制冷剂、冷冻机油.ppt

1,第二节 制冷剂、冷冻机油,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,一、制冷剂Refrigerant的性质,二、冷冻机油Refrigeration Oil的性质,常用冷剂及其性质,对冷冻机油的要求,对冷剂的要求,2,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,一、制冷剂refrigerant,在制冷装置内通过完成热力循环，转移热量，实现制冷的工质。,对于蒸气压缩制冷，所使用的冷剂应能在常压下低温蒸发，而且常温下的冷凝压力不太高。,3,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,对制冷剂的一般要求,1、工作压力适当(要求温度下，蒸发压力大于1atm，以防空气漏入系统。常温冷凝压力不要过高）。2、临界温度Critical Temperature要高。3、冷剂的 气化潜热 和 qv 应大；但小型离心机Centrifugal Comp.小尺寸不易制造，气化潜热 和 qv 可小。4、压力比 和 w0 应小，循环效率高，大。5、压缩终了温度不能太高(润滑恶化、冷剂分解)。6、粘度和密度小(流阻小)。,4,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,7、放热系数大(减小换热器体积)。8、化学稳定性和热稳定性好。9、不易燃、爆，对人体、食品和环境无毒、无害。10、价格低廉，易于补给。,从实现制冷的角度看，可以用作制冷剂的物质有几百种 实际可用：只有几十种。只有几种可用于中温和高温蒸气压缩制冷。,11、ODP（臭氧消耗潜能）和 GWP（全球变暖潜 能）小。,5,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,1.制冷剂的种类和编号,用于蒸气压缩制冷的冷剂的种类：,(1)无机化合物(2)饱和烃的卤化物(氟利昂),(3)碳氢化合物(烃类),(4)混合冷剂：共沸制冷剂 非共沸制冷剂,6,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(1)无机化合物Inorganic Compound,R717,R744,R718,7,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(2)饱和烃的卤化物(卤化烃）-氟利昂Freon),R22,Halocarbon Refrigerants,CFCS-氯氟烃、HCFCS-氢氯氟烃、HFCS-氢氟烃,C2 H2 F4=？,8,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(3)碳氢化合物(烃类)Hydrocarbon,R50,R170,R1150,R1270,9,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(4)混合冷剂：共沸制冷剂：R5XX 非共沸制冷剂:R4XX,研制顺序,10,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,含氯、氟比例大的氟里昂(CFC、HCFC)在高空分离出Cl离子，会破坏臭氧层Ozone Layer，使臭氧层对太阳光紫外线的屏蔽作用减弱。对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值ODPOzone Depletion Potential表示。含氟高，稳定性高产生温室效应。影响大小用全球变暖潜能值GWPGlobal Warming Potential表示。,制冷剂对环境的影响,11,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,变暖影响总当量TEWITotal Equivalent Weight Impress：考虑制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自何处。,12,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(4)共沸(液体)制冷剂Azeotropic Mixture Refrigerant,已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。,13,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,(5)非共沸(液体)制冷剂Nonazeoropic Mixture Refrigerant,已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。,14,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,制冷的发展:经历了三个阶段,第一阶段：从1830年到1930年，主要采取SO2、NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，存在安全性问题。,15,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,制冷的发展经历了三个阶段：,第二阶段：从1930年到1990年，主要采用物理、化学性质和制冷效果更为优良的氯氟烃（CFCS和HCFCS）制冷剂。使用了60年后，发现这些制冷剂破坏臭氧层。出于环保的需要，不得不被迫实现第二次转轨,使用ODP（Ozone Depletian Potential 臭氧消耗潜能）低的冷剂。,16,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,制冷的发展经历了三个阶段：,第三阶段：从1990年至今，进入以不含氯且含氟少的HFCS制冷剂为主的时期。目前，国外有些专家担忧，会不会过了若干年后，又发现HFCS制冷有什么新的问题，特别是由于HFCS制冷剂本身的GWP大都在1000以上，又重蹈第二阶段经历了60年之后才发现释放了大量破坏臭氧层气体的错误。,17,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,常用制冷剂及其性质,CCl4(R10),CH4(R50),CF4(R14),18,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,CCl3 CCl3(R110),CH3 CH3(R170),CF3 CF3(R116),19,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,关于环保问题：,大气是地球上生命赖以生存的最重要的条件之一，它是由几层空气组成的，其作 用就好比是一张过滤器，除了能阻止太阳光的有害辐射外，还能防止地球表面温度向太空散 发，这种作用称为温室效应Greenhouse Effect，它是生命存在的必要条件。但是因为空气的污染，一方面使得大气密集在地球周围以至地表温度上升，导致了气候的变化；另一方 面污染又使得大气臭氧层产生空洞，造成地球直接暴露在太阳光的有害辐射之下。,20,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,含氯、氟比例大的氟里昂(CFC、HCFC)在高空分离出Cl离子，会破坏臭氧层Ozone Layer，使太阳光紫外线失去对臭氧层的屏蔽作用。对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值ODPOzone Depletion Potential表示。含氟高，稳定性高产生温室效应。影响大小用全球变暖潜能值GWPGlobal Warming Potential表示。,21,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,制冷空调行业界认为：应全面正确衡量制冷剂对全球气候变化的影响，除了制冷剂的GWP值外，空调制冷系统将会以另一种方式对全球变暖起作用，即由于这些系统均需依靠来自电力或化石燃料的消耗来维持运行，而煤、石油和天然气燃料生产电力时都产生CO2，因而也会对全球变暖起作用。因此，提出了变暖影响总当量TEWITotal Equivalent Weight Impress的指标，它考虑了这两种主要方式，也就是制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自何处。,22,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,国际上对各类制冷剂的使用规定,CFC：1996年禁用，发展中国家到2006年HCFC：2016年冻结在2015年的水平，工业化国家2020(其它国家2040)年禁用。,23,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,中国最终淘汰消耗臭氧层物质(ODS)时间表家电行业：1999年实现40%新生产冰箱、冷柜的替代；2003年完成70%新生产冰箱、冷柜的替代；汽车空调行业：自2001年12月31日起禁止所有新空调车中使用CFC-12，并逐步削减在用车的CFC消费量。2009年后只允许使用回收的CFC。工商制冷行业：透平式制冷机生产在2003年停止CFC-11/12的新灌装；2010年停止CFC-11/12维修补充的再灌装。泡沫行业：2005年前完成PSPE挤出泡沫和PU垂直/水平泡沫工艺中使用的ODS替代；2007年前完成PU板材、管材泡沫工艺中使用ODS替代；2010年前实现PU喷涂和箱式工艺中使用的ODS替代。,24,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,21世纪绿色环保制冷剂的展望,1.HFC类制冷剂的实用化适用于HFC制冷剂的POE（Polyol Esters 多烃基脂类）滑油，价格昂贵，润滑性较差，特别是吸水性和水解性强，凡POE油含水量大于5001 000ppm的，多半要失败。由于POE油是一种比制冷剂更好的溶剂，因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切屑油和清洗液等流体，否则由于与制冷剂/油的化学反应，会形成腊状物质，造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的POE油；PVE油由于有优良的润滑性和的水解性，也有待开发。改进设备设计，提高能效是必然趋势。通过能效的提高，可减轻或抵消由于HFC排放引起的温室效应。,25,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,21世纪绿色环保制冷剂的展望,2.天然制冷剂的推广与实用化 NH3是一种传统工质，其优点是ODP=0、GWP=0、价格廉、能效高、传热性能好、易检漏、含水量余地大、管径小，但其毒性需认真对待，今后必须找到更好的安全办法。但其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。NH3会有更大的空调市场份额。CO2优点也是ODP=0、GWP值为1。主要问题是其临界温度低(31)，因此能效低，而且它是一种高压制冷剂，系统的压力较现有的制冷剂高很多。CO2制冷剂可能应用的领域有以下三个方面。第一是CO2超临界循环的汽车空调。第二是CO2热泵热水加热器。第三是在复叠式制冷系统中，CO2用作低压级制冷剂，高压级用NH3或HFC-134a作制冷剂。,26,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,21世纪绿色环保制冷剂的展望,3.新一代替代工质的开发与实用化 从热力学角度说，新的高效、绿色环保制冷剂，必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容。,总之，为了适应环保的要求，21世纪制冷空调行业的发展方向是：绿色环保，高效节能，减少排放，加强回收，研究开发。,27,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,1、常用冷剂性质 表9-1,28,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,29,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,THR04(清华4号)用途:R502的替代物,30,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,常用制冷剂的主要性质,1）无色，无味，无毒，不燃，不爆，热及化学稳定性好。遇明火会分解出有毒的光气(COCl2)。,2）溶水性小。但强于R12，不易发生冰塞。气态溶水性小于液态。,4）能溶解天然橡胶，含水时腐蚀镁及镁合金。,（1）R22,3）条件性溶油。高温溶油性大于低温溶油性。,5）渗漏性强，对系统密封性要求高。,6）电绝缘性稍差，并能软化聚乙烯，要求丙烯氰树脂绝缘漆。,7）密度大于空气，漏出气体沉集与低处，会使人缺氧窒息。,31,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,（2）R12,2）溶水性小，低温时更小，极易发生冰塞。气态溶水性大于液态。,3）能与滑油互溶。,4）电绝缘性好。,1）与R22基本相同。此外，,32,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,（3）R134a,3）溶水性较大。,4）与常用冷冻机油不溶，需专用冷冻机油。POE（Polyol Esters 多烃基脂类）滑油，价格昂贵，润滑性较差，特别是吸水性和水解性强，刺激皮肤。,5）溶解性更强，密封材料与R12、R22 不同。,1)作为R12 的替代品。t0-7,qv大于R12，t0-7,qv小于R12。,2）压力比大于R12，但排气温度不高。,6）破坏常用干燥剂，需用合成泡沸石作干燥剂。,7）不含氯，不能用卤素检漏灯检漏。,33,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,（4）R717,3）与滑油微溶，进入系统的油难以返回。,4）腐蚀锌、铜及其合金（除磷青铜外）。,5）依据味道和用酚酞试纸检漏，无法用卤素灯检漏。,1）无色、透明、有刺激性气味，易燃、易爆、有毒。,2）和水互溶，不产生冰塞。,6）压缩终了温度高，压缩机常用水冷。,34,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,关于常用制冷剂的溶水性、溶油性、禁用材料：,溶水性：,35,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,溶油性：,溶油性强可能带来曲拐箱油位波动，但有利于进入系统的滑油随冷剂气体返回压缩机。,36,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,禁用材料：,Freon是有机溶剂，能溶解天然橡胶,压缩终了温度：R717R22R12R134a,压缩机冷却：水冷：R717，R22 空冷：R12，R134a、R22,37,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,二、载冷剂Secondary Refrigerant,Refrigerating Medium,在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质,38,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,淡水：用于0以上，如大型空调制冷系统中,盐水溶液,盐水的析冰点与温度和盐水浓度的关系,39,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,此外：乙二醇(CH2OHCH2OH)水溶液 50%-35丙二醇、丙三醇（甘油）水溶液,40,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,三、冷冻机油Refrigeration Oil,作用,41,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,三、冷冻机油Refrigeration Oil,要求,1.凝固点至少比最低蒸发温度低2.5oC，以免凝固。,2.闪点应比最高排气温度高1530oC。,3.具有适当的粘度，主要是为满足密封的要求。,4.含水量低，以免冰塞、腐蚀或产生镀铜现象。,Freezing Point,Flash Point,Viscosity,Copperize,Hermetic Compressor,42,船舶辅机第9章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,二、冷冻机油Refrigeration Oil,要求,5.全封闭式和半封闭式压缩机的润滑油要求电绝缘性好。6.酸值低、抗腐蚀性好、灰分及机械杂质含量少。7.安定性好、与使用冷剂相容性好。,应使用特殊的滑油，如：聚烯烃二醇（PAG）多烃基聚脂（POLYOL ESTER-POE）等,