第三章制冷劑、載冷劑與冷凍機油12§3—1制冷劑§3—2載冷劑§3—3冷凍機油3一、制冷劑的概念二、對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變?yōu)檎魵?，在冷凝器里放熱后再由蒸氣轉變?yōu)橐后w的流體物質叫作制冷劑?！?—1制冷劑蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑5二、對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高溫高壓下的制冷劑蒸氣進行冷凝，而且在遠離臨界狀態(tài)下物質的汽化潛熱較大、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性質。沸點要低，可實現低溫制冷。§3—1制冷劑1、臨界溫度要高，凝固溫度要低，沸點要低6（1）要求蒸發(fā)壓力（p0）略高于大氣壓制冷技術中習慣將制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化稱為“蒸發(fā)”，其實這個過程主要是沸騰汽化。蒸發(fā)壓力高于大氣壓，可以避免在低壓部分出現負壓，否則,在密封不良的情況下外界空氣就有機會滲入制冷系統(tǒng)，如圖所示?！?—1制冷劑2、工作壓力要適當蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)出現負壓后空氣會滲入7（2）冷凝壓力（pk）不要過高如圖所示為蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的高壓部分，如果冷凝壓力過高，不但工作時處于高壓下的制冷壓縮機、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)壓力之比要小實踐表明，壓力比大會提高制冷壓縮機的排氣溫度和壓縮功耗，同時使壓縮機的輸氣系數下降?！?—1制冷劑2、工作壓力要適當9單位質量制冷量（Q0）大，可以在保證制冷能力的前提下，減少系統(tǒng)內制冷劑的循環(huán)量，從而減小設備的尺寸，降低壓縮機對制冷劑的循環(huán)功率和減少對制冷設備的投資?！?—1制冷劑3、單位質量制冷量（Q0）要大，單位容積制冷量（Qv）要適當10絕熱指數小可減少制冷壓縮機的功耗，降低排氣溫度，從而改善運行性能，簡化壓縮機的設計。導熱系數高可以提高換熱器（主要指冷凝器和蒸發(fā)器）的換熱效率，減少換熱面積，使制冷設備的結構更加緊湊，材料更加節(jié)約。黏度和密度較小的制冷劑在系統(tǒng)內流動時受到的阻力較小，從而降低了壓縮機所需要提供的循環(huán)功率，提高能效比?！?—1制冷劑4、絕熱指數要小，導熱系數要高，黏度和密度要小11無毒，包括不污染食品、不對人體生理產生不良影響和不給大氣環(huán)境帶來破壞。采用無燃燒、無爆炸危險的制冷劑，可以保證工作人員、制冷設備以及場地的安全，并提高設備運行的可靠性?！?—1制冷劑5、無毒、不燃燒、不爆炸，化學穩(wěn)定性好12就小型制冷設備而言，所用制冷劑的量并不多，制冷劑的成本并不顯眼。但對于大中型制冷設備來說，無論是首次投入，還是日后檢修時的補充，所用制冷劑的量十分可觀。所以，制冷劑的價格也是要考慮的問題?！?—1制冷劑6、價格便宜，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，是飽和碳氫化合物的鹵素（一般指氟、氯、溴）衍生物的總稱。最初，美國某公司以“Freon（氟利昂）”作為鹵化碳類物質的商業(yè)名稱，其后被公認為這類制冷劑的正式名稱?！?—1制冷劑1、按化學組成分類14如圖所示，兩種四氟乙烷的同分異構體CHF2CHF2和CH2FCF3制冷劑代號分別是R134和R134a?！?—1制冷劑1、按化學組成分類兩種四氟乙烷同分異構體的結構示意圖15常見氟利昂類制冷劑的化學名稱、化學分子式及制冷劑代號，見表。§3—1制冷劑1、按化學組成分類兩種四氟乙烷同分異構體的結構示意圖16常用的環(huán)狀化合物類制冷劑的化學名稱、化學分子式及制冷劑代號，見表，其制冷劑代號的編寫規(guī)則與氟利昂類制冷劑的編號規(guī)則相似，只是要在字母R后面加一個字母C?！?—1制冷劑1、按化學組成分類常用的環(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的制冷劑。共沸類混合制冷劑的組分、混合質量分數及制冷劑代號見表，其命名方法是在字母R后面加數字5，其后再按啟用時間的先后順序編號?！?—1制冷劑1、按化學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后面加數字4，其后也按啟用時間的先后順序編號。常見的非共沸類混合制冷劑見表?！?—1制冷劑1、按化學組成分類非共沸類混合制冷劑19（5）飽和碳氫化合物類常見的飽和碳氫化合物類制冷劑的化學名稱、化學分子式及制冷劑代號，見表。這類制冷劑的命名方法是除丁烷寫成R600外，其余的與氟利昂類制冷劑一樣?！?—1制冷劑1、按化學組成分類常見的飽和碳氫化合物類制冷劑20（6）不飽和碳氫化合物及其鹵元素衍生物類制冷劑常見的不飽和碳氫化合物及其鹵元素衍生物類制冷劑的化學名稱、化學分子式及制冷劑代號，見表?！?—1制冷劑1、按化學組成分類常見的不飽和碳氫化合物及其鹵元素衍生物類制冷劑21（7）有機化合物類制冷劑有機化合物主要是指有機氧化物、有機硫化物和有機氮化物，其命名方法是字母R后先加數字6，然后再加編號，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，有機化合物類制冷劑見表?！?—1制冷劑1、按化學組成分類有機化合物類制冷劑22（8）無機化合物類制冷劑常用的無機化合物類制冷劑有氨（NH3）、水（H2O）和二氧化碳（CO2）。見表?！?—1制冷劑1、按化學組成分類無機化合物類制冷劑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、按標準沸點（1標準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、化學穩(wěn)定性好、不燃燒。目前在我國，R134a是R12最常用的替代品。主要參數和特性如下：(1)凝固點-101.℃，標準沸點-26.5℃，臨界溫度101.1℃。(2)汽化潛熱219.8kJ/kg，較R12大。絕熱指數1.11，略小于R12。(3)無色、略有芳香味，對人體生理危害很小。§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（ODP）為0。全球溫室潛在效應（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,用于空調時不是很突出，用于低溫裝置時十分明顯，制冷機能耗增多，制冷系數下降。(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，R134a制冷系統(tǒng)宜使液體過冷。(7)與礦物油相溶性差，而與聚酯類油相溶，故R134a系統(tǒng)采用聚酯冷凍機油?！?—1制冷劑1、R134a（1,1,1,2—四氟乙烷，CH2FCF3）26(8)對有機材料的溶脹性更強，普通耐氟橡膠材料部件已不再適用，應將其更換為聚丁腈、氯丁橡膠等材料部件。R134a系統(tǒng)使用的封閉式制冷壓縮機中的電動機繞組的絕緣等級也應進一步提高。(9)滲透性較R22更強，且無法用鹵素檢漏儀檢漏。(10)合成工藝復雜，生產成本高于R12?！?—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的主要參數和特性如下：(1)組分為48.8%R22，51.2%R115。（2）標準沸點為-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，化學性質較R22更穩(wěn)定，對有機材料的作用比R22更弱。（5）對全球環(huán)境影響比R22大。（6）售價高?！?—1制冷劑2、R50228異丁烷又名2—甲基丙烷，屬碳氫化合物，在電冰箱制冷劑中，異丁烷是國際公認的R12替代品之一，它對臭氧層無破壞作用，溫室效應為零，熱力學性能也比較好。R600a的主要參數和特性如下：(1)標準沸點為-11.80℃，凝固點為-159.6℃，相對分子質量為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。§3—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)無色，微溶于水，性能穩(wěn)定，其臭氧消耗潛力和溫室效應潛力都為零。(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％（體積分數）?！?—1制冷劑3、R600a［異丁烷，CH（CH3）3，中溫中壓制冷劑］30R400A的主要參數和特性如下：(1)相對分子質量為72.58，標準沸點為-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的主要參數和特性如下：(1)凝固點為-77.7℃，標準沸點為-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從氨液中析出而凍結，故系統(tǒng)內不會發(fā)生“冰堵”現象，無須使用干燥器。(4)密度小，黏度小，放熱系數高。(5)價格便宜，易于獲得?！?—1制冷劑5、R717（氨，NH3）32(6)難溶解于油，為保證制冷壓縮機的正常運轉，氨制冷機需要設置油泵。(7)對鋼鐵無腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用。(8)有較強的毒性和可燃性，當空氣中氨的含量達到0.5％～0.6％（體積分數）時，人在其中停留半小時即可中毒，達到11％～13％時即可點燃，達到16％時遇明火就會爆炸?！?—1制冷劑5、R717（氨，NH3）33R13的主要參數和特性如下：(1)凝固點為-181.℃，標準沸點為-81.4℃，臨界溫度為28.8℃。(2)毒性較R12小，對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)中應設干燥器。(5)不溶于潤滑油。(6)蒸氣比容小，單位容積制冷量大。(7)對金屬和有機物的作用、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、熱泵空調、家用空調和其他小型制冷設備。高純級R290可用作感溫工質，優(yōu)級和一級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)點三、對載冷劑的要求§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?！?—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，制冷設備先冷卻某種液態(tài)物質，再利用降溫后的該液態(tài)物質吸收要降溫區(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，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，以達到連續(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、對載冷劑的要求1、無毒，對人體無害，不污染食品，不影響環(huán)境。2、化學穩(wěn)定性要好。3、沸點要高，凝固點要低。4、比熱容要大。5、黏度和密度要小。6、傳熱性要好。7、不腐蝕設備和管道。8、價格便宜，易于獲得?！?—2載冷劑41四、常用的載冷劑水是用于空氣調節(jié)間接制冷系統(tǒng)中最好的載冷劑，其相關參數和特性如下：(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，流動阻力小，有利于減小設備尺寸，降低投資。(3)無毒，對人體、食品和環(huán)境都無危害。§3—2載冷劑1、水42(4)不燃燒、不爆炸，純水對鐵等金屬設備和管道腐蝕性較小。(5)資源豐富，價格便宜。(6)常壓下的凝固點較高，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)，且凝固點與溶劑物質、溶液濃度有關。（2）比熱容大，載冷能力強。（3）無毒，不燃燒，不爆炸?！?—2載冷劑2、鹽水44（4）吸水性強，應定期測定鹽度，并及時補鹽。（5）NaCl和CaCl2混合使用易出現沉淀，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，易使金屬（特別是鐵）材料管道銹蝕。§3—2載冷劑2、鹽水45有機溶液的凝固點普遍比水和鹽水低，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