制冷剂、载冷剂及润滑油

总目录返回本章返回本节下一页上一页结束第二章制冷剂、载冷剂及润滑油提供冷量４个部件需要冷媒在其中循环才能完成其功能.压缩机蒸发器膨胀阀单级蒸汽压缩制冷循环冷凝器总目录返回本章返回本节下一页上一页结束总目录返回本章返回本节下一页上一页结束第一节制冷剂概述第二节制冷剂的热物性参数及其计算方法第三节制冷剂的物理化学性质及其应用第四节常用制冷剂第五节载冷剂第六节润滑油第二章制冷剂、载冷剂及润滑油总目录返回本章返回本节下一页上一页结束温度上升（下降）水显热水温度一定状态在变化潜热水温度上升（下降）显热蒸汽０℃水的状态变化（大气压下）１００℃1.显热2.潜热4.过冷和过热3.饱和温度和饱和压力举例:水作为制冷剂的热力学性质总目录返回本章返回本节下一页上一页结束总目录返回本章返回本节下一页上一页结束总目录返回本章返回本节下一页上一页结束气体高温高压液体低温低圧气体低温低压压缩机（压缩）●耗电做功使低温低压冷媒气体变为高温高压气体冷凝器（冷凝）●向空气放出冷媒的热量使气态冷媒变为液态节流阀（膨胀）●降低冷媒压力●调整冷媒流量蒸发器（蒸发）●空气吸收冷媒的冷量使液态冷媒变为气态液体高圧高温冷媒变化分析总目录返回本章返回本节下一页上一页结束Lgp-h图的应用:冷媒变化在图上的反映总目录返回本章返回本节下一页上一页结束第一节制冷剂概述一、制冷剂的发展、应用与选用原则二、制冷剂命名总目录返回本章返回本节下一页上一页结束一、制冷剂的发展、应用与选用原则制冷剂是制冷机中的工作介质，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷的目的。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。所以，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。多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束乙醚是最早使用的制冷剂。它易燃、易爆，标准蒸发温度（沸点）为34.5℃。用乙醚制取低温时，蒸发压力低于大气压，因此，一旦空气渗入系统，就有引起爆炸的危险。1866年，威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷剂。1870年，卡尔·林德(CartLinde)对使用NH3作制冷剂作出了贡献，从此大型制冷机中广泛采用NH3为制冷剂。1874年，拉乌尔·皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷剂。SO2和CO2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束SO2沸点为-10℃，毒性大，它作为重要的制冷剂曾有60年之久的历史，后逐渐被淘汰。CO2的特点是在使用温度范围内压力特别高(例如，常温下冷凝压力高达8MPa)，致使机器极为笨重，但CO2无毒，使用安全，所以曾在船用冷藏装置中作制冷剂，此历史也延续了50年之久，直到1955年才被氟利昂制冷剂所取代。1929~1930年间汤姆斯·米杰里(ThomesMidgley)首先提出将氟利昂作为制冷剂用。卤代烃也称氟利昂（Freon，美国杜邦公司过去曾长期使用的商标名称）是链状饱和碳氢化合物的卤代衍生物的总称。氟利昂制冷剂的种类很多，它们之间的热力性质有很大区别，但在物理、化学性质上又有许多共同的优点，所以，得到迅速推广，成为制冷业发展的重要里程碑之一。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束在卤代烃制冷剂中，R11、R12、R13、R14、R113、R114等都是全卤代烃，即在它们的分子中只有氯、氟、碳原子，这类氟利昂称氯氟烃，简称CFCs；如果分子中除了氯、氟、碳原子外，还有氢原子（如R22），称氢氯氟烃，简称HCFCs；如果分子中没有氯原子，而有氢原子、氟原子和碳原子，称氢氟烃，简称HFCs。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束1974年美国加利福尼亚大学的莫利纳（M.J.Molina)和罗兰(F.S.Rowland)教授首指出卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层。1995年的诺贝尔化学奖授予了这两位教授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。1987年联合国环保组织在加拿大的蒙特利尔市召开会议，36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，国际上正式规定了逐步削减CFCs生产与消费的日程表。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束1992年我国政府正式宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》。1993年批准了《中国消耗大气臭氧层物质逐步淘汰国家方案》。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束大气平流层的臭氧层是人类及生物免遭短波紫外线伤害的天然保护伞。(1)大气臭氧层的耗减甚至出现空洞将会引起人们的皮肤癌、白内障等发病率的上升；(2)会减退人类的免疫功能；(3)引起农产品如大豆、玉米、棉花、甜菜等减产；(4)会杀死水中微生物而破坏水生物食物链，使渔业减产。(5)此外，CFCs的大量排放，还会助长温室效应，加速全球气候变暖。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束为了加快淘汰步伐，逐步限制使用的时间表在不断地提前。到1995年12月在维也纳召开的《蒙特利尔议定书》缔约国第七次会议为止，国际上对CFCs和HCFCs物质限制日程表要点如下：1、对CFCs，包括CFC11、CFC12、CFC113、CFC114、CFC115等氯氟烃物质：对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg）最后停用的日期是2010年。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束2、对HCFCs，包括HCFC22、HCFC142b、HCFC123等：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；对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。以上时间表还可能再提前。（2007年第19次会议确定提前）总目录返回本章返回本节下一页上一页结束从80年代后期开始，世界各国的科学家和技术专家就一直在寻找新的制冷剂。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。蒸发压力≧大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大（2）汽化潜热大，则单位制冷量q0以减少系统中的制冷剂循环量。（3）气体比容要小，单位容积制冷量qv比较大，以减少压缩机的几何尺寸。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束（4）比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。（5）绝热指数小，等熵压缩的终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化（润滑油粘性下降、结焦）或制冷剂自身在高温下分解。（6）循环的热力学完善度尽可能大。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束2、迁移性质方面（1）粘度、密度尽量小，这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。（2）热导率大，这样可以提高热交换设备（如蒸发器、冷凝器、回热器……等）的传热系数，减少传热面积，使系统结构紧凑。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束3、物理化学性质方面无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。化学稳定性和热稳定性好，制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化，使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀制冷机构件，在压缩终了的高温下不分解。对大气环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层，没有温室效应。4、其它原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。当然，完全满足上述要求的制冷剂是不存在的。各种制冷剂总是在某些方面有其长处，另一些方面又有不足。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束二、制冷剂命名目前用得较多的制冷剂，按其化学组成主要有三类：（1）无机物：例如，NH3、CO2和H2O等。（2）卤代烃：例如，四氟乙烷（R134a）、二氟一氯甲烷（R22）、三氟二氯乙烷（R123）、五氟丙烷（R245ca）等。（3）碳氢化合物：甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、乙烯、丙烯等。此外，某些环烷烃的卤代物、链烯烃的卤代物也可作制冷剂使用，例如：八氟环丁烷，二氟二氯乙烯等，但使用范围远不如上述三类广泛。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束上述三类制冷剂中，卤代烃属于人工合成制冷剂，其余为自然制冷剂。为了书写方便，国际上统一规定用字母“R”和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。字母“R”表示制冷剂，后面的数字或字母则根据制冷剂的分子组成按一定的规则编写。编写规则为：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。例如：NH3，H2O，CO2分子量的整数部份分别为17，18，44。符号表示R717，R718，R744。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束烷烃类化合物的分子通式为CmH2m+2；卤代烷烃的分子通式为CmHnFxClyBrz(n+x+y+z=2m+2)，它们的简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)，每个括号是一个数字，该数字数值为零时省去写，乙烷类同分异构体则在其最后加一个小写英文字母以示区别，丙烷类同分异构体则在其最后加两个小写英文字母以示区别。表2-1为一些制冷剂的符号举例。2.卤代烷烃和其它烷烃类总目录返回本章返回本节下一页上一页结束表2-1制冷剂符号举例化合物名称分子式m、n、x、z的值简写符号二氟一氯甲烷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五氟丙烷C3H3F5m=3,n=3,x=5R245ca乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R290值得指出的是，正丁烷和异丁烷例外。它们分别用R600和R600a表示。R(m-1)(n+1)(x)B(z)总目录返回本章返回本节下一页上一页结束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。构成非共沸混合制冷剂的纯物质种类相同，但成分不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别。例如，最早命名的非共沸混合制冷剂写作R400，以后命名的按先后次序分别用R401、R402、…、R407A，R407B，R407C等表示。3.非共沸混合制冷剂总目录返回本章返回本节下一页上一页结束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。例如最早命名的共沸制冷剂写作R500，以后命名的按先后次序分别用R501、R502、…、R507表示。5.环烷烃、链烯烃、醚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，醚及醚的卤代物用字母“RE”开头，其后的数字排写规则与卤代烃及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束此外，有机氧化物，脂肪族胺，它们用R6开头，其后的数字是任选的。例如，甲胺为R630，乙胺为R631。详细可从表2-2中查出。在大气臭氧层问题出来以后，为了能较简单地定性判别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，等等，数字编号不变。例如，R12可表示为CFC12，R134a可表示为HFC134a。总目录返回本章返回本节下一页上一页结束上节课内容（2）第一节制冷剂概述第二章制冷剂、载冷剂及润滑油第一章制冷的热力学基础总目录返回本章返回本节下一页上一页结束本节课内容（3）第三节制冷剂的物理化学性质及其应用第四节常用制冷剂第五节载冷剂第二章制冷剂、载冷剂及润滑油总目录返回本章返回本节下一页上一页结束第三节制冷剂的物理化学性质及其应用一、安全性五、对水的溶解性三、对材料的作用二、热稳定性四、对润滑油的互溶性六、泄漏性七、制冷剂与大气环境总