冰盘管蓄冷空调系统制冷机的蒸发温度为12，如果分别采用乙烯乙二醇、NaCl、CaCl2水溶液作为载冷剂，请问各载冷剂的质量浓度至少为多少？
