制冷原理及设备-制冷原理及设备-制冷原理及设备-第三章-制冷剂课件.ppt
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1、2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室1第三章第三章 制冷剂制冷剂2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室2压缩机(压缩机(Compressor)冷凝器(冷凝器(Condenser)节流元件(节流元件(Expansion/Throttle valve)蒸发器(蒸发器(Evaporator)低温、低压蒸气低温、低压蒸气高压、过热蒸气高压、过热蒸气高压、过热蒸气高压、过热蒸气高压液体高压液体高压液体高压液体低温、低压两相流体低温、低压两相流体低温、低压两相流体低温、低压两相流体低温、低压蒸气低温、低压蒸气2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室33
2、.1 3.1 概述概述3.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质3.3 3.3 混合制冷剂混合制冷剂3.4 3.4 实用制冷剂实用制冷剂3.5 3.5 第二制冷剂第二制冷剂主要内容主要内容2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室43.1 3.1 概述概述 制冷剂制冷剂 在制冷装置循环流动,通过在制冷装置循环流动,通过自身热力状态的变化自身热力状态的变化不断不断与外界发生能量交换,与外界发生能量交换,实现制冷。实现制冷。制冷剂发展历史制冷剂发展历史18341834年年 乙醚乙醚(蒸发压力低于大气压,空气渗入,引起爆炸)蒸发压力低于大气压,空气渗入,引起爆炸)18661866年年 C
3、O2CO218701870年年 NH3NH318741874年年 SO2SO2(使用达(使用达6060年之久,毒性大,被淘汰)年之久,毒性大,被淘汰)19551955年年 氟里昂(氟里昂(CmHnFxClyBrzCmHnFxClyBrz )目前目前 替代工质的发展替代工质的发展 (以(以HFCHFC类物质取代类物质取代CFCs,R123,R134a,R152a,R14CFCs,R123,R134a,R152a,R14)2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室53.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示一、一、制冷剂的分类制冷剂的分类按组分分类:按组分分
4、类:单一制冷剂、混合物制冷剂单一制冷剂、混合物制冷剂按化学成分分类:按化学成分分类:无机化合物类、氟里昂类、碳氢化合物类无机化合物类、氟里昂类、碳氢化合物类按标准蒸发温度分类:按标准蒸发温度分类:高温低压制冷剂(沸点高温低压制冷剂(沸点0 0)中温中压制冷剂(中温中压制冷剂(0 0 沸点沸点6060)低温高压制冷剂(沸点低温高压制冷剂(沸点-60-60)2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室6二、二、制冷剂的命名制冷剂的命名R R数字或字母数字或字母3.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示1.无机化合物R7R71717R7R74444R7R7181
5、8R7R7XXXX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室72.2.氟利昂氟利昂(卤代烃)卤代烃)R R2222分子式分子式C Cm mH Hn nF Fx xClCly yBrBrz z n n+x x+y y+z z=2 2m m+2+2编号编号同分异构体同分异构体溴分子数,为溴分子数,为0 0,B B可省略可省略R R(m(m1)(n+1)x(a,b1)(n+1)x(a,b)B Bz z举例举例二氟一氯甲烷二氟一氯甲烷(CHClF(CHClF2 2)二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷(CCl(CCl2 2F F2 2)R R12123.1.1
6、3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示乙烷系的同分异构体都具有相同的编号,但最对称的一种用编号后面不带任何字母乙烷系的同分异构体都具有相同的编号,但最对称的一种用编号后面不带任何字母来表示;随着同分异构体变得愈来愈不对称,则附加来表示;随着同分异构体变得愈来愈不对称,则附加a a、b b、c c等字母。例如等字母。例如CHF2-CHF2-CHF2CHF2表示为表示为R134R134,CF3-CH2FCF3-CH2F表示为表示为R134aR134a。2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室8氟利昂类制冷剂另一种命名方法氟利昂类制冷剂另一种命名方法a a 卤代烃卤
7、代烃(CFCs)(CFCs)仅包含仅包含C C、F F、ClCl原子原子b b 氟烃类氟烃类(HCFCs)(HCFCs)包含包含H H、C C、F F、ClCl原子原子c c 氢氟烃类氢氟烃类(HFCs)(HFCs)包含包含H H、F F、C C原子原子 用元素符号(如用元素符号(如CHCCHC、HCFCHCFC、HFCHFC)代替)代替R R符号,符号,如如R12R12称为称为CFC12CFC12、R22R22称为称为HCFC22HCFC223.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室93.3.混合物混合物(1)
8、(1)共沸混合物共沸混合物 定义定义:共沸混合制冷剂与纯质制冷剂一样,在一定的压力共沸混合制冷剂与纯质制冷剂一样,在一定的压力下,具有几乎不变的饱和蒸发温度和相同的气、液相成下,具有几乎不变的饱和蒸发温度和相同的气、液相成分,即相变时有一个固定的沸点。分,即相变时有一个固定的沸点。命名命名:R5XXR5XX,XXXX按命名先后,从按命名先后,从0000开始开始 3.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室10 共沸共沸(液体液体)制冷剂制冷剂=R152a/R12=R152a/R12(26.2/73.8)(26.2/
9、73.8)=R22/R115 =R22/R115 (48.8/51.2)(48.8/51.2)质量百分比质量百分比组成组成由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成,在气化由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成,在气化或液化过程中,蒸气成分与溶液或液化过程中,蒸气成分与溶液成分始终保持相同成分始终保持相同;在既定;在既定压力下,发生相变时对应的压力下,发生相变时对应的温度保持不变温度保持不变。编号编号R5R5XXXX举例举例R5R50000R5R50202已经商品化的共沸混合物,依应用先后在已经商品化的共沸混合物,依应用先后在500500序号中顺次地规定其识序号中顺次地规定其识别编号。
10、别编号。2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室11(2)(2)非共沸混合物非共沸混合物定义:定义:非共沸混合制冷剂没有共沸点。即在定压下相变非共沸混合制冷剂没有共沸点。即在定压下相变时,气相和液相的成分不同,相变温度也在不断变化。时,气相和液相的成分不同,相变温度也在不断变化。命名:命名:R4XXR4XX,XXXX按命名先后,从按命名先后,从0000开始开始 3.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室12 非共沸非共沸(液体液体)制冷剂制冷剂组成组成由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。
11、在定压由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。在定压下气化或液化过程中,下气化或液化过程中,蒸气成分与溶液蒸气成分与溶液成分不断变化成分不断变化,对应,对应的的温度也不断变化温度也不断变化。编号编号R4R4XXXX举例举例R4R407c07cR4R404a04a 已经商品化的非共沸混合物,依应用先后在已经商品化的非共沸混合物,依应用先后在400400序号中顺次地规定其识别序号中顺次地规定其识别编号。编号。R32/R125/R134a(23:25:52(%)R32/R125/R134a(23:25:52(%)R125/R143a/R134a(44:52:4(%)R125/R143a/R13
12、4a(44:52:4(%)2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室134.4.其它(环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物)其它(环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物)编写方法规定:环烷烃及其卤代物用编写方法规定:环烷烃及其卤代物用RCRC开头,链烯烃及开头,链烯烃及其卤代物用其卤代物用RlRl开头,其后的数字排写规则与氟利昂及烷开头,其后的数字排写规则与氟利昂及烷烃类符号表示中数字排写规则相同。烃类符号表示中数字排写规则相同。3.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室14 碳氢化合物碳氢化合物(烃类烃类)不饱
13、和碳氢化合物和卤代烯不饱和碳氢化合物和卤代烯 R R290290R R170170R1R1150150R1R1270270编号编号与氟利昂编号方法相同与氟利昂编号方法相同举例举例丙烷丙烷(CH(CH4 4)乙烷乙烷 (C(C2 2H H6 6)R1R1+氟利昂编号方法氟利昂编号方法编号编号举例举例乙烯乙烯 (C(C2 2H H4 4)丙烯丙烯 (C(C3 3H H6 6)烷烃类烷烃类烯烃类烯烃类3.1.1 3.1.1 制冷剂的种类和符号表示制冷剂的种类和符号表示2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室15制冷剂的选用原则制冷剂的选用原则:1.1.具有环境可接受性具有环境可接受性
14、制冷剂的制冷剂的ODPODP和和GWPGWP应尽可能的小应尽可能的小;2.2.热力学性质方面热力学性质方面在工作温度范围内有在工作温度范围内有合适的压力和压力比合适的压力和压力比。即希望蒸。即希望蒸发压力不低于大气压力,避免制冷系统的低压部分出现负发压力不低于大气压力,避免制冷系统的低压部分出现负压;冷凝压力不要过高,以免设备过分笨重;冷凝压力与压;冷凝压力不要过高,以免设备过分笨重;冷凝压力与蒸发压力之比也不宜过大,以免压缩终了的温度过高或使蒸发压力之比也不宜过大,以免压缩终了的温度过高或使活塞式压缩机的输气系数过低。活塞式压缩机的输气系数过低。3.1.2 3.1.2 选择制冷剂的考虑选择制
15、冷剂的考虑2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室16l单位制冷量单位制冷量qo和单位容积制冷量和单位容积制冷量qv比较大比较大:因为对于总制冷量一因为对于总制冷量一定的装置,定的装置,q0大可减少制冷剂的循环量;大可减少制冷剂的循环量;qv大可减少压缩机的输气大可减少压缩机的输气量,故可缩小压缩机的尺寸;但对于离心式压缩机,尺寸过小会量,故可缩小压缩机的尺寸;但对于离心式压缩机,尺寸过小会带来制造上的困难,因此应当采用带来制造上的困难,因此应当采用q0和和qv稍小的制冷剂。稍小的制冷剂。l比功比功w和单位容积压缩功和单位容积压缩功wv小,循环效率高。小,循环效率高。l等熵压缩
16、的终了温度不能太高等熵压缩的终了温度不能太高,以免润滑条作恶化,以免润滑条作恶化(润滑油黏性润滑油黏性下降、结焦下降、结焦)或制冷剂自身在高温下分解。或制冷剂自身在高温下分解。3.1.2 选择制冷剂的考虑选择制冷剂的考虑2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室173.3.迁移性质迁移性质 粘度、密度尽量小,这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力及制冷粘度、密度尽量小,这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力及制冷剂的充注量;导热系数大,这样可以提高热交换设备剂的充注量;导热系数大,这样可以提高热交换设备(如蒸发器、冷凝如蒸发器、冷凝器、回热器器、回热器)的传热系数,减少传热面积,使系统结
17、构紧凑。的传热系数,减少传热面积,使系统结构紧凑。4.4.物理化学性质方面物理化学性质方面 要求无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全;化学稳定性和热稳定性好,要求无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全;化学稳定性和热稳定性好,制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化,使用中不变质,不与润滑油制冷剂要经得起蒸发和冷凝的循环变化,使用中不变质,不与润滑油反应,不腐蚀制冷机构件,在压缩终了的高温下不分解。反应,不腐蚀制冷机构件,在压缩终了的高温下不分解。5.5.其他其他 原料来源充足,制造工艺简单,价格便宜。原料来源充足,制造工艺简单,价格便宜。3.1.2 3.1.2 选择制冷剂的考虑选择制冷剂的考虑2023年2月22
18、日机械学院能动教研室机械学院能动教研室18一、制冷剂的主要性质一、制冷剂的主要性质1)1)对环境的影响对环境的影响 臭氧衰减指数臭氧衰减指数ODPODP(Ozone Depletion PotentialOzone Depletion Potential)温室指数温室指数GWP(Global Warming Potential)GWP(Global Warming Potential)通常以通常以R11R11的的ODPODP为基准,为基准,CO2CO2的的GWPGWP值为基准,在此基准下值为基准,在此基准下 目前通常认为目前通常认为ODP0.05ODP0.05,GWP750GWP750的制冷剂
19、是可以接受的的制冷剂是可以接受的3.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室19 2)2)热力性质热力性质 制冷剂的热力性质是指其热力学状态参数之间的相互关系,即制冷剂的热力性质是指其热力学状态参数之间的相互关系,即制冷剂在各种状态下其压力制冷剂在各种状态下其压力(p)(p)、温度、温度(T)(T)、比体积、比体积(v)(v)、比焓、比焓(h)(h)、比熵比熵(s)(s)等参数之间的关系。等参数之间的关系。其热力学状态参数可由实验和热力学微分方程式确定。在工其热力学状态参数可由实验和热力学微分方程式确定。在工程上,这种热力学状态参数通常由热力
20、性质图表查得,也可以根程上,这种热力学状态参数通常由热力性质图表查得,也可以根据制冷剂的热力性质数学模型由计算机求得。据制冷剂的热力性质数学模型由计算机求得。3.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室20 3 3)粘性和导热性)粘性和导热性 制冷剂的迁移性质主要是指制冷剂的制冷剂的迁移性质主要是指制冷剂的粘性、导热性和比热容粘性、导热性和比热容,制冷剂,制冷剂的这些性质对制冷系统辅助设备的设计有重要的影响。的这些性质对制冷系统辅助设备的设计有重要的影响。粘性反映的是流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的粘性反映的是流体内部分子之间
21、发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的大小与流体种类、温度和压力有关。过冷液体的动力粘性系数可以近似大小与流体种类、温度和压力有关。过冷液体的动力粘性系数可以近似取相同温度下饱和液体的动力粘性系数。取相同温度下饱和液体的动力粘性系数。气态制冷剂其导热系数一般很小,并随温度的升高而增大,在制冷技气态制冷剂其导热系数一般很小,并随温度的升高而增大,在制冷技术常用的压力范围内,气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体的术常用的压力范围内,气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响,受压力影响很小。过冷液体的导热系数近似导热系数主要受温度影响,受压力影响很小。过冷液体的导热系数近似取同
22、温度下饱和液体的导热系数。取同温度下饱和液体的导热系数。3.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室214 4)物理化学性质)物理化学性质 3.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室22(1 1)安全性)安全性(中华人民共和国国家标准(中华人民共和国国家标准.制冷剂编号方法和安全性分类制冷剂编号方法和安全性分类.GB/T.GB/T 7778-20017778-2001)A A:表示制冷剂体积浓度大于等于:表示制冷剂体积浓度大于等于0.040.04时没有毒性危害,即低毒性;时没有毒性危害,即
23、低毒性;B B:表示制冷剂体积浓度小于:表示制冷剂体积浓度小于0.040.04时有毒性反应,即高毒性。时有毒性反应,即高毒性。1 1:表示不可燃,即在:表示不可燃,即在1818和和101kPa101kPa空气环境中无燃烧现象空气环境中无燃烧现象 2 2:表示中等可燃,即在:表示中等可燃,即在2121、101 kPa101 kPa和相对湿度为和相对湿度为5050的空气环境中燃的空气环境中燃烧下极限大于烧下极限大于0.1kg0.1kgm3m3,并且其燃烧热不大于,并且其燃烧热不大于19000kJ/kg19000kJ/kg;3 3:表示强烈可燃,即在:表示强烈可燃,即在2121、10lkPa10lk
24、Pa和相对湿度为和相对湿度为5050的空气环境中燃的空气环境中燃烧下极限不大于烧下极限不大于0.1kg/m30.1kg/m3,或者其燃烧热大于,或者其燃烧热大于19000kJ/kg19000kJ/kg。燃烧性毒性低毒性高毒性不可燃A1B1燃烧性A2B2爆炸性A3B33.2 3.2 制冷剂的性质制冷剂的性质2023年2月22日机械学院能动教研室机械学院能动教研室23 (2 2)热稳定性)热稳定性 在温度较高又有油、钢铁及铜等存在时,制冷剂长时间使用会在温度较高又有油、钢铁及铜等存在时,制冷剂长时间使用会发生变质甚至热解。发生变质甚至热解。例如,当温度超过例如,当温度超过250250时氨会分解成氮
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