2011-2-121
第二章第二章 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂
制冷系统的血液制冷系统的血液
2011-2-122
本章需要解决的问题本章需要解决的问题
1、制冷剂在制冷系统中的作用?
2、制冷剂选择的原则有哪些?
热力学性质、物理性质(包括溶油性)、安全性、价格
3、制冷剂的安全性分类与命名方法?
4、主要制冷剂的基本热力性质?
氟利昂(包括CH化合物)、无机物、混合溶液,等
5、载冷剂的作用、种类?
6、如何根据实际工作条件选择载冷剂?
7、目前制冷系统中的制冷剂、载冷剂主要为何?
替代分案为何?
2011-2-123
2011-2-124
第一节第一节
制冷剂制冷剂(Refrigerant)(Refrigerant)
一、对制冷剂的基本要求一、对制冷剂的基本要求
(一)热力学性质(一)热力学性质
1.1. 制冷效率制冷效率
RR== εεthth / / εεcarnotcarnot
标志着不同制冷剂节流损失和过热损
失的大小
有传热温差,希望RR 越大越好。
2.2. 压力适中压力适中
蒸发压力和冷凝压力蒸发压力和冷凝压力
– 防泄漏要求:蒸发压力接近或高于大气压力
– 强度要求:
冷凝压力(常温下,工质的饱和
压力)不宜过高
– 节能要求:压缩比小,
一般4~7之间
3.3. 单位容积制冷能力大单位容积制冷能力大
– 单位容积制冷量越大,压缩机越小
– 对大中型设备要求压缩机小,小型设备要求压缩
机可能会大一些
4. 4. 制冷剂临界温度高制冷剂临界温度高
2011-2-126
制冷剂的饱和压力制冷剂的饱和压力
0
5
10
15
20
25
30
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Temperature in °C
V
a
p
o
u
r
p
r
e
s
s
u
r
e
i
n
b
a
R12
R134a
R600a
R290
R404A
R407C
R410A
2011-2-127
制冷剂的饱和压力与含油量的关系(例:制冷剂的饱和压力与含油量的关系(例:
R12R12))
含油率
饱和压力
2011-2-128
((二)物理化学性能二)物理化学性能
– 导热系数、对流换热系数高
– 密度、粘度小
– 不腐蚀金属和橡胶
– 高温下不分解
– 不燃、不爆
2011-2-129
((三三) ) 其它性质其它性质
– 毒性(toxicity)、可燃性(flammability)
图
毒性:
分为低毒性A、高毒性B两类;
可燃性:分为高度可燃性3、低度可燃性2、无火
焰传播1
– 环保,对环境无害
ODP或RODP(Relative Ozone Depletion
Potential)
GWP(Greenhouse warming Potential)
– 价廉,易于获得
2011-2-1210
毒性和可燃性分级毒性和可燃性分级
2011-2-1211
二、二、 制冷剂的种类与命名制冷剂的种类与命名
((一一))制冷剂的种类制冷剂的种类
– 无机化合物:氨、水、二氧化碳
– 卤代烃:氟利昂
– 多元混合溶液
共沸溶液(如:R502)
近共沸溶液(如:R410a)
非共沸溶液(如:R407c)
– 其他烃类:乙烯、丙烯、环烃
2011-2-1212
制冷剂名称:制冷剂名称:R???R??? ´´
– 氟利昂: Cm
Hn
Fx
Cly
Brz
R(m-1)
(n+1)
x
Bz
– 无机化合物:
R7(分子量)
– 共沸溶液:R5 (无特殊意义)
´´
– 非共沸溶液:R4 (无特殊意义)
´´
– 乙烯、丙烯:
R1(m-1)
(n+1)
x´´
– 有机化合物:
R6 (无特殊意义)
´´
由制冷剂编号和质量比例表示
各组分制冷剂的排列顺序:按标
准蒸发温度(标准沸点)由低到高
排列,如:
R407c:R32/125/134a (23/25/52)
R410a:R32/125(50/50)
RabxRabx的分子结构:的分子结构:
abx+90=abx+90=mnxmnx
m:Cm:C原子数量原子数量;n:H;n:H原子数量原子数量
x:Fx:F原子数量原子数量;;不够的为不够的为ClCl数量数量
如:如:CHFCHF
22
ClCl R22R22
CC
22
HH
22
FF
44
R134aR134a
((二二) ) 制冷剂的命名制冷剂的命名
2011-2-1213
三、三、 制冷剂的基本热力特性制冷剂的基本热力特性
((一一) ) 氟利昂氟利昂
问题:问题:
–– 什么是氟利昂?
– 氟利昂破坏臭氧层吗?
– 氟利昂都要被禁止使用吗?
– “无氟” 是目标吗?
2011-2-1214
1.1.氟利昂的组成氟利昂的组成卤族元素卤族元素
2. 2. 氟利昂破坏臭氧层的机理氟利昂破坏臭氧层的机理
CClCCl33 F F ((紫外线照射紫外线照射) )
CClCCl22 F + F + ClCl
ClCl + O+ O33
ClOClO + O+ O22
ClOClO++O O
ClCl + O+ O22
臭氧层:距地球表面10~50公里的大气层中由臭氧构成的气层。
主要功能:吸收来自宇宙的紫外线,使地球上的万物免受紫外线幅射的危
害,臭氧层被称之为地球的保护伞。
2011-2-1216
CFCCFC和和HCFCHCFC对臭氧的破坏能力对臭氧的破坏能力
CFCCFC,,氯氟烃氯氟烃
– 性能稳定,可进入平流层
– 只要受紫外线照射方分解出Cl离子
– 对臭氧层破坏作用较大
HCFCHCFC,,氢氯氟烃氢氯氟烃
– 相对不稳定,到达平流层前已经分解
– 对臭氧层破坏作用较小
2011-2-1217
3. 3. ODPODP与与GWPGWP
ODPODP: Ozone Depletion Potentiality: Ozone Depletion Potentiality
– 许可条件:ODP < 0.1
GWPGWP: Global Warming Potentiality: Global Warming Potentiality
– 越小越好(欧洲要求小于150,而R22的GWP值
约1900)
– 变暖影响总当量TEWI(Total Equivalent
Warming Impact)
TEWI=DE+IE
DE表示直接效应,IE表示间接效应
2011-2-1218
3. ODP3. ODP与与GWPGWP
2011-2-1219
4.4.关于蒙特利尔
书关于蒙特利尔协议书
1974年提出问题:加利福尼亚大学诺朗德教授
1985年制定《保护臭氧层维也纳公约》
1992.11哥本哈根签署《蒙特利尔协议书》
– 1996.1.1全面限制CFCs的生产(发展中国家2010)
– 2030.1.1全面限制HCFCs的生产(发展中国家2040)
1993.1中国“政府行动
”
– 2010停止生产CFCs
2000.京都协议,要求降低温室气体(GWP大的物
质)排放量
2011-2-1220
5.5.甲烷族氟利昂甲烷族氟利昂(Freon)(Freon)
CH4
R50
CCCHHH333CCClll
RRR444000
CH3F
R41
CCCHHH222CCClll222
RRR333000
CH2ClF
R31
CH2F2
R32
CCCHHHCCClll333
RRR222000
CHCl2F
R21
CHClF2
R22
CHF3
R23
CCl4
R10
CCl3F
R11
CCl2F2
R12
CClF3
R13
CF4
R14
CFC 96.1.196.1.1全面限制全面限制
HCFCHCFC 2030.1.12030.1.1全面限制全面限制
HFC ODP=0ODP=0HCCHCC 有毒有毒
PCC 强毒强毒 PFC ODP=0ODP=0
甲烷甲烷
2011-2-1221
C2H6
R170
C2H5Cl
R160
C2H5F
R161
C2H4Cl2
R150
C2H4ClF
R151
C2H4F2
R152
C2H3Cl3
R140a
C2H3Cl2F
R141b
C2H3ClF2
R142b
C2H3F3
R143a
C2H2Cl4
R130a
C2H2Cl3F
R131
C2H2Cl2F2
R132a
C2H2ClF3
R133a
C2H2F4
R134a
C2HCl5
R120
C2HCl4F
R121
C2HCl3F2
R122
C2HCl2F3
R123
C2HClF4
R124
C2HF5
R125
C2Cl6
R110
C2Cl5F
R111
C2Cl4F2
R112
C2Cl3F3
R113
C2Cl2F4
R114
C2ClF5
R115
C2F6
R116
乙烷乙烷
6.6.乙烷族氟利昂乙烷族氟利昂
CFCCFC 96.1.196.1.1全面限制全面限制
HCFCHCFC 2030.1.12030.1.1全面限制全面限制
HFCHFC ODP=0ODP=0
HCCHCC 有毒有毒 PCCPCC 强毒强毒
PFCPFC ODP=0ODP=0
2011-2-1222
7. 7. 氟利昂的应用氟利昂的应用
根据标准蒸发温度根据标准蒸发温度((一个绝对压力条件下的沸点一个绝对压力条件下的沸点))或或标准标准
冷凝压力冷凝压力((常温下的制冷剂饱和压力常温下的制冷剂饱和压力))高低进行分类:低高低进行分类:低
温温(<(<--6060ooC)C)、、中温中温((--6060ooC< t < 0C< t < 0ooC C )、高温)、高温(>0(>0ooC)C)制冷制冷
剂剂
– 低温(高压)制冷剂
R13:冷藏装置、复叠式制冷循环等
– 中温(中压)制冷剂
R134a(R12):小型风冷式机,家用冰箱,汽车空调
R22:qv
大,家用空调器,商用冷藏、空调;
– 高温(低压)制冷剂
R11、R123:
qv
小,小型离心制冷机;
R114:军用、船用
2011-2-1223
8. CFCs8. CFCs和和HCFCsHCFCs工质替代工质替代
使用现有的制冷剂使用现有的制冷剂
– 以HCFCs替代CFCs:R22, R142b
– 以HFCs替代CFCs: R152a
– 其他种类工质
寻求新的制冷剂寻求新的制冷剂
– 用含HCFCs的非共沸混合工质替代CFCs
– 以HCFCs替代CFCs : R123, R124
– 以HFCs替代HCFCs和CFCs:R134a, R125, R143a ,
R32
2011-2-1224
9. CFCs9. CFCs和和HCFCsHCFCs工质替代工质替代
替代工作中存在的问题替代工作中存在的问题
– 热力性质差,COP下降
– 溶油问题
– 毒性问题
– 可燃性问题
– GWP高
R134aR134a::替代工质中应用最广泛,杜邦产品替代工质中应用最广泛,杜邦产品
– 腐蚀性,吸水性,聚集对人体有害
– GWP较大,《京都协议》要求禁用(需继续被替代)
2011-2-1225
((二二) ) 无机化合物无机化合物(R7(R7´´´´))
– 氨(R717):工业空调、大型机组采用
单位容积制冷能力大
压力适中,排气温度高
有毒, 易燃易爆
有臭,泄漏易发现
不溶油
价廉
– 水(R718):凝固点太高,工作压力偏低
– 空气(R729), 氧气(R731), 氢气(R702)
2011-2-1226
– CO2(R744):
自然工质,无毒、无臭、无污染、不爆、不燃、
无腐蚀
ODP=0,WGP=1
临界温度为31.1℃
,临界压力73.75bar ,主要
采用跨临界循环形式
具有优良的热物性质。如:
– CO2的容积制冷能力是氟利昂22的5倍
– 粘度较低,易形成湍流流动,有很好的传热性
能
– 制冷循环具有较低的压力比,绝热效率提高
应用:各种可能的制冷、空调和热泵系统
2011-2-1227
((三三) ) 混合溶液混合溶液
– 原理
调节沸点
– 共沸工质:混合后沸点高于和低于各组分沸点
– 非共沸工质:混合沸点在各组分之间
调节热力性能
– 高沸点组分中加入低沸点组分,qv
提高
– COP提高
2011-2-1228
共沸工质(R5´´
, Azeotropes)
– R500:R12/R152
– R502:R22/R115
– R507: R125/R134a (HFC)
非共沸工质(R4´´, Zeotropes)
– R407c:R32/R125/R134a (23/25/52)
– R403a:R290(丙烷)/R22/R218
近共沸工质(R4´´, Near zeotropic
mixture
refrigerant )
– R410a: R32/125(50/50)
2011-2-1229
非共沸混合溶液非共沸混合溶液
T
/
℃
10
饱和液线
p=常数
干饱和气线
ξ
A B
1
液相区
过热蒸气区
湿蒸气区
TA
TB
2
3"3'
ξ
3
ξ' ξ"
露点
泡点
温度滑移
(Temperature glide)
那么,近共
沸溶液的相
图有何特征
2011-2-1230
TB
T/
℃
10
饱和液线
p=常数
干饱和气线
ξ
A B
液相区
过热蒸气区
湿蒸气区
TA
Tmin
ξB
共沸点
T/
℃
10
饱和液线
p=常数
干饱和气线
ξ
A B
液相区
过热蒸气区
湿蒸气区
TA
Tmax
ξB
共沸点
TB
具有最低沸点 具有最高沸点
共沸混合溶液共沸混合溶液
2011-2-1231
((四四) ) 其它工质其它工质
– 其他烃类(乙烯R1150,丙烯,烷类)
易燃、易爆
临界温度低
凝固点低
溶油
– 有机化合物
R600a: 异丁烷,GWP=0,高度可燃,低毒,作
混合工质用,也可作单质工质
2011-2-1232
2011-2-1233
杜邦公司和霍尼韦尔公司联手开发出了新一代制冷剂
HFO-1234yf ,一种接近 HFC-134a 制冷剂的替代产品,
并且完全不需要更新现有的车载空调系统。
2011-2-1234
第二节第二节 载冷剂载冷剂(Coolant)(Coolant)
(一)载冷剂的种类(一)载冷剂的种类
– 水(0℃以上):一般空调工况
– 盐水(Brine,0℃以下):制冰、冰淇淋产业普
遍采用
氯化钠溶液
氯化钙溶液
– 乙二醇溶液(Glycol, 0℃以下):蓄冰工况
– 丙二醇溶液(0℃以下)
2011-2-1235
(二)载冷剂的应用举例(二)载冷剂的应用举例
– 乙二醇溶液用于蓄冰空调系统
ICEICE TanksTanksChillerChiller
AHUAHU
冷冻机直接供冷
蓄冰运行蓄冰运行
冰槽供冷
2011-2-1236
(三)载冷剂的特性(三)载冷剂的特性
– 盐水溶液:对金属有较强腐蚀性
氯化钠:可用于直接接触食品冷藏
– 醇类溶液:
乙二醇:有乙烯乙二醇和丙烯乙二醇之分
由于乙烯乙二醇的粘度大大低于丙烯乙二醇,故
载冷剂多采用乙烯乙二醇
乙烯乙二醇:不腐蚀(与空气接触有微腐蚀
性),微毒性,与锌接触生成絮状物
2011-2-1237
温度
/℃
浓度/%
3020100
-20
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
温度
/℃
浓度/%
3020100
-40
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
40
-20
-30
-50
温度
/℃
浓度/%
3020100
-20
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
温度
/℃
浓度/%
3020100
-20
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
温度
/℃
浓度/%
3020100
-20
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
温度
/℃
浓度/%
3020100
-40
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
40
-20
-30
-50
温度
/℃
浓度/%
3020100
-40
-10
0
溶液区
析冰线 析盐线
固态区 合晶点
40
-20
-30
-50
(四)载冷剂的热力特性(四)载冷剂的热力特性
冰-盐水区
固态区
盐-盐水区
盐水溶液区
NaCl水溶液 CaCl2
水溶液
2011-2-1238
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
浓度(%)
凝
固
温
度
(
℃
)
乙烯乙二醇水溶液的凝固温度乙烯乙二醇水溶液的凝固温度
2011-2-1239
((五五) ) 载冷剂的选择原则载冷剂的选择原则
– 比热尽量大:节省水泵能耗
– 凝固温度低于蒸发温度6~8℃,沸点高
– 浓度低于合晶点浓度
– 导热系数大:节省热交换面积
– 比重小、粘度小:减少泵能耗
– 腐蚀性小:否则需要缓蚀剂或抗腐蚀部件
– 无毒,化学稳定性好
– 价廉
第二章 制冷剂与载冷剂
本章需要解决的问题
幻灯片编号 3
第一节 制冷剂(Refrigerant)
幻灯片编号 5
制冷剂的饱和压力
幻灯片编号 7
幻灯片编号 8
幻灯片编号 9
毒性和可燃性分级
二、 制冷剂的种类与命名
(二) 制冷剂的命名
三、 制冷剂的基本热力特性
1.氟利昂的组成Æ卤族元素
2. 氟利昂破坏臭氧层的机理
CFC和HCFC对臭氧的破坏能力
3. ODP与GWP
3. ODP与GWP
4.关于蒙特利尔协议书
5.甲烷族氟利昂(Freon)
6.乙烷族氟利昂
7. 氟利昂的应用
8. CFCs和HCFCs工质替代
9. CFCs和HCFCs工质替代
幻灯片编号 25
幻灯片编号 26
幻灯片编号 27
幻灯片编号 28
幻灯片编号 29
幻灯片编号 30
幻灯片编号 31
幻灯片编号 32
幻灯片编号 33
第二节 载冷剂(Coolant)
幻灯片编号 35
幻灯片编号 36
幻灯片编号 37
幻灯片编号 38
幻灯片编号 39