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1、,2019年10月17日,报告人：盛 伟 （博士，副教授） 15039118299，weisean 机械与动力工程学院,制冷剂、载冷剂及润滑油,制冷剂、载冷剂及润滑油,?,19:25,2,weisean,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,19:25,3,weisean,第一节 制冷剂概述,1、制冷剂是什么? 2、哪种制冷方式使用制冷剂？ 3、历史发展？ 4、为什么它能作为制冷剂？ 5、命名方法？,19:25,4,weisean,制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂
2、的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。,19:25,5,weisean,一 制冷剂的发展、应用与选用原则,19:25,6,weisean,CO2、NH3、SO2 卤代烃（氟里昂Freon） 是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。可以分为三类： 全卤代烃，分子中只含有氯、氟、碳原子，称为氯氟烃，简称CFCs；如R11，R12，R13等； 氢氯氟烃，分子中除氯、氟、碳原子外，还有氢原子，简称HCFCs，如R22； 氢氟烃，分子中没有氯原子，而有氢、氟、碳原子，简称HFCs，如R1
3、34a。,乙醚（易燃、易爆、制取低温时蒸发压力低于大气压）,19:25,7,weisean,联合国环保组织1987年在加拿大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，我国1992年正式宣布加入修订后的蒙特利尔议定书 对于CFCs：发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年； 对于HCFCs：发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。 以上时间表可能还会提前。,蒙特利尔议定书,19:25,8,weisea
4、n,据新华社渥太华2007年月日电 联合国环境规划署执行主任施泰纳日在加拿大蒙特利尔宣布，来自个国家和地区的代表一致同意，将于年在世界范围内彻底停止生产和使用破坏臭氧层的氢氯氟烃，这比原计划提前了年。,19:25,9,weisean,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,19:25,10,weisean,1.热力学性质方面,2.迁移性质方面,作为制冷剂应符合的要求,3.物理化学性质方面,4.其它,原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,19:25,12,weisean,19:25,13,weisean,二、制冷剂命名,制冷剂按其化学组成主要有三类,19:25,15,weisean
5、,字母“R”和它后面的一组数字或字母,表示制冷剂,根据制冷剂分子组成按一定规则编写,1.无机化合物,2.氟里昂和烷烃类,编写规则,制冷剂的简写符号,分子通式CmHnFxClyBrz,CmH2m+2,3.非共沸混合工质,4.共沸混合工质,5.环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物,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，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。,19:25,17,weisean,此外，有机氧化物、脂肪族胺用R6开头，其后数字任选。,19:25,19,weisean,第二节 制冷剂的热物性参数及其计算方法,1
6、9:25,20,weisean,1、制冷剂热物性参数? 2、如何计算热物性参数? 3、软件计算; 4、查图计算查表; 5、环境问题; 6、替代问题;,19:25,21,weisean,一、热力性质,制冷剂的常用热力性质：,压力、温度、比体积、比内能、比焓，比熵、比热容、声速,热力学参数关系：,实验测量，图表表示，方程式,均为状态参数,19:25,22,weisean,19:25,23,weisean,热力学参数关系：,（1）压缩性系数,（2）饱和蒸气压,（3）汽化热,（4）比热容,（5）液体的密度,19:25,24,weisean,由该式可知，只要确定了Z值就可按上式计算过热蒸气的状态参数。,
7、压缩性系数Z为无因次量，它是温度和压力的函数。可用实验测定，也可用状态方程计算。R为摩尔气体常数，与气体的种类无关。R=8.314 J/(mol.K),对于制冷剂过热蒸气，如引入压缩性系数Z，则其状态方程可表示为,1.压缩性系数,19:25,25,weisean,式中，pr是对比压力，Tr是对比温度,a0、a1、a2、a3、a4、a5是拟合所得到的常数。,精确的蒸气压公式一般由实验数据拟合得到。阿式是一个常用的蒸气压经验公式,2、饱和蒸气压,19:25,26,weisean,3、汽化热,（2-3）,式中，rs为正常沸点时的汽化热，Tbr是正常沸点对比温度，TbrTb/Tc，Tb为正常沸点温度，
8、单位K。,制冷工质的汽化热与单位质量制冷量有关系。气化热大，则单位制冷量也大。制冷工质的汽化热可近似用下述式子计算,19:25,27,weisean,4.比热容,式中，T是温度，单位为K；,是比定压热容，单位,为,J(molK)-1；d0、d1、d2、d3是常数，,制冷剂在理想气体状态下的比热容一般由实验测得，然后拟合成如下关系式,19:25,28,weisean,5.液体的密度,式中，,是临界密度，,是正常沸点时的密度，,Zcr是临界压缩因子，,Tr是对比温度，Tbr是正常沸点对比温度。,由于液体可压缩性很小，可认为过冷液体的密度等于饱和液体的密度。饱和液体的密度与温度有关，可按下式计算,1
9、9:25,29,weisean,二、热物性参数的计算机计算方法,1、气相热力性质计算,状态方程： 理想气体方程，范德瓦尔斯方程，马丁-侯方程,推导出焓、熵关系式：,压力、温度、比体积关式：,19:25,30,weisean,2、液相热力性质计算,计算饱和液体比体积：,计算饱和液焓：,计算过冷液体比焓和比熵：,计算比体积：,计算饱和液体比熵：,19:25,31,weisean,3、 物性计算软件与查图,19:25,32,weisean,制冷剂的环境影响指标,环境三大公害：大气温室效应、平流层臭氧耗损、酸雨。 氟里昂里含氯的物质，在大气中逸散上升到臭氧层，受紫外线激发分解出氯离子与臭氧结成氯的氧化
10、物，致使臭氧衰减，并加剧温室效应。 臭氧层衰减指数：ODP（Ozone Depletion Potential ） 温室指数：GWP（global Warming Potential ）,19:25,33,weisean,臭氧消耗潜能值ODP( Ozone Depletion Potential )，是一个规范化的标志，选用CFC11的值作为基准值1.0，表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度 。,19:25,34,weisean,19:25,35,weisean,Ozone Depletion CFCs transport chlorine into the stratosphere wher
11、e it contributes to depletion of the ozone layer, which protects the earth from excessive UV radiation.,For detailed information please visit following sites: AFEAS: Alternative Fluorocarbons Environmental Acceptability Study UNEP: United Nations Environment Programme EPA: Environmental Protection A
12、gency (USA) UBA: Umweltbundesamt (Germany) EFCTC: European FluoroCarbon Technical Committee EU/DG11 The Ozone Protection Website,总体温室效应值TEWI( Total Equivalent Warming Impact )，是综合反映一台机器对全球变暖所造成影响的指标值。其计算方法如下: TEWI=mIGWPn+EnB 式中 GWP以CO2为基准的全球变暖潜能值； m系统中制冷剂总质量（kg）； I制冷剂的年泄漏率（%）； n系统运行年限（年）； E系统每年的能耗（k
13、Wh）； B每度电CO2的释放量kg/（kWh）。 TEWI由两项构成：直接使用制冷剂产生的温室效应和制冷机使用期内电厂发电产生的间接温室效应。前者指计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤CO2的积聚效果，后者体现产生1kWh电，由燃料燃烧所释放的CO2量。需要指出的是，间接温室效应对各个国家而言是不同的，取决于该国火力发电和水力发电的比例，以及火力发电的全厂热效率。,大气寿命，是制冷剂排放到大气中一直到分解前时间，也就是制冷剂在大气中的存留的时间。制冷剂的寿命长，说明其潜在的破坏作用就大。 寿命期气候性能LCCP（Life Cycle Climate Performance），是在TEWI基础
14、上补充了制冷机和制冷剂生产过程中的能耗引起的温室效应。若用LCCP衡量和分析，其直接温室效应均很小，且可以通过提高能效比来补偿；间接温室效应占主要部分。,19:25,38,weisean,绿色环保制冷剂的趋势,三、 制冷剂的物理化学性质及其应用,1.安全性,(1) 毒性,虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。,AEL是杜邦公司科学家确定的空气中的暴露极限，该极限规定了以时间加权的平均空中浓度，几乎所有的工作人员反复暴露于这样的浓度下不会有有害的后果。AEL值与极限临界值(Threhold Limit Values，TLVS)对毒性的评估效果相同。TLVS是美
15、国政府和工业卫生专家联合会所制定的。,19:25,40,weisean,表2 制冷剂的毒性指标给出常用制冷剂TLVs(Threhold Limit Values, )值,(2) 燃烧性和爆炸性,(3) 安全分类,表4与表5分别给出了6个安全等级的划分定义和一些制冷剂的安全分类。,2.热稳定性,制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。,爆炸极限,19:25,42,weisean,表3 一些制冷剂的易燃易爆特性,注：None表示不燃烧，na表示未知。,表4 ASHRAE34-1992以毒性和可燃性为界限的安全分类 Lower Flammable
16、 Limit,表5 一些制冷剂的安全分类,19:25,45,weisean,3.对材料的作用,正常情况下，卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材料不起作用。只在某种情况例如水解作用、分解作用等下，一些材料才会和制冷剂发生作用。,制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。,对于氨制冷剂，一般比油轻，可以不与油溶解，有利于回油；对于氟里昂制冷剂，一般都比油重，若不与油溶解，会发生液油分层现象，油在上层，不利于制冷剂的蒸发。所以，氟里昂制冷剂要求与油有较好的溶解度。,4.与润滑油的互溶性,19:25,47,weisean,5.与水的溶解性,“冰堵现象”,当温度降到0以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。所以，要求制冷剂有一定的溶水性，但同时也要考虑制冷剂的水解腐蚀作用。,6.泄漏性,19:25,48,weisean,表6 水
