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1、制冷与低温技术原理,第 3 章 蒸气压缩式制冷 -制冷剂,3.3 蒸气压缩式制冷中的制冷剂,3.3.1 制冷剂概述,1. 制冷剂的发展和种类,1. 制冷剂的发展和种类,著名的“CFC问题”,制冷剂的种类,2. 制冷剂的命名,（1）无机化合物：,举例:,符号表示：,（2）氟里昂和烷烃类： 是饱和碳氢化合物的氟，氯，溴衍生物的总称。,烷烃化合物的分子通式： CmH2m+2,将R换成物质分子中组成元素符号 例如: CFC113，HCFC22，HFC134a,氟里昂的分子通式： CmHnFxClyBrz,R (m-1) (n+1) (x) B (z) 例如: R11，R12，R113,符号表示法1：,
2、符号表示法2：,含氯氟碳的完全卤代烃CFC类 ： 例如：CFC11，CFC12，CFC113,氟里昂的种类：,含氢氯氟碳的不完全卤代烃HCFC类： 例如：HCFC21，HCFC22,含氢氟碳的无氯卤代烃HFC类： 例如：HFC134a ，HFC152a,（3）共沸混合物,举例：R500：R12/R152a （最早命名） R501：R22/R12 R502：R22/R115,（4）非共沸混合物：,举例；R400； R22/114 R401A：R22/152a/124 R401B：R22/152a/124,（5）环烷烃及其卤代物：,（6）链稀烃及其卤代物：,符号：RC ( ) 同氟里昂的书写规则
3、举例：RC318（C4F8） RC316（C4F6Cl2）,（1）热力性质方面； （2）传热性和流动性方面； （3）物理化学性质方面； （4）环境的可接受性； （5）价格便宜，来源充足。,3. 制冷剂选择的要求,热力性质,在工作温度范围内有合适的压力和压力比； 希望：单位制冷量和单位容积制冷量比较大； 希望：比功和单位容积压缩比功小，循环效率高； 压缩终了排气温度不太高，以免润滑条件恶劣以及 制冷剂在高温下分解。,传输性质,粘度，密度尽量小，减小制冷剂在系统中流动阻力， 以及制冷剂的充注量； 导热系数大，可以提高热交换设备的传热系数，减少 传热面积，使设备结构紧凑。,物理化学性质,无毒，不燃烧
4、，不爆炸，使用安全； 化学稳定性和热稳定性好； 使用中不变质，不与润滑油反应，不腐蚀机器构件， 在压缩终了高温下不分解等。,环境可接受性,对大气环境无破坏作用； 臭氧破坏指数和温室效应指数为零或尽可能小。,1. 热力性质： 是指其热力参数之间的相互关系。,（1）制冷剂的饱和蒸气压力曲线 不同制冷剂的饱和蒸气压力曲线。 （书中图3-25）,3.3.2 制冷剂的性质,4. 制冷剂的饱和蒸发压力-温度特性决定了给定工作温度下 制冷循环的压力和压力比。,3. 在同一温度下，标准蒸发温度高的制冷剂压力低； 标准蒸发温度低的制冷剂压力高。,2. 习惯上往往依据ts的高低，将制冷剂分为： 高温制冷剂，中温制
5、冷剂，低温制冷剂。,1. 标准蒸发温度大体上可以反映制冷时能够达到的 低温范围。ts越低的制冷剂，能够达到的制冷温度越低。,标准蒸发温度（标准沸点）ts： 制冷剂在标准大气压下的沸腾温度。,说明,（2）临界温度 是物质在临界点状态时的温度，用 tc表示。 是制冷剂不可能加压液化的最低温度。,制冷剂的工作温度和压力的选择范围：,绝大多数物质其临界温度与标准蒸发温度的关系；,1. 标准沸点温度低的低温制冷剂其临界温度也低， 对每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的； 2. 蒸发制冷循环应远离临界点。,说明,（3）特鲁顿（Trouton）定律： 大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时，其摩尔墒增 的数值都大
6、体相等。,即：,分析,1. 标准蒸发温度相近的物质，分子量大的， 汽化潜热小，单位质量制冷量小；,2. 各种制冷剂在一个大气压下汽化时， 单位容积汽化潜热大体相等；,3. 相同蒸发温度下，压力高的制冷剂其 单位容积制冷量大。,（4）压缩终温,4. 重分子的压缩终温 t2低，轻分子的 t2高。,说明,1. 压缩终温是实际制冷机必须考虑的一个安全指标。,2. 相同吸气温度下，制冷剂等熵压缩终了温度 t2 与其绝热指数和压力比有关。,3. 压缩终温 t2与制冷剂的比热容有关。,（5）粘度，导热性和比热容,1. 制冷剂的粘性，导热性和比热容等热物理性质 是影响制冷机辅机设计的重要物性参数。,说明,2.
7、 粘性的大小与流体种类，温度和压力有关。,3. 气体的热导率很小，且随温度升高而升高。,规定R11：ODP=1，GWP=1。,2. 环境影响指标,（1）臭氧衰减指数ODP： 考察物质对臭氧层破坏的潜在影响程度 。,（2）温室影响指数GWP： 考察物质造成温室效应危害的程度。,国际上对CFC和HCHC物质限制日程表： 对CFC，包括CFC11, CFC112, CFC113, CFC114等， 发达国家: 1996.1.1 完全停止生产和消费； 发展中国家：2010最后停用。 对HCFC，包括HCFC22, HCFC42b, HCFC123等 发达国家：1996年冻结，2004年削减，2020年
8、停用； 发展中国家：2016年冻结生产，2040年完全停用。,3. 物理、化学性质,（2）电绝缘性,（1）安全性 通过制冷剂的毒性，燃烧性和爆炸性来评价制冷剂 的安全程度。,（3）热稳定性及与材料的相容性,（4）与润滑油的互溶性,（5）溶水性,（6）渗透性,（1）安全性,旧标准：分别以毒性和可燃性作出规定。 新标准：将毒性与可燃性合在一起，规定了六个安全等级。 （国际标准ISO5149-1993和美国标准ANSI/ASHRAE34-1993）,安全等级：A1、A2、A3、B1、B2、B3,（2）电绝缘性：,要求制冷剂和润滑油有较好的电绝缘性； 注意；微量杂质和水分的存在造成冷冻机油和制冷剂 电
9、绝缘性降低。,（3）热稳定性及与材料的相容性,热稳定性 正常运转时，制冷剂不会发生裂解；但在温度较高且有 油，钢铁，铜存在时，长时间使用会发生变质甚至热解； 规定制冷剂的最高使用温度不得超过允许极限值。 （R717：不超过150；R22：不超过145）,与材料的相容性 系统设计时，应考虑不同制冷剂的腐蚀性特点，选择 与制冷剂相容的结构材料。,制冷剂对金属的作用,氢，氦，氮及其它惰性气体工质，碳氢化合物工质对 金属无腐蚀作用； 纯氨对钢铁无腐蚀；对铝，铜或铜合金有轻微腐蚀； 若氨中含水，对铜和几乎所有铜合金（磷青铜除外）有 强烈腐蚀；氨制冷机中不能用黄铜，纯铜和其它铜合金； 氟利昂几乎对所有金属
10、都无腐蚀。但对镁和含镁2%以上 的铝合金除外。镁和镁合金材料不能用在氟利昂系统中。 氟利昂中含水时，将水解生成酸性物质，对金属有腐蚀 作用；氟利昂与润滑油混合物能水解出现“镀铜现象”。 氟利昂制冷系统中应尽量避免水分存在。,制冷剂对非金属的作用,氟利昂制冷剂极易溶解天然橡胶和树脂材料；氟利昂对 高分子化合物，会起“膨润作用”。氟利昂制冷机中不得 使用天然橡胶和和树脂化合物。 氟利昂制冷机中密封材料和绝缘材料应使用耐氟材料， 如氯丁乙烯，氯丁橡胶，或其它耐氟塑料制品。,氟利昂制冷剂要求使用与它互溶的润滑油； 氟利昂比油重，溶油性差会带来不利因素； 满液式蒸发器：机器回油困难，以及影响制冷剂蒸发；
11、 干式蒸发器：依靠制冷剂蒸气裹挟油滴回油制冷剂溶油 越充分，越容易将油带回压缩机。,溶解度与温度有关，温度变化时， 有限溶解与完全溶解 会发生转化；,氨与油是典型的有限溶解，氨比油轻，可方便从设备下部 回油或放油。,（4）与润滑油的互溶性,重要性：对系统设备的工作特性，结构设计都有影响；,制冷剂与油的溶解性分为：完全溶解和有限溶解； 有限溶解：制冷机与油的混合物出现明显分层； 完全溶解：制冷剂与油的混合物形成均匀溶液。,氟利昂和烃类物质都难溶于水； 氨易溶于水； 制冷系统中必须严格控制含水量。,（5）溶水性,（6）渗透性,（7）泄露性,“氢脆”现象。,氨：通常用酚酞试剂和试纸检漏，不能用肥皂水检漏； 氟利昂：卤素喷灯和电子检漏仪。,3.3.3 混合制冷剂,1. 混合制冷剂：由两种或两种以上的纯制冷剂 组成的混合物。,2. 共沸混合物和非共沸混合物,3.3.4 各种实用制冷剂,1. 无机物: 氨 2. 氟里昂: R134a/R12，R142b/R22 3. 碳氢化合物: R600a/R12 4. 混合制冷剂: R507/R502，R407c/R22， R410A/R22,
