制冷原理与设备配置.ppt

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1、制冷原理与设备配置,制冷剂的特性及应用,氨制冷剂的特性及应用氟利昂类制冷剂的特性及应用混合制冷剂的特性及应用制冷剂的环保特性及应用载冷剂与蓄冷剂的特性及应用,制冷剂的作用,制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用.,制冷剂的使用历程,制冷工质历史,D,无机化合物类制冷剂,氟里昂(卤代烃类制冷剂),烷烃类制冷剂,混合类制冷剂,分类ASHARE标准,制冷剂的分类和命名,常用制冷

2、剂 氨（R717）的特性,沸点-33.3，凝固点-77.9 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小 毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2 氨蒸汽无色，具有强烈的刺激性臭味 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外),制冷剂的命名-无机物,无机化合物,R717,R744,R718,理想制冷剂的性质,（一）对环境友善（二）热力学性质方面的要求（三）有好的物理化学性质（四

3、）来源广泛、易于制取,对环境友善,对环境友善。无毒或低毒，相对安全性好。具有易检漏的特点。,热力学性质方面的要求,有好的物理化学性质,1）粘度、密度尽量小。2）热导率要求高3）纯度高。4）化学稳定性和热稳定性好。5）良好的电绝缘性。6）溶解于油的不同性质表现出不同的特点。7）无毒，在工作温度范围内不燃烧、不爆炸，使用安全。,来源广泛、易于制取,制冷剂经济性的要求：制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。,制冷剂对材料的作用,正常情况下，卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材料不起作用。只在某种情况例如水解作用、分解作用等下，一些材料才会和制冷剂发生作用。,制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。,制冷剂

4、与润滑油的互溶性的影响,制冷剂与油溶解会使润滑油变稀，影响润滑作用，且油会被带入蒸发器中影响到传热效果。,若制冷剂与油不相溶解，可以从冷凝器或贮液器将油分离出来，避免油带入蒸发器中降低传热效果。,制冷剂与水的溶解性,“冰堵现象”当温度降到0以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。,制冷剂的泄漏性,常用制冷剂氟里昂的特性,氟里昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟里昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷机，以适应不同制冷温度的要求。氟里昂对水的溶解度小，制冷装置中进入水分后会产生酸性物质，并容

5、易造成低温系统的“冰堵”，堵塞节流阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用，其装置应采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。,常用的氟里昂制冷剂,制冷剂的命名-卤代烃,卤代烃,R22,R(m1)(n+1)x(a,b)Bz同分异构体溴分子数，为0，B可省略,编号,制冷剂的命名-烃类,碳氢化合物(烃类)不饱和碳氢化合物和卤代烯,R50,R170,R1150,R1270,正丁烷和异丁烷例外，用R600和R600a(或R601)表示,氟利昂12的特性,R12对大气臭氧层有严重破坏作用，并产生温室效应，因此它已受到限用与禁用。但它目前仍是国内应用较广的中温制冷剂之一，2010年1月1日起将在我国完全停止生产和消费。

6、,南极臭氧空洞的变化,氟利昂12（CF2CL2，R12）的特性,R12无色、气味很弱、毒性小、不燃烧、不爆炸，R12等熵指数小，压缩机的排气温度较低。单位容积制冷量小、相对分子质量大、流动阻力大、热导率较小。水在R12中的溶解度很小，低温状态下水易析出而形成冰堵，因此在充灌R12前，必须经过干燥处理R12能与矿物性润滑油无限溶解，润滑油在蒸发器中逐渐积存，使蒸发温度升高，传热系数下降。R12对一般金属没有腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2的铝镁合金。含水后会产生镀铜现象。R12对天然橡胶及塑料等有机物有膨润作用，R12极易渗透。R12由于压力适中、压缩终温低、热力性能优良、化学性能稳定、无毒、

7、不燃、不爆，广泛用于冷藏、空调和低温设备。,氟里昂134a,是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为-26.5。它的主要热力学性质与R12相似，不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。,R134a,氟利昂22（CHF2CL，R22）的特性,R22对大气臭氧层有轻微破坏作用，并产生温室效应。它是第二批被列入限用与禁用的制冷剂之一。我国将在2040年1月1日起禁止生产和使用。R22是最为广泛使用的中温制冷剂R22属安全性制冷剂。R22化学性质不如R12稳定。R22 能部分地与润滑油互溶，R22对金属的作用、泄漏性与R12相同。R22广泛用于冷藏、空

8、调、低温设备中。在活塞式、离心式、压缩机系统中均有采用。由于它对大气臭氧层仅有微弱的破坏作用，故可作为R12的近期、过渡性替代制冷剂。,碳氢化合物的特性,丙烷（R290）是较多采用的碳氢化合物。属中温制冷剂。难溶于水。大气环境特性优良（ODP=O，GWP=0.03），是目前被研究的替代工质之一。除丙烷外，通常用作制冷剂的碳氢化合物还有乙烷（R170）、丙烯（R1270）、乙烯(R1150)。,氟利昂600a的特性,R600a属中温制冷剂。它对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。可燃、可爆，不允许采用气焊或电焊。价格便宜。由于具有极好的环境特性，目前广泛被采用，作为R12的替代工质之一。,混合制冷

9、剂,共沸制冷剂,共沸(液体)制冷剂,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。,非共沸制冷剂,非共沸(液体)制冷剂,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。,共沸溶液制冷剂,几种共沸制冷剂的组成和沸点,氟里昂502（R502）,R502是由R12、R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502与R115、R22相比具有更好的热力学性能，更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6，正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大，但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制

10、冷装置，其蒸发温度可低达-55。R502在冷藏柜中使用较多。,非共沸溶液制冷剂,一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A(泡点)，再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C(露点)时全部蒸发完成为饱和蒸汽。,泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移,几种非共沸溶液制冷剂性质,制冷剂的发展和环保化替代,制冷剂的发展,氟里昂的应用比氨晚60余年，但它一问世就以其无毒无臭、不燃不爆、稳定性好、对设备有良好的润滑作用而成为制冷工业的明星，CFC-12更是广泛用于冰箱生产中，其他如CFC-11、HCFC-22、HCFC-113、HCFC-114也都有广泛应用。但是，氟里昂温室效应值比二氧化碳大1700

11、倍，会破坏大气层中的臭氧。CFCs的化学性质非常稳定，排放的CFCs可以稳定地到达平流层并在其中停留40-150年，对臭氧层造成长久的破坏。由于氟里昂对臭氧层的破坏，科学家甚至在地球两极的上空发现臭氧空洞。,替代工质的研发和使用,磁制冷又叫“顺磁盐绝热制冷”。利用励磁和退磁过程中会吸热或放热的制冷技术，具有制冷效率高、成本低、结构简单等优点，它不污染环境，因此很有发展前景。新的制冷技术充分考虑到制冷剂和环境的可容性以及可持续发展的要求，被形象地称为“绿色制冷”，是今后制冷技术发展的一大趋势。,替代的相关问题,1990年蒙特利尔协议规定，到本世纪末世界各国要停止氟里昂的生产和排放。现在各国都在寻

12、找氟里昂的替代产品，这些产品因符合环保要求而被称作绿色制冷剂。要找到既符合环保要求又具有实际使用性能的替代产品是一件很困难的事情，目前可能的产品有R407c、R134a、R152a、R410a等。,世界消耗臭氧层物质产量与消费趋势,臭氧空洞的形状,2000年臭氧空洞的形状,2002年臭氧空洞变形了,蒙特利尔议定书,1对CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5 等氯氟烃物质：（1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；（2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。2对HCFCs，包括HCHC22、

13、HCFCl42b、HCFCl23等：（1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；（2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。,制冷剂破坏臭氧层问题,历史上，主要采用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。1929年美国开发出氟利昂，是卤代烃的总称，它们有许多共同的优点，得到了广泛的应用。1975年美国学者提出，含氯的氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层。臭氧层在离地面2540Km的平流层，它能够屏蔽对地球上生物有害的紫外线，保护地球上的人类和生物。根据该理论，含氯的氟利昂中的氯原子在平流层会分离出来，

14、与臭氧分子作用生成氧化氯和氧分子。氧化氯能与臭氧作用，重又生成氯原子和氧分子。这样不断重复，使臭氧大量被破坏。,臭氧消耗的发现,1974年美国罗兰（Sherwood Rowland）教授和他的博士后莫利纳（Mario Molina）在“自然”杂志上发表文章，卤代烃在紫外线作用下会释放出氯离子,氯离子会消耗地球周围平流层（Stratosphere）中臭氧（Ozone,O3），而使过量的太阳紫外线照射到地面，给地球上的生物和人类带来一系列的危害。,瑞典皇家科学院将1995年的诺贝尔化学奖授予这些杰出贡献家，以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究。,我国淘汰消耗臭氧层物质时间表,家电行业,汽

15、车空调,工商制冷,CFC与HCFC排入大气后即无国界。1993年我国批准了中国消耗大气臭氧层物质逐步淘汰国家方案,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,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,透平式制冷机生产在2003年停止CFC-11和CFC-12的新灌装；2010年停止CFC-11和CFC-12维修补充的再灌装,泡沫行业,2005年前完成挤出泡沫和聚氨酯的ODS替代；2007年前完成聚氨酯板材ODS替代；2010年前实现聚氨酯喷涂和箱式工艺中使用的OD

16、S替代,总体情况,CFC与HCFC的替代,CFC与HCFC的替代工质有许多种。潜在的绿色环保替代物有合成的和天然的两大类。合成的替代物有HFCS；天然的有氨、二氧化碳、水、碳氢化合物等。臭氧层的破坏和全球气候变化，是当前全球所面临的主要环境问题。由于制冷、空调、热泵行业广泛采取的CFC与HCFC类物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，使全世界的制冷、空调与热泵行业面临严重的挑战。CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题，该领域的研究和发展还在热烈进行中。,CFCS、HCFCS的限制与替代,当CFCs受强烈紫外线照射后，产生下列反应：CFC12为例CF2Cl2-CF2ClCl；ClO3

17、-ClOO2；ClOO-ClO2循环反应产生的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一个氯氟烃分子，可以破坏成千上万个臭氧分子，使臭氧层出现“空洞”，这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证实。据UNEP（联合国环境规划署）提供的资料，臭氧每减少1,紫外线辐射量约增加2。臭氧层的破坏将导致：危及人类健康，可使皮肤癌、白内障的发病率增加，破坏人体免疫系统；危及植物及海洋生物，使农作物减产，不利于海洋生物的生长与繁殖；产生附加温室效应，从而加剧全球气候转暖过程；加速聚合物（如塑料等）的老化。因此保护臭氧层已成为当前一项全球性的紧迫任务。,常用制冷剂及其性质,CCl4(R10),CH4(R50),CF4(R

18、14),制冷剂对臭氧层的破坏能力,CFC,HCFC,HFC,HC,CFCS、HCFCS的限用与禁用,CFCS、HCFCS的限用与禁用,HCFC禁用时间表（发达国家）,中国制冷空调和化工行业最终淘汰消耗臭氧层物质时间表,注：允许维修使用到2010年。,载冷剂,载冷剂与载冷剂循环特点 载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被冷却。如此循环不止，以达到连续制冷的目的。,载冷剂的选择要求,载冷剂的选择方法,选择方法,使用目的,温度范围,蒸发温度在5以上的载冷剂系统，一般都采用水作载冷

19、剂,蒸发温度在5-50的范围内，一般可采用氯化钠或氯化钙盐水溶液,蒸发温度低于-50时，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等,常用载冷剂,盐水溶液,A,A,F,G,E,C1,B,C,C2,D,tE,tC,tB,0,x1,x2,m1,m2,t,有机物载冷剂,有机物载冷剂有乙醇（CH3-CH2OH）、乙二醇（CH2OH-CH2OH）、丙二醇（CH2OH-CHOH-CH3）、丙三醇（CH2OH-CHOH-CH2OH）、二氯甲烷（CH2Cl2）及三氯乙烯（CHCl-CCl2）等。它们都具有较低的凝固温度。有机物载冷剂标准蒸发温度均较低。,蓄冷剂,使用蓄冷剂的场合；使用蓄冷剂的优势；常用的蓄冷剂；常见使用形式及其基本工作原理。,Thank You!,