制冷原理与设备 第2章 制冷剂与载冷剂 主 编 李晓东 电子制作 齐向阳.

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1 制冷原理与设备 第2章 制冷剂与载冷剂 主 编 李晓东 电子制作 齐向阳

2 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1 制冷剂 2.1.1 制冷剂的种类与编号 (1) 无机化合物 (2) 饱和烃的卤化物(氟利昂)
第2章 制冷剂与载冷剂 2.1 制冷剂 在制冷装置内完成热力循环的工质 制冷剂的种类与编号 (1) 无机化合物 (2) 饱和烃的卤化物(氟利昂) (3) 碳氢化合物(烃类) (4) 共沸制冷剂 (5) 非共沸制冷剂 如水、氨、二氧化碳等 如R12、R22、R134a等 如丙烷、异丁烷等 如R502等 如R407C等

3 第2章 制冷剂与载冷剂 按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类 高温（低压）制冷剂 中温（中压）制冷剂 低温（高压）制冷剂 ts＞0℃
第2章 制冷剂与载冷剂 按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类 高温（低压）制冷剂 中温（中压）制冷剂 低温（高压）制冷剂 ts＞0℃ Pc≤0.2～0.3MPa 0℃＞ts＞-60℃, 0.3MPa＜Pc＜2.0MPa ts≤-60℃

4 第2章 制冷剂与载冷剂 R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz R22 R12 2.1.1.2 制冷剂的编号表示方法 分子式 编号
第2章 制冷剂与载冷剂 制冷剂的编号表示方法 卤代烃 分子式 CmHnFxClyBrz n+ x+ y+ z = 2m+2 编号 同分异构体 溴分子数，为0，B可省略 R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz 举例 二氟一氯甲烷(CHClF2) 二氟二氯甲烷(CCl2F2) R22 R12

5 第2章 制冷剂与载冷剂 R50 R170 R1+氟利昂编号方法 R1150 R1270 烷烃类 烯烃类 编号 与氟利昂编号方法相同 举例
第2章 制冷剂与载冷剂 碳氢化合物(烃类) 不饱和碳氢化合物和卤代烯 烷烃类 烯烃类 编号 与氟利昂编号方法相同 举例 甲烷(CH4) 乙烷 (C2H6) R50 R170 R1+氟利昂编号方法 编号 举例 乙烯 (C2H4) 丙烯 (C3H6) R1150 R1270

6 第2章 制冷剂与载冷剂 共沸(液体)制冷剂 编号 R5XX 组成
第2章 制冷剂与载冷剂 共沸(液体)制冷剂 编号 R5XX 组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成，在气化或液化过程中，蒸气成分与溶液成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时对应的温度保持不变。 = R152a/R12(26.2/73.8) = R22/R115 (48.8/51.2) 质量百分比 举例 R500 R502 已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。

7 第2章 制冷剂与载冷剂 非共沸(液体)制冷剂 编号 R4XX 组成
第2章 制冷剂与载冷剂 非共沸(液体)制冷剂 编号 R4XX 组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。在定压下气化或液化过程中，蒸气成分与溶液成分不断变化，对应的温度也不断变化。 举例 R407c R404a R32/R125/R134a(23:25:52(%)) R125/R143a/R134a(44:52:4(%)) 已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。

8 第2章 制冷剂与载冷剂 无机化合物 R7XX 无机化合物的分子量 编号 氨 二氧化碳 水 举例 R717 R744 R718

9 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1.2 对制冷剂的要求 1.热力学方面的要求： 1)沸点要求低 2)临界温度要高、凝固温度要低
第2章 制冷剂与载冷剂 对制冷剂的要求 1.热力学方面的要求： 1)沸点要求低 2)临界温度要高、凝固温度要低 3) 具有适宜的工作压力， (Pk/Po)小 4) 汽化潜热大 5)对于大型制冷系统，单位容积制冷量尽可能地大 6) 绝热指数小些 7)对于离心式制冷压缩机应采用分子量大的制冷剂

10 第2章 制冷剂与载冷剂 2.物理化学方面的要求： 1）粘度尽可能小 2）热导率要求高 3）纯度高。 4）热化学稳定性好，
第2章 制冷剂与载冷剂 2.物理化学方面的要求： 1）粘度尽可能小 2）热导率要求高 3）纯度高。 4）热化学稳定性好， 5）良好的电绝缘性。 6）溶解于油的不同性质表现出不同的特点。 制冷剂在润滑油中的溶解性可分为完全溶解、微溶解和完全不溶解。一般可认为R717、R13、R14等是不溶于油的制冷剂；R22、R114等是微溶于油的；R11、R12、R21、R113等是完全溶于油的。

11 第2章 制冷剂与载冷剂 3.安全性方面的要求： 4.经济性方面的要求 1）在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。 2）无毒或低毒，相对安全性好
第2章 制冷剂与载冷剂 3.安全性方面的要求： 1）在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。 2）无毒或低毒，相对安全性好 3）具有易检漏的特点 4）制冷剂无毒 4.经济性方面的要求 制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。

12 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1.3 常用制冷剂的性质 1.水的特性（R718） 2.氨的特性（R717）
第2章 制冷剂与载冷剂 常用制冷剂的性质 1.水的特性（R718） 属于无机物类制冷剂，来源最广，最为安全而便宜的工质。 水不宜在压缩式制冷机中使用，适合在空调用的吸收式和蒸汽喷射式制冷机中 2.氨的特性（R717） 氨的压力适中，单位容积制冷量大，流动阻力小，热导率大，价格低廉，对大气臭氧层无破坏作用。 氨的主要缺点是毒性较大、可燃、可爆、有强烈的刺激性臭味、等熵指数较大，若系统中含有较多空气时，遇火会引起爆炸。 氨制冷系统中应设有空气分离器，及时排除系统内的空气及其它不凝性气体。 氨系统中不必设置干燥器，含水量仍限制在≤0.2％的范围内。 氨制冷系统中往往设有油分离器 氨制冷系统中，不允许使用铜及其铜合金材料

13 第2章 制冷剂与载冷剂 3.氟利昂的特性 1）R12对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，2010年1月1日起将在我国完全停止生产和消费。 南极臭氧空洞的变化

14 第2章 制冷剂与载冷剂 3.氟利昂的特性 R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，
第2章 制冷剂与载冷剂 3.氟利昂的特性 R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸， R12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。 水在R12中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必须经过干燥处理 R12能与矿物性润滑油无限溶解，在蒸发器中，随R12 的不断蒸发，润滑油在其中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。 R12对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2％的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。R12对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。 R12由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、不燃、不爆等优点，它广泛用于冷藏、空调和低温设备，从家用冰箱到大型离心式制冷机中都有采用。

15 第2章 制冷剂与载冷剂 2）R22对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。 R22是最为广泛使用的中温制冷剂 R22属安全性制冷剂。 R22化学性质不如R12稳定。 R22 能部分地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12相同。 R22广泛用于冷藏、空调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，故可作为R12的近期、过渡性替代制冷剂。

16 第2章 制冷剂与载冷剂 3）R13属低温制冷剂，毒性比R12更小，不燃烧、不爆炸。只应用于复叠式制冷系统的低温级。
第2章 制冷剂与载冷剂 3）R13属低温制冷剂，毒性比R12更小，不燃烧、不爆炸。只应用于复叠式制冷系统的低温级。 R13微溶于水，系统中也应设干燥器。它不溶于油，对金属和有机物的作用、泄漏性与R12相同，可用来制取-70～-100℃的低温。R13对大气臭氧层也有破坏作用，但因其用量很少，直到1990年伦敦会议上才被列入增加的受控物质，要求发展中国家在2010年1月1日起停止生产和消费。 4）Rll属高温制冷剂，适用于离心式压缩机制冷系统。 Rll 毒性比R12大，与明火接触时更易分解出剧毒光气。Rll的溶水性、溶油性、对金属及有机物的作用均与R12相似。Rll由于标准蒸发温度较高，故广泛用于空调系统或热泵装置中，制取10～-5℃的低温。它对大气臭氧层有严重破坏作用，属限用与禁用之列。 5）R142b属标准蒸发温度较高（-9.25℃）的中温制冷剂，适合于在热泵装置和高环境温度下的空调装置中使用。 R142b的毒性与R22差不多。当它与空气混合的体积分数在10.6％～15.1％范围内，会发生爆炸。它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，也将在2040 年被禁用。

17 第2章 制冷剂与载冷剂 6）R134a属中温制冷剂。它的特性与R12相近，目前是R12的替代工质之一。
第2章 制冷剂与载冷剂 6）R134a属中温制冷剂。它的特性与R12相近，目前是R12的替代工质之一。 7）R600a属中温制冷剂。它对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。可燃、可爆，不允许采用气焊或电焊。价格便宜。由于具有极好的环境特性，目前广泛被采用，作为R12的替代工质之一。 8）R123属高温制冷剂。适用于离心式制冷压缩机。具有一定毒性。具有优良的大气环境特性（ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的理想制冷剂之一。 9）R152a属中温制冷剂。中等程度的可燃性，它具有优良的大气环境特性，也被用来作为R12的替代工质。

18 第2章 制冷剂与载冷剂 4.碳氢化合物的特性 丙烷（R290）是较多采用的碳氢化合物。属中温制冷剂。难溶于水。大气环境特性优良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工质之一。 除丙烷外，通常用作制冷剂的碳氢化合物还有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯( R1150)。

19 第2章 制冷剂与载冷剂

20 第2章 制冷剂与载冷剂

21 第2章 制冷剂与载冷剂 2000年臭氧空洞的形状 2002年臭氧空洞变形了

22 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1.4 CFCS、HCFCS的限制与替代 2.1.4.1 问题的提出
第2章 制冷剂与载冷剂 CFCS、HCFCS的限制与替代 问题的提出 CFC又称氯氟烃，是氟利昂制冷剂家族中的一员 研究表明，当CFCs受强烈紫外线照射后，将产生下列反应（以CFC12为例）: CF2Cl CF2Cl＋Cl；Cl＋O3----ClO＋O2 ；ClO＋O----- Cl＋O2 循环反应产生的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一个氯氟烃分子，可以破坏成千上万个臭氧分子，使臭氧层出现“空洞”，这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证实。据UNEP（联合国环境规划署）提供的资料，臭氧每减少1％,紫外线辐射量约增加2％。 臭氧层的破坏将导致： ①危及人类健康，可使皮肤癌、白内障的发病率增加，破坏人体免疫系统； ②危及植物及海洋生物，使农作物减产，不利于海洋生物的生长与繁殖； ③产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程； ④加速聚合物（如塑料等）的老化。 因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务。

23 Chlorine: 氯 常用制冷剂及其性质 Fluorine: 氟 Carbon: 碳 CCl4(R10) Hydrogen: 氢
稳定性增大 可燃性增大 毒性中间大 氯氟烃CFC 氢氟烃HFC 含氢氯氟烃HCFC CH4 (R50) CF4 (R14)

24 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1.4.2 CFCS、HCFCS的限用与禁用 表2-2 受控制的消耗臭氧层物质
第2章 制冷剂与载冷剂 CFCS、HCFCS的限用与禁用 表2-2 受控制的消耗臭氧层物质 类 别 物 质 第一类（氯氟烷烃） CFCl3(CFC11) CF2Cl2(CFC12) C2F3Cl3(CFC113) C2F4Cl2(CFC114) C2F5Cl(CFC115) 第二类（溴氟烷烃） CF2BrCl(哈隆1211) CF3Br (哈隆1301) C2F4Br2 (哈隆2402) 表2-3 HCFC禁用时间表（发达国家） （蒙特利尔议定书）缔约国 ：以1989年的HCFC消费量加2.8%CFC消费量的总和（折合到ODS吨）作为基准加以冻 结； ：消减35%； ：消减65%； ：消减95%； ：消减95.5%(0.5%仅用于现有设备的维修)； ：消减100% 美国 ：禁止HCFC141b用于发泡剂； ：冻结HCFC22和HCFC142b的生产；不再制造使用HCFC22新设备； ：冻结HCFC123和HCFC124的生产； ：禁用HCFC22和HCFC141b；不再制造使用HCFC123和HCFC124的新设备； ：禁用HCFC123和HCFC124 欧共体国家 ：消减50%； ：消减75%； ：消减90%； ：消减100%； 瑞士、意大利 禁用HCFC 德国 禁用HCFC22 瑞典，加拿大 禁用HCFC

25 表2-4 中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表
第2章 制冷剂与载冷剂 表2-4 中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表 行 业 消耗臭氧层物质 完全淘汰时间（年） 家用制冷设备 CFC11 2010 CFC12 汽车空调器 2002 ＊ 工商业制冷设备 2006 ＊ 化工生产 CFC113 2006 注：＊允许维修使用到2010年。

26 第2章 制冷剂与载冷剂 2.1.4.3替代制冷剂的研究动向 表2-6 R12 、R134a 、R600a主要物性及性能对比 制冷剂代号
第2章 制冷剂与载冷剂 替代制冷剂的研究动向 表2-6 R12 、R134a 、R600a主要物性及性能对比 制冷剂代号 R12 R134a R600a 相对分子质量 120.92 102.0 58.13 标准蒸发温度/℃ -29.8 -26.5 -11.7 燃烧极限（体积分数）/% 无 1.8～8.4 ODP值 1.0 GWP值 4500 420 15 冷凝压力（40℃时）/MPa 1.01 1.02 0.53 蒸发压力（-30℃时）/MPa 0.10 0.084 0.047 理论排气温度/℃ 120～125 125～130 100～105 液体密度（-25℃时）/kg/m3 1472.0 1371.0 608.3 润滑油 矿物油 酯类油 对杂质的敏感性 敏感 高度敏感 容水性 极微 易容 真空度要求 一般 较高 材料兼容性 好 不好

27 第2章 制冷剂与载冷剂 2.2.1载冷剂与载冷剂循环特点 2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法 (1) 比热大 (2) 导热系数大
第2章 制冷剂与载冷剂 2.2.1载冷剂与载冷剂循环特点 载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质 在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。 2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法 要求 (1) 比热大 (2) 导热系数大 (3) 粘度低 (4) 凝固点与使用温度范围相适应 (5) 腐蚀性小 (6) 无毒、不燃、不爆 (7) 化学稳定性好 (8) 价格低廉

28 第2章 制冷剂与载冷剂 2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法 使用目的 蒸发温度在5℃以上的载冷剂系统， 选择方法 一般都采用水作载冷剂
第2章 制冷剂与载冷剂 2.2.2 载冷剂的选择要求和选择方法 使用目的 蒸发温度在5℃以上的载冷剂系统， 一般都采用水作载冷剂 选择方法 蒸发温度在5～-50℃的范围内， 一般可采用氯化钠或氯化钙盐水溶液 温度范围 蒸发温度低于-50℃时，采用三氯乙烯、 二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等

29 第2章 制冷剂与载冷剂 2.2.3 常用载冷剂的特性 常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等 1．空气 2．水
第2章 制冷剂与载冷剂 常用载冷剂的特性 常用的载冷剂有空气、水、盐水和有机物等 1．空气 在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积较大 2．水 水作为载冷剂只适用于载冷温度在O℃ 以上的场合，空调系统中多有采用

30 第2章 制冷剂与载冷剂 3 盐水溶液 NaCl水溶液 CaCl2水溶液 MgCl2水溶液 合理选择浓度 注意防腐蚀 定期测定比重 t F
第2章 制冷剂与载冷剂 3 盐水溶液 t 液体 冰与液体 盐与液体 固体 F MgCl2水溶液 NaCl水溶液 CaCl2水溶液 A’ A 析冰线 析盐线 共晶浓度 共晶点 A-B-E G-E E G B tB C2 C C1 tC x1 x2 定期测定比重 合理选择浓度 注意防腐蚀 D tE E m1 m2

31 第2章 制冷剂与载冷剂 4．有机物载冷剂 有机物载冷剂有 乙醇（CH3-CH2OH）、 乙二醇（CH2OH-CH2OH）、
第2章 制冷剂与载冷剂 4．有机物载冷剂 有机物载冷剂有 乙醇（CH3-CH2OH）、 乙二醇（CH2OH-CH2OH）、 丙二醇（CH2OH-CHOH-CH3）、 丙三醇（CH2OH-CHOH-CH2OH）、 二氯甲烷（CH2Cl2）及三氯乙烯（CHCl-CCl2）等。 它们都具有较低的凝固温度。 有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。

32 第2章 制冷剂与载冷剂 思考题 1. 制冷剂的作用是什么？ 2. 按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？ 3. 什么是共沸制冷剂？
第2章 制冷剂与载冷剂 思考题 1. 制冷剂的作用是什么？ 2. 按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？ 3. 什么是共沸制冷剂？ 4. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？ 5. 选择制冷剂时有哪些要求？ 6. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂？ 7. 常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？ 8. 为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？ 9. 试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。 10. 使用R134a时，应注意什么问题。 11. 试写出制冷剂R11、R115、R32和R11、R12、Rl2B1的化学式。 12. 试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。 13. 什么叫载冷剂？对载冷剂的要求有哪些？ 14. 常用载冷剂的种类有哪些？它们的适用范围怎样？ 15. 水作为载冷剂有什么优点？ 16. “盐水的浓度愈高，使用温度愈低”。这种说法对吗？为什么？ 17. 人们常讲的无氟指的是什么意思？ 18. 共沸混合物类制冷剂有什么特点？ 19. 简述R12、R22、R717与润滑油的溶解性。 20. 为什么要严格控制氟利昂制冷剂中的含水量？