第二章 制冷剂与载冷剂
制冷系统的血液
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本章需要解决的问题
1、制冷剂在制冷系统中的作用？ 2、制冷剂选择的原则有哪些？
热力学性质、物理性质（包括溶油性）、安全性、价格
3、制冷剂的安全性分类与命名方法？ 4、主要制冷剂的基本热力性质？
氟利昂（包括CH化合物）、无机物、混合溶液，等
5、载冷剂的作用、种类？ 6、如何根据实际工作条件选择载冷剂？ 7、目前制冷系统中的制冷剂、载冷剂主要为何？ 替代分案为何？
氟乙烷)组成，由于不含氯元素，故不会破坏臭氧层；

对于采用环保制冷剂R410A的空调，习惯称为“无氟空调”， 这已是约定俗成的称呼，但其分子式中含有氟原子。
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(二) 混合溶液
–原理
调节沸点
–共沸工质：混合后沸点高于和低于各组分沸点 –非共沸工质：混合沸点在各组分之间
调节热力性能
– 水(R718)：凝固点太高，工作压力偏低 – 空气(R729),
氧气(R731), 氢气(R702)
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– CO2(R744)：
自然工质，无毒、无臭、无污染、不爆、不燃、
无腐蚀 ODP＝0，WGP＝1 临界温度为31.1℃ ，临界压力73.75bar ，主要 采用跨临界循环形式 具有优良的热物性质。如： –CO2的容积制冷能力是氟利昂22的5倍 –粘度较低，易形成湍流流动，有很好的传热性 能 –制冷循环具有较低的压力比，绝热效率提高 应用：各种可能的制冷、空调和热泵系统
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毒性和可燃性分级
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二、 制冷剂的种类与命名
(一)制冷剂的种类
– 无机化合物：氨、水、二氧化碳 – 卤代烃：氟利昂
– 多元混合溶液
共沸溶液(如：R502) 近共沸溶液（如：R410a） 非共沸溶液（如：R407c）
– 其他烃类：乙烯、丙烯、环烃
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1993.1中国“政府行动计划”
–
2010停止生产CFCs
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5.气候大会




1997年《京都议定书》，要求降低温室气体（GWP大的 物质）排放量； 2007年巴厘路线图，为应对气候变化谈判的关键议题 确立了明确议程； 2009年丹麦哥本哈根世界气候大会； 2011年南非德班世界气候大会； 2012年联合国多哈气候大会； 2014年秘鲁利马气候大会； 2015年法国巴黎气候大会《联合国气候变化框架公约》 第21届缔约国会议（COP21）,达成《巴黎协议》。

使用现有的制冷剂
– 以HCFCs替代CFCs：R22, – 以HFCs替代CFCs: – 其他种类工质
R142b
R152a

寻求新的制冷剂
– 用含HCFCs的非共沸混合工质替代CFCs – 以HCFCs替代CFCs
: R123, R124 – 以HFCs替代HCFCs和CFCs：R134a, R125, R143a , R32
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(二) 制冷剂的命名
Rabx的分子结构： abx+90=mnx m:C原子数量;n:H原子数量 x:F原子数量;不够的为Cl数量 如：CHF2Cl R22 C2H2F4 R134a

制冷剂名称：R??? ´
CmHnFxClyBrzR(m-1) (n+1) x Bz – 无机化合物： R7(分子量 ) 由制冷剂编号和质量比例表示 各组分制冷剂的排列顺序：按标 – 共沸溶液：R5 (无特殊意义 ) ´´ 准蒸发温度（标准沸点）由低到高 排列，如： – 非共沸溶液：R4 (无特殊意义 ) ´´ R407c：R32/125/134a (23/25/52) – 乙烯、丙烯： R1(m-1)(n+1) x´´ R410a：R32/125(50/50) – 有机化合物： R6 (无特殊意义) ´´
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3. ODP与GWP
ODP: Ozone Depletion Potentiality
– 许可条件：ODP
< 0.1
GWP: Global Warming Potentiality
– 越小越好（欧洲要求小于150，而R22的GWP值
约1900） – 变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）
– 氟利昂:
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三、 制冷剂的基本热力特性
(一) 氟利昂 问题：
–
–
– –
什么是氟利昂？ 氟利昂破坏臭氧层吗？ 氟利昂都要被禁止使用吗？ “无氟” 是目标吗?
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1.氟利昂的组成卤族元素
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2. 氟利昂破坏臭氧层的机理
臭氧层:距地球表面10～50公里的大气层中由臭氧构成的气层。 主要功能:吸收来自宇宙的紫外线，使地球上的万物免受紫外线幅射的危 害，臭氧层被称之为地球的保护伞。
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6.甲烷族氟利昂(Freon)
C H 4 甲烷 R 50 有毒 HFC ODP=0 C H C l C H F 3 3 R 40 R 41 C H l2 C H lF C H 2C 2C 2F 2 R 30 R 31 R 32 C H C l3 C H C l2F C H C lF2 C H F3 R 20 R 21 R 22 R 23 C C l4 C C l3F C C l2F C C lF3 C F4 2 R 10 R 11 R 12 R 13 R 14
TEWI=D效应
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3. ODP与GWP
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4. 保护臭氧层

1974年提出问题：加利福尼亚大学诺朗德教授 1985年制定《保护臭氧层维也纳公约》 1992.11哥本哈根签署《蒙特利尔协议书》
– –
1996.1.1全面限制CFCs的生产(发展中国家2010) 2030.1.1全面限制HCFCs的生产(发展中国家2040)

R13：冷藏装置、复叠式制冷循环等 R134a(R12)：小型风冷式机，家用冰箱，汽车空调 R22：qv大，家用空调器，商用冷藏、空调； R11、R123： qv小，小型离心制冷机； R114：军用、船用
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– 中温（中压）制冷剂

– 高温（低压）制冷剂

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9. CFCs和HCFCs工质替代
失的大小 有传热温差，希望hR越大越好。
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2. 压力适中
蒸发压力和冷凝压力
–防泄漏要求：蒸发压力接近或高于大气压力 –强度要求：标准冷凝压力（常温下，工质的饱和
压力）不宜过高 –节能要求：压缩比小， 一般4～7之间
3. 单位容积制冷能力大
–单位容积制冷量越大，压缩机越小 –对大中型设备要求压缩机小，小型设备要求压缩
乙烷
CFC 96.1.1全面限制
HFC ODP=0
有毒
PFC ODP=0 PCC
强毒
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HCFC 2030.1.1全面限制 HCC 2016/4/12
8. 氟利昂的应用

根据标准蒸发温度(一个绝对压力条件下的沸点)或标准 冷凝压力(常温下的制冷剂饱和压力)高低进行分类：低 温(<-60oC)、中温(-60oC< t < 0oC ）、高温(>0oC)制冷 剂 – 低温（高压）制冷剂
湿蒸气区
TA Tmin
饱和液线 共沸点
TA
饱和液线 液相区
液相区
0
ξB
1 ξ
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0
ξB
具有最高沸点
1
30
具有最低沸点
ξ
(三) 无机化合物(R7´´)
– 氨(R717)：工业空调、大型机组采用
单位容积制冷能力大 压力适中，排气温度高 有毒,
易燃易爆 有臭，泄漏易发现 不溶油 价廉
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保护臭氧层 安全耐用
缓解全球变暖 烯烃类HFCs （也称HFOs） NH3, CO2, HCs 和H2O
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能用即可
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第一节
制冷剂(Refrigerant)
一、对制冷剂的基本要求 （一）热力学性质 1. 制冷效率 hR＝ εth/ εcarnot
标志着不同制冷剂节流损失和过热损
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9. CFCs和HCFCs工质替代

替代工作中存在的问题
– 热力性质差，COP下降 – 溶油问题 – 毒性问题 – 可燃性问题 – GWP高

R134a：替代工质中应用最广泛，杜邦产品
– 腐蚀性，吸水性，聚集对人体有害
– GWP较大，《京都协议》要求禁用（需继续被替代）
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CCl3F (紫外线照射) CCl2F + Cl Cl + O3 ClO + O2 ClO＋O Cl + O2
CFC和HCFC对臭氧的破坏能力

CFC，氯氟烃
– 性能稳定，可进入平流层 – 只要受紫外线照射方分解出Cl离子
– 对臭氧层破坏作用较大

HCFC，氢氯氟烃
–
–
相对不稳定，到达平流层前已经分解 对臭氧层破坏作用较小
2 3'
1 3
T /℃
温度滑移
(Temperature glide)
泡点
TB 0 ξ' ξ 液相区
饱和液线
ξ"