制冷劑與載冷劑制冷劑的定義

制冷劑：是制冷機中的工作流體，它是制冷系統中為實現制冷循環的工作介質，也稱為制冷工質，或簡稱工質。一、制冷劑的作用

蒸氣制冷機中的制冷劑從低溫熱源中吸取熱量，在低溫下氣化，再在高溫下凝結，向高溫熱源排放熱量。因此，只有在工作溫度范圍內能夠氣化和凝結的物質才有可能作為制冷劑使用。乙醚1834年查爾斯·泰勒（CharlesTellier)二甲基乙醚

拉烏爾·皮克特（RaulPictel）SO2

1874年混合制冷劑二十世紀五六十年代

卡特·林德（CarlLinde)NH3

1870年

威德豪森（Windhausen）CO2

1866年

湯姆斯·米杰里（ThomasMidgley）鹵代烴1929-1930年

一、制冷劑的發展史

1974年美國加利福尼亞大學的羅蘭（SherwoodRowland）教授和他的博士后莫利納（MarioMolina）在“自然”雜志上發表文章，指出鹵代烴在紫外線作用下會釋放出氯離子，而氯離子會消耗地球周圍熱成層（Stratosphere，原名平流層）中的臭氧（Ozone,O3），而使過量的太陽紫外線照射到地面，給地球上的生物和人類帶來一系列的危害。為此，瑞典皇家科學院將1995年的諾貝爾化學獎授予這兩位和一名德國的化學家，以表彰他們在大氣化學特別是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出貢獻。制冷劑與載冷劑1.1制冷劑的種類(1)無機化合物(2)飽和烴的鹵化物(氟利昂)(3)碳氫化合物(烴類)(4)共沸制冷劑(5)非共沸制冷劑如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、異丁烷等如R502等如R407C等制冷劑與載冷劑按照制冷劑的標準蒸發溫度，將其分為三類高溫（低壓）制冷劑中溫（中壓）制冷劑低溫（高壓）制冷劑ts＞0℃Pc≤0.2～0.3MPa0℃＞ts＞-60℃,0.3MPa＜Pc＜2.0MPats≤-60℃制冷劑與載冷劑1.1.2制冷劑的編號表示方法鹵代烴R22分子式CmHnFxClyBrz

n+x+y+z

=2m+2編號同分異構體溴分子數，為0，B可省略R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz舉例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R12制冷劑與載冷劑碳氫化合物(烴類)不飽和碳氫化合物和鹵代烯

R50R170R1150R1270編號與氟利昂編號方法相同舉例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂編號方法編號舉例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烴類烯烴類二、鹵代烴制冷劑的命名《蒙特利爾議定書》

1．對CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5等氯氟烴物質：（1）對發達國家，規定從1996年1月1日起完全停止生產與消費；（2）對發展中國家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。2．對HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等：（1）對發達國家，從1996年起凍結生產量，2004年開始削減，至2020年完全停用；（2）對發展中國家，從2016年開始凍結生產量，2040年完全停用。制冷劑與載冷劑共沸(液體)制冷劑=R152a/R12(26.2/73.8)=R22/R115(48.8/51.2)質量百分比組成由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成，在氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分始終保持相同；在既定壓力下，發生相變時對應的溫度保持不變。編號R5XX舉例R500R502已經商品化的共沸混合物，依應用先后在500序號中順次地規定其識別編號。制冷劑與載冷劑非共沸(液體)制冷劑組成由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例混合而成。在定壓下氣化或液化過程中，蒸氣成分與溶液成分不斷變化，對應的溫度也不斷變化。編號R4XX舉例R407cR404a

已經商品化的非共沸混合物，依應用先后在400序號中順次地規定其識別編號。R32/R125/R134a(23:25:52(%))R125/R143a/R134a(44:52:4(%))制冷劑與載冷劑無機化合物R717R744R718R7XX無機化合物的分子量編號氨二氧化碳水舉例

1.2對制冷劑的要求作為制冷劑應該符合如下要求：1.熱力學方面的要求：沸點要求低臨界溫度要高、凝固溫度要低對于大型制冷系統，單位容積制冷量盡可能地大對于離心式制冷壓縮機應采用分子量大的制冷劑熱力學方面的要求：

在工作溫度范圍內有合適的壓力和壓力比。(Pk/Po)小通常要求單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。單位質量所消耗的功w和單位容積壓縮功wv要小，循環效率高，經濟性好。等熵壓縮的終了溫度不要太高。絕熱壓縮指數要小。氣化潛熱要大。

制冷劑與載冷劑2.物理化學方面的要求：1）粘度盡可能小2）熱導率要求高3）純度高。4）熱化學穩定性好，5）良好的電絕緣性。6）溶解于油的不同性質表現出不同的特點。制冷劑在潤滑油中的溶解性可分為完全溶解、微溶解和完全不溶解。一般可認為R717、R13、R14等是不溶于油的制冷劑；R22、R114等是微溶于油的；R11、R12、R21、R113等是完全溶于油的。2．傳輸性質方面：粘度、密度盡量小。熱導率大。3．安全性質方面：物理化學性質方面。

①無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。

②化學穩定性和熱穩定性好。

③對大氣環境無破壞作用。對材料的作用——“鍍銅”現象。與潤滑油的關系。對水的溶解性。

泄漏性。抗電性。

安全性。來源充足，制造工藝簡單，價格便宜。

制冷劑與載冷劑1.3常用制冷劑的性質1.水的特性（R718）屬于無機物類制冷劑，來源最廣，最為安全而便宜的工質。水不宜在壓縮式制冷機中使用，適合在空調用的吸收式和蒸汽噴射式制冷機中2.氨的特性（R717）氨的壓力適中，單位容積制冷量大，流動阻力小，熱導率大，價格低廉，對大氣臭氧層無破壞作用。氨的主要缺點是毒性較大、可燃、可爆、有強烈的刺激性臭味、等熵指數較大，若系統中含有較多空氣時，遇火會引起爆炸。氨制冷系統中應設有空氣分離器，及時排除系統內的空氣及其它不凝性氣體。氨系統中不必設置干燥器，含水量仍限制在≤0.2％的范圍內。氨制冷系統中往往設有油分離器氨制冷系統中，不允許使用銅及其銅合金材料制冷劑與載冷劑3.氟利昂的特性1）R12對大氣臭氧層有嚴重破壞作用，并產生溫室效應，因此它已受到限用與禁用。但它目前仍是國內應用較廣的中溫制冷劑之一，2010年1月1日起在我國完全停止生產和消費。南極臭氧空洞的變化制冷劑與載冷劑3.氟利昂的特性R12無色、氣味很弱、毒性小、不燃燒、不爆炸，R12等熵指數小，壓縮機的排氣溫度較低。單位容積制冷量小、相對分子質量大、流動阻力大、熱導率較小。水在R12中的溶解度很小，低溫狀態下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必須經過干燥處理R12能與礦物性潤滑油無限溶解，在蒸發器中，隨R12的不斷蒸發，潤滑油在其中逐漸積存，使蒸發溫度升高，傳熱系數下降。R12對一般金屬沒有腐蝕作用，但能腐蝕鎂及含鎂量超過2％的鋁鎂合金。含水后會產生鍍銅現象。R12對天然橡膠及塑料等有機物有膨潤作用，R12極易滲透。R12由于壓力適中、壓縮終溫低、熱力性能優良、化學性能穩定、無毒、不燃、不爆等優點，它廣泛用于冷藏、空調和低溫設備，從家用冰箱到大型離心式制冷機中都有采用。制冷劑與載冷劑2）R22對大氣臭氧層有輕微破壞作用，并產生溫室效應。它是第二批被列入限用與禁用的制冷劑之一。我國將在2040年1月1日起禁止生產和使用。R22是最為廣泛使用的中溫制冷劑R22屬安全性制冷劑。R22化學性質不如R12穩定。R22能部分地與潤滑油互溶，R22對金屬的作用、泄漏性與R12相同——鎂、鎂鋁合金。R22廣泛用于冷藏、空調、低溫設備中。在活塞式、離心式、壓縮機系統中均有采用。由于它對大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，故可作為R12的近期、過渡性替代制冷劑。制冷劑與載冷劑3）R13屬低溫制冷劑，毒性比R12更小，不燃燒、不爆炸。只應用于復疊式制冷系統的低溫級。R13微溶于水，系統中也應設干燥器。它不溶于油，對金屬和有機物的作用、泄漏性與R12相同，可用來制取-70～-100℃的低溫。R13對大氣臭氧層也有破壞作用，但因其用量很少，直到1990年倫敦會議上才被列入增加的受控物質，要求發展中國家在2010年1月1日起停止生產和消費。4）Rll屬高溫制冷劑，適用于離心式壓縮機制冷系統。Rll毒性比R12大，與明火接觸時更易分解出劇毒光氣。Rll的溶水性、溶油性、對金屬及有機物的作用均與R12相似。Rll由于標準蒸發溫度較高，故廣泛用于空調系統或熱泵裝置中，制取10～-5℃的低溫。它對大氣臭氧層有嚴重破壞作用，屬限用與禁用之列。5）R142b屬標準蒸發溫度較高（-9.25℃）的中溫制冷劑，適合于在熱泵裝置和高環境溫度下的空調裝置中使用。R142b的毒性與R22差不多。當它與空氣混合的體積分數在10.6％～15.1％范圍內，會發生爆炸。它對大氣臭氧層僅有微弱的破壞作用，也將在2040年被禁用。制冷劑與載冷劑6）R134a屬中溫制冷劑。它的特性與R12相近，目前是R12的替代工質之一。7）R600a屬中溫制冷劑。它對大氣臭氧層無破壞作用，無溫室效應。可燃、可爆，不允許采用氣焊或電焊。價格便宜。由于具有極好的環境特性，目前廣泛被采用，作為R12的替代工質之一。8）R123屬高溫制冷劑。適用于離心式制冷壓縮機。具有一定毒性。具有優良的大氣環境特性（ODP=0.02，GWP=0.02)，是目前替代R11的理想制冷劑之一。9）R152a屬中溫制冷劑。中等程度的可燃性，它具有優良的大氣環境特性，也被用來作為R12的替代工質。制冷劑與載冷劑4.碳氫化合物的特性丙烷（R290）是較多采用的碳氫化合物。屬中溫制冷劑。難溶于水。大氣環境特性優良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工質之一。除丙烷外，通常用作制冷劑的碳氫化合物還有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯(R1150)。制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了制冷劑與載冷劑1.4CFCS、HCFCS的限制與替代1.4.1問題的提出CFC又稱氯氟烴，是氟利昂制冷劑家族中的一員研究表明，當CFCs受強烈紫外線照射后，將產生下列反應（以CFC12為例）:CF2Cl2------CF2Cl＋Cl；Cl＋O3----ClO＋O2；ClO＋O-----Cl＋O2循環反應產生的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個氯氟烴分子，可以破壞成千上萬個臭氧分子，使臭氧層出現“空洞”，這一現象已被英國南極考察隊和衛星觀測所證實。據UNEP（聯合國環境規劃署）提供的資料，臭氧每減少1％,紫外線輻射量約增加2％。臭氧層的破壞將導致：①危及人類健康，可使皮膚癌、白內障的發病率增加，破壞人體免疫系統；②危及植物及海洋生物，使農作物減產，不利于海洋生物的生長與繁殖；③產生附加溫室效應，從而加劇全球氣候轉暖過程；④加速聚合物（如塑料等）的老化。因此保護臭氧層已成為當前一項全球性的緊迫任務。常用制冷劑及其性質CCl4(R10)CH4(R50)CF4(R14)穩定性增大可燃性增大可燃性增大毒性中間大氯氟烴CFC氫氟烴HFC含氫氯氟烴HCFCChlorine:氯Fluorine:氟Carbon:碳Hydrogen:氫制冷劑與載冷劑1.4.2CFCS、HCFCS的限用與禁用表2-2受控制的消耗臭氧層物質表2-3HCFC禁用時間表（發達國家）制冷劑與載冷劑表2-4中國制冷空調和化工行業最終淘汰消耗臭氧層物質時間表注：＊允許維修使用到2010年。制冷劑與載冷劑1.4.3替代制冷劑的研究動向表2-6R12、R134a、R600a主要物性及性能對比要求(1)比熱大(2)導熱系數大(3)粘度低(4)凝固點與使用溫度范圍相適應(5)腐蝕性小(6)無毒、不燃、不爆(7)化學穩定性好(8)價格低廉2.2載冷劑的選擇要求和選擇方法2.1載冷劑與載冷劑循環特點

載冷劑：在間接制冷系統中用以傳遞冷量的中間介質在蒸發器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設備中吸收被冷卻系統的熱量，然后返回蒸發器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環不止，以達到連續制冷的目的。制冷劑與載冷劑選擇方法使用目的溫度范圍蒸發溫度在5℃以上的載冷劑系統，一般都采用水作載冷劑蒸發溫度在5～-50℃的范圍內，一般可采用氯化鈉或氯化鈣鹽水溶液蒸發溫度低于-50℃時，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等2.2載冷劑的選擇要求和選擇方法制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑2.3常用載冷劑的特性常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機物等1．空氣在冷庫及空調中多有采用?？諝獗葻崛葺^小，所需傳熱面積較大2．水水作為載冷劑只適用于載冷溫度在O℃以上的場合，空調系統中多有采用制冷劑與載冷劑3鹽水溶液液體冰與液體鹽與液體固體析冰線析鹽線共晶濃度共晶點A-B-EG-EEAA’FGEC1BCC2DtEtCtB0x1x2m1m2t定期測定比重合理選擇濃度注意防腐蝕MgCl2水溶液NaCl水溶液CaCl2水溶液制冷劑與載冷