第三章制冷劑、載冷劑與冷凍機(jī)油12§3—1制冷劑§3—2載冷劑§3—3冷凍機(jī)油3一、制冷劑的概念二、對(duì)制冷劑的主要要求三、制冷劑的分類§3—1制冷劑四、常用制冷劑的主要特性4一、制冷劑的概念如圖所示，在蒸氣壓縮式制冷的蒸發(fā)器里吸熱后由液體轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵?，在冷凝器里放熱后再由蒸氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的流體物質(zhì)叫作制冷劑?！?—1制冷劑蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑5二、對(duì)制冷劑的主要要求臨界溫度高，不但可用常溫的冷卻水或空氣對(duì)高溫高壓下的制冷劑蒸氣進(jìn)行冷凝，而且在遠(yuǎn)離臨界狀態(tài)下物質(zhì)的汽化潛熱較大、節(jié)流損失較小。凝固溫度低，可保證制冷劑在蒸發(fā)溫度下不至于凝固，以保證制冷劑的流動(dòng)性質(zhì)。沸點(diǎn)要低，可實(shí)現(xiàn)低溫制冷。§3—1制冷劑1、臨界溫度要高，凝固溫度要低，沸點(diǎn)要低6（1）要求蒸發(fā)壓力（p0）略高于大氣壓制冷技術(shù)中習(xí)慣將制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化稱為“蒸發(fā)”，其實(shí)這個(gè)過(guò)程主要是沸騰汽化。蒸發(fā)壓力高于大氣壓，可以避免在低壓部分出現(xiàn)負(fù)壓，否則,在密封不良的情況下外界空氣就有機(jī)會(huì)滲入制冷系統(tǒng)，如圖所示。§3—1制冷劑2、工作壓力要適當(dāng)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)壓后空氣會(huì)滲入7（2）冷凝壓力（pk）不要過(guò)高如圖所示為蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的高壓部分，如果冷凝壓力過(guò)高，不但工作時(shí)處于高壓下的制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件及連接管道等要承受更高的工作壓力，而且制冷劑外泄的可能性更大。§3—1制冷劑2、工作壓力要適當(dāng)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的高壓部分8（3）冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比要小實(shí)踐表明，壓力比大會(huì)提高制冷壓縮機(jī)的排氣溫度和壓縮功耗，同時(shí)使壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)下降?！?—1制冷劑2、工作壓力要適當(dāng)9單位質(zhì)量制冷量（Q0）大，可以在保證制冷能力的前提下，減少系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的循環(huán)量，從而減小設(shè)備的尺寸，降低壓縮機(jī)對(duì)制冷劑的循環(huán)功率和減少對(duì)制冷設(shè)備的投資。§3—1制冷劑3、單位質(zhì)量制冷量（Q0）要大，單位容積制冷量（Qv）要適當(dāng)10絕熱指數(shù)小可減少制冷壓縮機(jī)的功耗，降低排氣溫度，從而改善運(yùn)行性能，簡(jiǎn)化壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)。導(dǎo)熱系數(shù)高可以提高換熱器（主要指冷凝器和蒸發(fā)器）的換熱效率，減少換熱面積，使制冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊，材料更加節(jié)約。黏度和密度較小的制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，從而降低了壓縮機(jī)所需要提供的循環(huán)功率，提高能效比。§3—1制冷劑4、絕熱指數(shù)要小，導(dǎo)熱系數(shù)要高，黏度和密度要小11無(wú)毒，包括不污染食品、不對(duì)人體生理產(chǎn)生不良影響和不給大氣環(huán)境帶來(lái)破壞。采用無(wú)燃燒、無(wú)爆炸危險(xiǎn)的制冷劑，可以保證工作人員、制冷設(shè)備以及場(chǎng)地的安全，并提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性?！?—1制冷劑5、無(wú)毒、不燃燒、不爆炸，化學(xué)穩(wěn)定性好12就小型制冷設(shè)備而言，所用制冷劑的量并不多，制冷劑的成本并不顯眼。但對(duì)于大中型制冷設(shè)備來(lái)說(shuō)，無(wú)論是首次投入，還是日后檢修時(shí)的補(bǔ)充，所用制冷劑的量十分可觀。所以，制冷劑的價(jià)格也是要考慮的問(wèn)題?！?—1制冷劑6、價(jià)格便宜，易于獲得13三、制冷劑的分類（1）鹵化碳類制冷劑（氟利昂類制冷劑）鹵化碳類制冷劑又稱鹵碳化合物類制冷劑，是飽和碳?xì)浠衔锏柠u素（一般指氟、氯、溴）衍生物的總稱。最初，美國(guó)某公司以“Freon（氟利昂）”作為鹵化碳類物質(zhì)的商業(yè)名稱，其后被公認(rèn)為這類制冷劑的正式名稱?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類14如圖所示，兩種四氟乙烷的同分異構(gòu)體CHF2CHF2和CH2FCF3制冷劑代號(hào)分別是R134和R134a。§3—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類兩種四氟乙烷同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示意圖15常見(jiàn)氟利昂類制冷劑的化學(xué)名稱、化學(xué)分子式及制冷劑代號(hào)，見(jiàn)表?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類兩種四氟乙烷同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示意圖16常用的環(huán)狀化合物類制冷劑的化學(xué)名稱、化學(xué)分子式及制冷劑代號(hào)，見(jiàn)表，其制冷劑代號(hào)的編寫(xiě)規(guī)則與氟利昂類制冷劑的編號(hào)規(guī)則相似，只是要在字母R后面加一個(gè)字母C。§3—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類常用的環(huán)狀化合物類制冷劑17（3）共沸類混合制冷劑共沸類混合制冷劑是由兩種或兩種以上互相溶解的制冷劑按一定比例混合起來(lái)的制冷劑。共沸類混合制冷劑的組分、混合質(zhì)量分?jǐn)?shù)及制冷劑代號(hào)見(jiàn)表，其命名方法是在字母R后面加數(shù)字5，其后再按啟用時(shí)間的先后順序編號(hào)?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類共沸類混合制冷劑18(4)非共沸類混合制冷劑非共沸類混合制冷劑的命名方法是在字母R后面加數(shù)字4，其后也按啟用時(shí)間的先后順序編號(hào)。常見(jiàn)的非共沸類混合制冷劑見(jiàn)表。§3—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類非共沸類混合制冷劑19（5）飽和碳?xì)浠衔镱惓Ｒ?jiàn)的飽和碳?xì)浠衔镱愔评鋭┑幕瘜W(xué)名稱、化學(xué)分子式及制冷劑代號(hào)，見(jiàn)表。這類制冷劑的命名方法是除丁烷寫(xiě)成R600外，其余的與氟利昂類制冷劑一樣?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類常見(jiàn)的飽和碳?xì)浠衔镱愔评鋭?0（6）不飽和碳?xì)浠衔锛捌潲u元素衍生物類制冷劑常見(jiàn)的不飽和碳?xì)浠衔锛捌潲u元素衍生物類制冷劑的化學(xué)名稱、化學(xué)分子式及制冷劑代號(hào)，見(jiàn)表?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類常見(jiàn)的不飽和碳?xì)浠衔锛捌潲u元素衍生物類制冷劑21（7）有機(jī)化合物類制冷劑有機(jī)化合物主要是指有機(jī)氧化物、有機(jī)硫化物和有機(jī)氮化物，其命名方法是字母R后先加數(shù)字6，然后再加編號(hào)，6后的1表示是氧化物類，2表示硫化物類，3表示氮化物類，有機(jī)化合物類制冷劑見(jiàn)表?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類有機(jī)化合物類制冷劑22（8）無(wú)機(jī)化合物類制冷劑常用的無(wú)機(jī)化合物類制冷劑有氨（NH3）、水（H2O）和二氧化碳（CO2）。見(jiàn)表?！?—1制冷劑1、按化學(xué)組成分類無(wú)機(jī)化合物類制冷劑23（1）高溫低壓制冷劑（ts＞0℃，pk＜2～3bar）（2）中溫中壓制冷劑（0℃＞ts＞-60℃，15～22bar＞pk＞2～3bar）（3）低溫高壓制冷劑（ts＜-70℃，pk＞20～30bar）§3—1制冷劑2、按標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸騰溫度ts）和冷凝壓力(常溫下的冷凝壓力pk)分類24四、常用制冷劑的主要特性R134a屬中溫中壓的氟利昂類制冷劑，其壓力適中、傳熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃燒。目前在我國(guó)，R134a是R12最常用的替代品。主要參數(shù)和特性如下：(1)凝固點(diǎn)-101.℃，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)-26.5℃，臨界溫度101.1℃。(2)汽化潛熱219.8kJ/kg，較R12大。絕熱指數(shù)1.11，略小于R12。(3)無(wú)色、略有芳香味，對(duì)人體生理危害很小。§3—1制冷劑1、R134a（1,1,1,2—四氟乙烷，CH2FCF3）25(4)不含氯原子，且在大氣中的存在壽命很短，臭氧層破壞潛在效應(yīng)（ODP）為0。全球溫室潛在效應(yīng)（GWP）為420。(5)在相同冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下的壓縮比高于R12,用于空調(diào)時(shí)不是很突出，用于低溫裝置時(shí)十分明顯，制冷機(jī)能耗增多，制冷系數(shù)下降。(6)液體比熱容較R12大，故節(jié)流損失較R12大。為提高制冷系數(shù)，R134a制冷系統(tǒng)宜使液體過(guò)冷。(7)與礦物油相溶性差，而與聚酯類油相溶，故R134a系統(tǒng)采用聚酯冷凍機(jī)油?！?—1制冷劑1、R134a（1,1,1,2—四氟乙烷，CH2FCF3）26(8)對(duì)有機(jī)材料的溶脹性更強(qiáng)，普通耐氟橡膠材料部件已不再適用，應(yīng)將其更換為聚丁腈、氯丁橡膠等材料部件。R134a系統(tǒng)使用的封閉式制冷壓縮機(jī)中的電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣等級(jí)也應(yīng)進(jìn)一步提高。(9)滲透性較R22更強(qiáng)，且無(wú)法用鹵素檢漏儀檢漏。(10)合成工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高于R12。§3—1制冷劑1、R134a（1,1,1,2—四氟乙烷，CH2FCF3）27在低溫下使用，可提高循環(huán)制冷效率。R502的主要參數(shù)和特性如下：(1)組分為48.8%R22，51.2%R115。（2）標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-45.4℃，臨界溫度為82.2℃。（3）溶油性較R22稍差。（4）毒性小，不燃燒，不爆炸，化學(xué)性質(zhì)較R22更穩(wěn)定，對(duì)有機(jī)材料的作用比R22更弱。（5）對(duì)全球環(huán)境影響比R22大。（6）售價(jià)高。§3—1制冷劑2、R50228異丁烷又名2—甲基丙烷，屬碳?xì)浠衔?，在電冰箱制冷劑中，異丁烷是?guó)際公認(rèn)的R12替代品之一，它對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用，溫室效應(yīng)為零，熱力學(xué)性能也比較好。R600a的主要參數(shù)和特性如下：(1)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-11.80℃，凝固點(diǎn)為-159.6℃，相對(duì)分子質(zhì)量為58.12。(2)臨界溫度為134.98℃，臨界壓力為3.66MPa。(3)汽化潛熱為366.5kJ/kg?！?—1制冷劑3、R600a［異丁烷，CH（CH3）3，中溫中壓制冷劑］29(4)25℃下的飽和液體密度為0.551g/cm3。(5)25℃下的液體比熱容為2.38kJ/(kg·℃)。(6)無(wú)色，微溶于水，性能穩(wěn)定，其臭氧消耗潛力和溫室效應(yīng)潛力都為零。(7)與礦物油和烷基苯油能完全相溶。(8)密度大于空氣，較易聚積。(9)能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為1.9％～8.4％（體積分?jǐn)?shù)）?！?—1制冷劑3、R600a［異丁烷，CH（CH3）3，中溫中壓制冷劑］30R400A的主要參數(shù)和特性如下：(1)相對(duì)分子質(zhì)量為72.58，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-51.6℃。(2)臨界溫度為72.5℃，臨界壓力為4.95MPa。(3)30℃下的飽和液體密度為1.038g/cm3。(4)30℃下的液體比熱容為1.78kJ/(kg·℃)。(5)30℃及101.3kPa下的等壓蒸氣比熱容為0.85kJ/(kg·℃)。(6)汽化潛熱為256.7kJ/kg?！?—1制冷劑4、R400A31R717的主要參數(shù)和特性如下：(1)凝固點(diǎn)為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-33.3℃，常溫下的冷凝壓力為1.1～1.3MPa。(2)單位容積制冷量為520kCal/m3。(3)吸水性好，即使在低溫下水也不會(huì)從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)發(fā)生“冰堵”現(xiàn)象，無(wú)須使用干燥器。(4)密度小，黏度小，放熱系數(shù)高。(5)價(jià)格便宜，易于獲得?！?—1制冷劑5、R717（氨，NH3）32(6)難溶解于油，為保證制冷壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，氨制冷機(jī)需要設(shè)置油泵。(7)對(duì)鋼鐵無(wú)腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。(8)有較強(qiáng)的毒性和可燃性，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.5％～0.6％（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，人在其中停留半小時(shí)即可中毒，達(dá)到11％～13％時(shí)即可點(diǎn)燃，達(dá)到16％時(shí)遇明火就會(huì)爆炸?！?—1制冷劑5、R717（氨，NH3）33R13的主要參數(shù)和特性如下：(1)凝固點(diǎn)為-181.℃，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-81.4℃，臨界溫度為28.8℃。(2)毒性較R12小，對(duì)大氣臭氧層有破壞作用。(3)完全不燃燒，不爆炸。(4)溶水性與R12相近，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)干燥器。(5)不溶于潤(rùn)滑油。(6)蒸氣比容小，單位容積制冷量大。(7)對(duì)金屬和有機(jī)物的作用、泄漏性與R12相同?！?—1制冷劑6、R13（氯三氟甲烷，CClF3，低溫高壓制冷劑）34R290（丙烷）又稱冷煤，是一種新型環(huán)保制冷劑，主要用于中央空調(diào)、熱泵空調(diào)、家用空調(diào)和其他小型制冷設(shè)備。高純級(jí)R290可用作感溫工質(zhì)，優(yōu)級(jí)和一級(jí)R290可用作制冷劑替代R22、R502?！?—1制冷劑7、R29035一、直接、間接制冷系統(tǒng)與載冷劑二、間接制冷的優(yōu)點(diǎn)三、對(duì)載冷劑的要求§3—2載冷劑四、常用的載冷劑五、載冷劑選用技巧36一、直接、間接制冷系統(tǒng)與載冷劑1、直接制冷系統(tǒng)在直接制冷系統(tǒng)中，制冷設(shè)備是直接吸收要降溫區(qū)域的熱量，并將其排放到外界環(huán)境中的，如圖所示。§3—2載冷劑直接制冷系統(tǒng)示意圖37一、直接、間接制冷系統(tǒng)與載冷劑2、間接制冷系統(tǒng)在間接制冷系統(tǒng)中，制冷設(shè)備先冷卻某種液態(tài)物質(zhì)，再利用降溫后的該液態(tài)物質(zhì)吸收要降溫區(qū)域的熱量，如圖所示?！?—2載冷劑間接制冷系統(tǒng)示意圖38一、直接、間接制冷系統(tǒng)與載冷劑3、載冷劑的定義載冷劑又稱冷媒，它在間接制冷系統(tǒng)中作為一種中間介質(zhì)，把要降溫區(qū)域的熱量接力傳遞給制冷劑，最終把熱量釋放給外界環(huán)境?！?—2載冷劑39二、間接制冷的優(yōu)點(diǎn)在間接制冷系統(tǒng)中，載冷劑在蒸發(fā)器中被冷卻以獲得冷量，然后被載冷劑泵輸送到需要冷量的各個(gè)地方，吸收熱量后又回到蒸發(fā)器中再被冷卻，如此循環(huán)往復(fù)，以達(dá)到連續(xù)制冷的目的，如圖所示?！?—2載冷劑間接制冷系統(tǒng)示意圖40三、對(duì)載冷劑的要求1、無(wú)毒，對(duì)人體無(wú)害，不污染食品，不影響環(huán)境。2、化學(xué)穩(wěn)定性要好。3、沸點(diǎn)要高，凝固點(diǎn)要低。4、比熱容要大。5、黏度和密度要小。6、傳熱性要好。7、不腐蝕設(shè)備和管道。8、價(jià)格便宜，易于獲得?！?—2載冷劑41四、常用的載冷劑水是用于空氣調(diào)節(jié)間接制冷系統(tǒng)中最好的載冷劑，其相關(guān)參數(shù)和特性如下：(1)比熱容大、傳熱效果好，可減少載冷劑的循環(huán)量。(2)密度小、黏度小，流動(dòng)阻力小，有利于減小設(shè)備尺寸，降低投資。(3)無(wú)毒，對(duì)人體、食品和環(huán)境都無(wú)危害。§3—2載冷劑1、水42(4)不燃燒、不爆炸，純水對(duì)鐵等金屬設(shè)備和管道腐蝕性較小。(5)資源豐富，價(jià)格便宜。(6)常壓下的凝固點(diǎn)較高，只能作為制冷溫度是0℃以上間接制冷系統(tǒng)中的載冷劑?！?—2載冷劑1、水43通常制冷溫度在0℃以下的間接制冷系統(tǒng)中用“鹽水”作為載冷劑?！胞}水”載冷劑常用氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和氯化鎂（MgCl2）水溶液的混合物。其特性如下：(1)可用于0℃以下的間接制冷系統(tǒng)，且凝固點(diǎn)與溶劑物質(zhì)、溶液濃度有關(guān)。（2）比熱容大，載冷能力強(qiáng)。（3）無(wú)毒，不燃燒，不爆炸?！?—2載冷劑2、鹽水44（4）吸水性強(qiáng)，應(yīng)定期測(cè)定鹽度，并及時(shí)補(bǔ)鹽。（5）NaCl和CaCl2混合使用易出現(xiàn)沉淀，引起換熱受阻、管道流通面積變小等不良影響。（6）腐蝕性較強(qiáng)，易使金屬（特別是鐵）材料管道銹蝕?！?—2載冷劑2、鹽水45有機(jī)溶液的凝固點(diǎn)普遍比水和鹽水低，故被廣泛用于低溫間接制冷系統(tǒng)中。（1）乙二醇水溶液（CH2OHCH2OH）（2）丙三醇水溶液（CH2OHCHOHCH2）§3—2載冷劑3、有機(jī)溶液46五、載冷劑選用技巧1、蒸發(fā)溫度高于5℃的間接制冷系統(tǒng)，一般選擇水作為載冷劑。2、蒸發(fā)溫度為-16～5℃的間接制冷系統(tǒng)，一般選擇NaCl水溶液作為載冷劑。3、蒸發(fā)溫度為-50～5℃的間接制冷系統(tǒng)，一般選擇CaCl2水溶液作為載冷劑。4、食品加工用間接制冷系統(tǒng)，一般選擇乙二醇、丙三醇、乙醇水溶液作為載冷劑?！?—2載冷劑47五、載冷劑選用技巧5、工作溫度范圍較廣的間接制冷系統(tǒng)，如-50