1、3.1 蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环(一一)单级蒸气单级蒸气压缩式制冷循环压缩式制冷循环1 1朗肯循环朗肯循环2 2劳伦茨循环劳伦茨循环3 3跨临界循环跨临界循环（二）多级蒸气压缩式制冷循环（二）多级蒸气压缩式制冷循环（三）复叠式蒸气压缩式制冷循环（三）复叠式蒸气压缩式制冷循环1朗肯循环朗肯循环3.1.1 蒸气压缩制冷的典型循环蒸气压缩制冷的典型循环 空调、制冷、食品冷藏温度范空调、制冷、食品冷藏温度范围大量使用的循环围大量使用的循环基本朗肯循环基本朗肯循环有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环图图3-1 3-1 基本朗肯循环基本朗肯循环 循环循环T TS S图：图：1 12 2 压缩过程压
2、缩过程 2 23 3 冷却冷凝过程冷却冷凝过程 3 34 4 节流过程节流过程 4 41 1 蒸发吸热过程蒸发吸热过程 朗肯循环图例TS1243图图3-2 有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环TS图：图：12 压缩过程压缩过程 23 冷凝过程冷凝过程 33 液体过冷过程液体过冷过程 34 节流过程节流过程 4 1 蒸发过程蒸发过程 11 吸气过热过程吸气过热过程TS1243313.1.2 劳伦茨循环朗肯循环的主要特征朗肯循环的主要特征 循环中的两个相变过程变成伴随有降循环中的两个相变过程变成伴随有降温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。有两个定压定温的相变过程与纯
3、质制冷有两个定压定温的相变过程与纯质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。劳伦茨循环劳伦茨循环 劳伦茨循环图例劳伦茨循环图例图图3-3 劳伦茨循环劳伦茨循环 TS12433.1.3 跨临界循环 将将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度作为制冷剂用于空调制冷的温度范围时，由于范围时，由于CO2的临界温度低（仅的临界温度低（仅30），），排热将在超临界区进行。而吸热则在临界排热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下进行，整个循环跨越临界点。点以下进行，整个循环跨越临界点。定义定义图图3-4 CO2跨临界循环跨临界循环12压缩过程；压缩过程；23气体冷却过程；气体
4、冷却过程；34气体冷却过程；气体冷却过程；45节流过程；节流过程；56蒸发过程；蒸发过程；01气体过热过程。气体过热过程。TS12653043.2.1 制冷系统的特点及工作过程制冷系统的特点及工作过程压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷3.2单级蒸气压缩式制冷的理论循环3.1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环单级蒸气压缩式制冷理论循环v单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 冷凝器 节流器 蒸发器v单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40-30。单级蒸
5、气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。3.1.3 单级蒸气压缩式制冷循环的工作过程制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程(flash)v一点：临界点Cv三区：液相区、两相区、气相区。v五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。v八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s等比体积线v等温线t液相区液相区两相区两相区气相区气相区3.2.2 制冷剂状态图3.2.3单级蒸气压缩式制冷的理论循环 1.1.单级理论循环的假设条件：单级理论循环的假设条件：（1 1）压缩过
6、程为等熵过程，即在压缩）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失过程中不存在任何不可逆损失 （2 2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值度和蒸发温度都是定值 (4(4）制冷剂在管道内流动时，没有流）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交换介质之间没有热交换 （5 5）
7、制冷剂在流过节流装置时，流速）制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小，可以忽略不计，且与外界环境变化很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交换没有热交换 （3 3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体饱和液体1）制冷系统的压缩过程制冷系统的压缩过程2）制冷系统的冷凝过程制冷系统的冷凝过程 3）制冷系统膨胀过程制冷系统膨胀过程 4）制冷系统蒸发过程制冷系统蒸发过程 3.2.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环2.理论循环过程在压焓图
8、上的表示理论循环过程在压焓图上的表示 图图3-73-7理论循环在理论循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lnp-hlnp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 (1)(1)单位制冷量单位制冷量q q0 0 压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按式（式（3-133-13）计算。）计算。3.3.理论循环特性理论循环特性410hhq(2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量q qv v14110vhhvqqv(3)(3)理论比功理论比功w w0 0 对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，理论比功可表示为理论比功可表示为120hhw 单级压
9、缩蒸气制冷机的理论比功也是随制单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。(4)(4)单位冷凝热单位冷凝热q qk k 单位（单位（1kg1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热。量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括显热和潜热两部分单位冷凝热包括显热和潜热两部分 qhhhhhhk233424 对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着下列关系下列关系qqwk00(5)(5)制冷系数制冷系数0 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系对于单级压缩蒸
10、气制冷机理论循环，制冷系数为数为0001421qwhhhh制冷系数愈大制冷系数愈大经济性愈好经济性愈好冷凝温度越高冷凝温度越高制冷系数越小制冷系数越小蒸发温度越低蒸发温度越低(6)(6)热力完善度热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善度按定义可表示为度按定义可表示为00412410TTThhhhc 这里这里c c为在蒸发温度（为在蒸发温度（T T0 0）和压缩机排）和压缩机排气温度（气温度（T T2 2）之间工作的逆卡诺循环的制冷）之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可逆循环的程度愈大
11、。逆循环的程度愈大。例例1-1假定循环为单级蒸气压缩假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10，冷凝温度，冷凝温度tk=35，工质为，工质为R22，循环的制冷量，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。试对该循环进行热力计算。例例 题题解解点点1：t1=t0=10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg点点3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，由图可知，由图可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57 例例 题题1）单位质量制冷量kg
12、158.441kJ/243.114-401.555h-h h-hq31410310vkJ/m24260.0653158.441 qqv2）单位容积制冷量kg/s347.0158.44155 qQq00m3）质量流量4）理论比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW6）制冷系数71.433.645158.441 q0w
13、3.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环单级蒸气压缩式制冷实际循环v3.3.1 实际循环 1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。且有摩擦损失。2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即往是过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。存在气体过热、液体过冷现象。3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。却介质温度低于制冷剂冷凝温度
14、。4）制冷剂在设备及管道内流动时，）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界有热存在着流动阻力损失，且与外界有热量交换。量交换。5）实际节流过程不完全是绝热的等）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加。焓过程，节流后的焓值有所增加。6）制冷系统中存在着不凝性气体。）制冷系统中存在着不凝性气体。图图3-9 3-9 实际循环在实际循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglg p-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示112(2)3456,ppk0Lg ph实际循环可表示为图中的1-1-2-3-4-5-6-1 1-1表示蒸气的过热过程 1-2表示实际增熵压缩
15、过程 2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程 4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程 5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程 6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程 简化后的实际循环简化后的实际循环图图3-10 3-10 简化后的实际循环在简化后的实际循环在lglg p-h p-h图上的表示图上的表示3.3.2实际因素对理想循环性能的影响 在实用上，根据实际条件对循环往往在实用上，根据实际条件对循环往往要作一些改进，以便提高循环的热力完善要作一些改进，以便提高循环的热力完善度。在单级制冷机循环中，这一改进主要度。在单级制冷机循环中，这一改进主要有液体过冷、吸气过热及由此而
16、产生的回有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。热循环。将节流前的制冷剂液体冷却到低于将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为过冷。冷凝温度的状态，称为过冷。1.1.液体过冷液体过冷带有过冷的循环，叫做过冷循环。带有过冷的循环，叫做过冷循环。采用液体过冷对提高制冷量和制冷采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的。系数都是有利的。图图3-11 3-11 过冷循环在过冷循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示qhhhh05544 与无过冷的循环与无过冷的循环1-2-3-4-5-11-2-3-4-5-1相比，过相比，过冷循环的单
17、位制冷量的增加量为冷循环的单位制冷量的增加量为 因两个循环的理论比功w 0相同，过冷循环的制冷系数比无过冷循环的制冷系数要大。hhhhhhc thh1444210212.2.吸入蒸气的过热吸入蒸气的过热 压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。具有吸气过热的循环，称为过为过热。具有吸气过热的循环，称为过热循环。热循环。图图3-133-13过热循环在过热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示110hhq)hh()hh(w12120有效过热循环
18、的制冷系数可表示为有效过热循环的制冷系数可表示为00000wwqqwq 由制冷剂的由制冷剂的T-sT-s图我们可以得到，在过热区，图我们可以得到，在过热区，过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式（3-173-17），得），得 00w图图3-153-15有效过热的过热度对制冷系数的影响有效过热的过热度对制冷系数的影响hhhh4411 若不计回热器与环境空气之间的热交换，若不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其热平衡关系为热平衡关系为 3.3.回热循环回热循环 利用回把热使节流前的制冷
19、剂液体与压利用回把热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。过冷、蒸气过热，称之为回热。图图3-16 3-16 回热循环在回热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示c ttcttkp4010ttccttkp4010回热循环的性能指标如下：回热循环的性能指标如下：单位制冷量单位制冷量41410hhhh q 单位容积制冷量单位容积制冷量vv q q10 单位功单位功 12hh w制冷系数制冷系数12410hhhh w q与无回热循环与无回热循环1-2-
20、3-4-5-11-2-3-4-5-1相比较，回相比较，回热循环的单位制冷量增大了热循环的单位制冷量增大了Rptchhhhq011440Rptcq q000循环的单位功可近似地表示成循环的单位功可近似地表示成000101TtwTTw wR但单位功也增大了但单位功也增大了)hh()hh(w ww121200单位容积制冷量和制冷系数可表示成单位容积制冷量和制冷系数可表示成000010010111TttqcqTtvtcqv q qRRpvRRpv00000000111TttqcTtwqqRRpR11000cqttTpRR即即c Tqp000 如果要使回热循环的单位容积如果要使回热循环的单位容积制冷量及
21、制冷系数比无回热循环高，制冷量及制冷系数比无回热循环高，其条件应是其条件应是3.3.其它影响其它影响热交换及压力损失对制冷循环的影响不凝性气体对制冷循环的影响冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响 我国活塞式制冷压缩机标准我国活塞式制冷压缩机标准GB10875-89中规定了不同制冷机使中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的不同温用温度在高温、中温和低温的不同温度范围。度范围。3.3.4 单级蒸气压缩式制冷变工况特性单级蒸气压缩式制冷变工况特性1.制冷工况 压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度条件(名义工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标
22、准。铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工况下的值，如为空调专用，则为空调工况。名义工况(旧)标准工况空调工况名义工况(新)高温工况中温工况低温工况最大压差工况：用来考核压缩机零件强度、排气温度、油温、电机绕组温度。最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、振动，并依此选配电动机。工况种类工况种类工作温度工作温度/制制 冷冷 剂剂工况种类工况种类工作温度工作温度/制制 冷冷 剂剂R717R12R22R717R12R22标准工况标准工况冷凝温度冷凝温度tk303030最大压差工况最大压差工况冷凝温度冷凝温度tk405040蒸发温度蒸发温度t0 15 15 15蒸发温度蒸发温度t0 20 30（8）30
23、过冷温度过冷温度tsc252525过冷温度过冷温度tsc405040吸气温度吸气温度tsh 101515吸气温度吸气温度tsh 150（15）15空调工况空调工况冷凝温度冷凝温度tk404040最大功率工况最大功率工况冷凝温度冷凝温度tk405040蒸发温度蒸发温度t0555蒸发温度蒸发温度t05（0）105过冷温度过冷温度tsc353535过冷温度过冷温度tsc405040吸气温度吸气温度tsh101515吸气温度吸气温度tsh10（5）1515我国常用制冷机工况（通常适用于开启式）注：括号内的数字相当于最大压差980kPa或最高蒸发温度为0的压缩机工况。类别类别工况序号工况序号蒸发温度蒸发
24、温度/冷凝温度冷凝温度/吸气温度吸气温度/液体温度液体温度/机组型式机组型式高温高温1（1A）7（7.2）55（54.4）18（18.3）50（46.1）所有型式所有型式27431838中温中温3（3A）7（6.7）49（48.9）18（4.4）44（48.9）所有所有型式型式（全封闭）（全封闭）（3B）（18.3）（半封闭）（半封闭）（开启式）（开启式）4 7431838所有型式所有型式低温低温5（5A）23（23.3）55（54.4）32（32.2）32（32.2）全封闭全封闭6（6A）49（48.9）5（4.4）44（48.9）所有型式所有型式7 2343538低温低温8（8A）4035
25、（40.6）10（4.4）30（40.6）所有所有型式型式（全封闭）（全封闭）（8B）（18.3）（半封闭）（半封闭）（开启式）（开启式）容积式制冷压缩机及机组的名义工况2.变工况运行变工况运行变工况定义v单级蒸气压缩式制冷实际运行时当系统的某些参数发生了变化，从而引起循环特性及制冷机性能变化，称为变工况。v影响最大的是：冷凝温度tk变化(升高)的影响 蒸发温度t0变化(降低)的影响(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1234tkt04tk324q0q0不变单位制冷量q0输气系数吸气比容v1 qvQ0(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1234tkt0tk3
26、24w0w0不变单位压缩功w0 吸气比容v1 wvP制冷系数00wq(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响lgph1234tkt024t01单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量GQ0q0q0(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1234tkt024t01w0w0P单位压缩功w0 制冷剂质量流量G 时，P最大3/0ppk只有在工作温度范围内能够只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。作为制冷剂使用。3.4.1 3.4.1 制冷剂的发展、应用制冷剂的发展、应用乙醚是最早使用的制冷剂。乙醚是最早使用的制冷剂。1866
27、1866年年 威德豪森威德豪森(Windhausen)(Windhausen)提出使用提出使用COCO2 2作制冷剂。作制冷剂。18701870年年 卡尔卡尔林德林德(Cart Linde)(Cart Linde)用用NHNH3 3作制冷剂。作制冷剂。18741874年年 拉乌尔拉乌尔皮克特皮克特(Raul Pictel)(Raul Pictel)采用采用SOSO2 2作制冷剂。作制冷剂。SOSO2 2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6060年历史。年历史。COCO2 2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，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
28、安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达5050年之久。年之久。19551955年才被氟里昂所取代。年才被氟里昂所取代。1.1.热力学性质方面热力学性质方面 (1)(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)(2)单位制冷量单位制冷量q q0 0和单位容积制冷量和单位容积制冷量q qv v较大。较大。(3)(3)比功比功w w和单位容积压缩功和单位容积压缩功w wv v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
29、不宜过大 (4)(4)等熵压缩终了温度等熵压缩终了温度t t2 2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。3.4.2 3.4.2 制冷剂的选用原则制冷剂的选用原则2.2.迁移性质方面迁移性质方面 (1)(1)粘度、密度尽量小。粘度、密度尽量小。(2)(2)导热系数大，可提高传热系导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。数，减少传热面积。3.3.物理化学性质方面物理化学性质方面 4.4.其它其它 (1)(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)(2)化学稳定性和热稳定性好。化学稳定性和热稳定性好。(
30、3)(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。3.4.3 3.4.3 制冷剂命名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 字母字母“R”R”和它后面的一组数字或字和它后面的一组数字或字母母 表示制冷剂表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一根据制冷剂分子组成按一定规则编写定规则编写 制冷剂的简写符号制冷剂的简写符号1.1.无机化合物无机化合物 2.2.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()()R7()()括号中填入
31、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)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。编写规则编写规则3.3.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()()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0000开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，开始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
32、加上大写英文字但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别母以示区别 4.4.共沸混合工质共沸混合工质 简写符号为简写符号为R5()()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0000开始开始 表表3-7 3-7 制冷剂符号举例制冷剂符号举例 化合物名称化合物名称分子式分子式m、n、x、z值值简写符号简写符号一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1R11二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12三氟一溴甲烷三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1R13B1二氟一氯甲烷二氟一氯甲烷CHF
33、2Clm=1,n=1,x=2R22二氟甲烷二氟甲烷CH2F2m=1,n=2,x=2R32甲烷甲烷CH4m=1,n=4,x=0R50三氟二氯乙烷三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3R123五氟乙烷五氟乙烷C2HF5m=2,n=1,x=5R125四氟乙烷四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4R134a乙烷乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R2903.4.4 3.4.4 制冷剂的物理化学性质及其应用制冷剂的物理化学性质及其应用1.1.安全性安全性(1)(1)毒性毒性 虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，
34、但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。(2)(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。值相同，则范围越宽越易燃。爆炸极限爆炸极限表表3-8 3-8 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制冷剂代代 号号爆炸爆炸极限极限(容积容积%)制冷剂制冷剂代代 号号爆炸爆炸极限极限(容积容积%)制冷剂制冷剂代代 号号爆炸爆炸极限极限(容积容积%)11None124 None290
35、2.3-7.312 None125 None500 None22 None134a None502 None23 None142b6.7-14.9 600a1.8-8.43214-31143a6.0-na71716.0-25.0123 None152a3.9-16.9 718 None注：注：NoneNone表示不燃烧，表示不燃烧，nana表示未知。表示未知。(3)(3)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 毒毒 性性 可可 燃燃 性性TLVs值确定或一值确定或一定的系数，制冷定的系数，制冷剂 体 积 分 数剂 体 积 分 数410-4TLVs值确定或一值确定或一定的系
36、数，制冷定的系数，制冷剂 体 积 分 数剂 体 积 分 数0.1kg/m3,燃烧热燃烧热19000kJ/kg低度可低度可燃性燃性 A2 B2制冷剂制冷剂LFL0.1kg/m3,燃烧热燃烧热19000kJ/kg高度可高度可燃性燃性 A3 B3低毒性低毒性高毒性高毒性表表39 39 一些制冷剂的安全分一些制冷剂的安全分类类 制冷剂制冷剂代代 号号安全安全分类分类制冷剂制冷剂代代 号号安全安全分类分类制冷剂制冷剂代代 号号安全安全分类分类11A1124 A1290 A312 A1125 A1500 A122 A1134a A1502 A123 A1142b A2600a A332 A2143a A2
37、717 B2123B1152a A2718 A13.3.对材料的作用对材料的作用 “镀铜镀铜”现现象象当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被溶解的解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被溶解的铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀。青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀
38、。氟里昂对塑料等高分子化合物会起氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润膨润”作用作用(变软、膨胀和起泡变软、膨胀和起泡)，故在制冷系统中要选用特殊橡，故在制冷系统中要选用特殊橡胶或塑料。胶或塑料。4.4.与润滑油的互溶性与润滑油的互溶性 对每种氟对每种氟利昂存在利昂存在一个一个溶解溶解临界温度临界温度，即溶解曲即溶解曲线最高点线最高点的温度的温度图图3-26 3-26 制冷剂与润滑油的溶解曲线制冷剂与润滑油的溶解曲线)5.5.与水的溶解性与水的溶解性“冰堵现象冰堵现象”当温度降到当温度降到00以下时，水结成冰而堵塞节流以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成阀或毛细管的通道形成“冰堵冰堵”
39、，致使制冷机，致使制冷机不能正常工作。不能正常工作。6.6.泄漏性泄漏性氨氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水故不用肥皂水检漏，水故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏用酚酞试剂和试纸检漏 氟利昂氟利昂无色无臭，无色无臭，卤素喷灯卤素喷灯和和电子检漏仪电子检漏仪检漏检漏 沸点沸点-33.3-33.3，凝固点，凝固点-77.9-77.9 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小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，安全分类为毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2 B2 氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味氨蒸气无色，
40、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在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外磷青铜除外)3.4.5 3.4.5 常用制冷剂常用制冷剂1.1.无机物无机物
41、氨氨2.2.氟利昂氟利昂(1)R12(1)R12（二氟二氯甲烷（二氟二氯甲烷 CFCF2 2ClCl2 2）沸点沸点-29.8-29.8，凝固点，凝固点-158-158。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%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%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
42、用。(2)R134a(2)R134a（四氟乙烷（四氟乙烷 CHCH2 2FCFFCF3 3）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R12R12强得多，对系统干燥强得多，对系统干燥和清洁性要求更高，用与和清洁性要求更高，用与R12R12不同的干燥剂。不同的干燥剂。(3)R11(3)R11（一氟三氯甲烷（一氟三氯甲烷 CFClCFCl3 3）沸点沸点23.823.8，凝固点，凝固点-111-111。毒性比毒性比R12R12更小，安全。更小，安全。
43、水在水在R11R11中的溶解能力与中的溶解能力与R12R12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R12R12大致相似。大致相似。与明火接触时，较与明火接触时，较R12R12更易分解出光气。更易分解出光气。(4)R22(4)R22（二氟一氯甲烷（二氟一氯甲烷 CHFCHF2 2ClCl）沸点沸点-40.8-40.8，凝固点，凝固点-160-160。毒性比毒性比R12R12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HCFCHCFC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
44、都与对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12R12相似。相似。化学性质不如化学性质不如R12R12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R12R12，系统内应装设干燥器。，系统内应装设干燥器。3.3.碳氢化合物碳氢化合物(1)R600a(1)R600a（异丁烷（异丁烷 i-Ci-C4 4H H1010）(2)R290(2)R290（丙烷（丙烷 C C3 3H H8 8）沸点和凝固点比沸点和凝固点比R600aR600a低，蒸气压较高和容积制低，蒸气压较高和容积制冷量比冷量比R600aR600a大，其他制冷
45、特性及安全特性均与大，其他制冷特性及安全特性均与R600aR600a相似。相似。沸点沸点-11.73-11.73，凝固点，凝固点-160-160。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。4.4.混合制冷剂混合制冷剂(1)(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
46、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。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 代号代号组分组分质量成分质量成分分子分子量量沸点沸点()共沸共沸温度温度各组分的各组分的沸点沸点
47、()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/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507 R125/143a5
48、0.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7(2)(2)非共沸制冷剂非共沸制冷剂 一定压力下溶液一定压力下溶液加热时，首先到达饱加热时，首先到达饱和液体点和液体点A(A(泡点泡点)，再，再加热到达点加热到达点B B，即进入，即进入两相区，继续加热到两相区，继续加热到点点C(C(露点露点)时全部蒸发时全部蒸发完成为饱和蒸气。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3-29 3-29 非共沸制冷剂的非共沸制冷剂的T-T-图图(3)(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-33.5-33.5，ODPODP值较高。值较
49、高。1)1)共沸制冷剂共沸制冷剂R500R500 可代替可代替R12R12用于活塞式制冷机用于活塞式制冷机 沸点沸点-45.4-45.4，ODPODP值较高。值较高。溶水性比溶水性比R12R12大大1.51.5倍，在倍，在8282以上有较好的溶油性。以上有较好的溶油性。沸点沸点-88-88，不燃烧，无毒无腐蚀性，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODPODP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-46.7-46.7，ODPODP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)2)共沸制冷剂共沸制冷剂R502R502 可代替可
50、代替R22R22用于获得低温用于获得低温 3)3)共沸制冷剂共沸制冷剂R503 R503 可代替可代替R13R13使用使用 4)4)共沸制冷剂共沸制冷剂R507 R507 用用R502R502的场合都可用的场合都可用R507R507替代替代 5)5)非共沸制冷剂非共沸制冷剂R401AR401A和和R401BR401B性能与性能与R12R12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
