第二章制冷剂

一、氨NH3（R717） 1.吸水性强——避免冰塞 2.不溶于水——换热器定期放油 3.有毒、腐蚀铜、有刺激性 4.易燃易爆 5.检漏方法： 气味 试纸（PH），深红色（碱性）
二、水H2O（R718） 1.常用于吸收式制冷机和蒸发制冷机中 2.只能制取0℃以上的冷冻水
三、甲烷和乙烷的衍生物（Freon) 1.衍生物示意图及总体特性
------- 摘自92年《地理知识》第七期
四、环境保护及CFC替代物的选择 1.国际组织的活动 2.近期对策 减少CFC的泄漏和排放 3.中期对策 采用HCFC和非共沸混合物代替CFC 4.远期对策 用HFC代替CFC
§2-4 制冷剂热力学性质的计算
一、四个基本方程 1.状态方程（MH方程） 2.液体密度方程 3.饱和蒸汽压方程 4.蒸汽定容比热方程
HFC ——氢氟化碳，不含氯，无公害 可作为替代物，待研究开发
例：CF2Cl2 ——R12———CFC12 CFCl3 ——R11———CFC11 CHF2Cl——R22———HCFC22 C2H2F4 ——R134a——HFC134a
3.烃类（碳氢化合物）
烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8; 烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6； ◆烷烃类命名方法:
5.R114 tB=3.55℃ ，冷凝压力低 冶金厂的高温空调用，寿命210 ～ 320年。
6.R142 tB=-9.25℃ 高温空调、热泵用，在体积浓度10.6 ～
15.1%范围易爆，寿命21 ～27年。
7.R152a tB=-24.7℃（万宝公司拟采用） 热力性能与R12相近，易燃易爆，寿命2 ～3
2、单位容积制冷能力q0要大 减少压缩机的尺寸和重量。
3、临界温度要高而凝固温度要低
tc高，制冷循环的工作区远离临界点，循环的 节流损失小，凝固温度低，便于得到较低的t0。 4、绝热指数应低一些
k低使得压缩机的排气温度低。
二、物理化学的要求 1、粘度和密度应尽可能小 减小流动阻力、降低压缩机的耗功、减小管道 口径。 2、导热系数和放热系数要高 λ↑，α↑→k↑，就可以提高传热效率或减小传热 面积。 3、具有一定的吸水性，防止“冰堵” 4、具有化学稳定性 不燃，不爆，对金属不腐蚀。
甲烷类衍生物的氟利昂系列
乙烷类衍生物的氟利昂系列
2.R12 tB=-29.8℃ 吸水性极差、极易泄漏、与油互溶、腐蚀一
般橡胶、大气中寿命95 ～ 150年。
3.R22 tB=-40.8℃ 对电绝缘材料要求高、价格较高、溶油、寿
命20年。
4.R11 tB=23.7℃ 分子量大，用于离心制冷机中。
空调、热泵用，毒性大，寿命47 ～ 80年。
臭氧洞形成后，由于大气动力的原因，南极 平流层温度上升，环极涡流崩溃，极地平流层消 失，大气波动往南极平流层输送的臭氧增加，南 极臭氧洞闭合。在此过程中，大气运动及太阳活 动等对南极平流层温度、极地涡旋和平流层等都 会发生影响，从而决定了臭氧空洞的范围和深度。 南极臭氧是在一定的气候背景条件下出现的，早 春南极上空臭氧含量突然下降，形成南极臭氧洞 的现象将持续下去，其强度和范围将随大气环流 和太阳活动的波动而出现波动。
（2）劳伦兹循环
1894年，苏黎世工程师H.Lorenz 针对一侧是水，另一侧是盐水的变温 的热源提出：
性能系数
L
Байду номын сангаас
Tom Tkm Tom
有温差劳伦兹循环
如有传热温差时，使各处的传热温 差都相等，即成为有温差的劳伦兹循环 a’b’c’d’。
（2）大气动力学解释。南极臭氧洞的出现和变 化，与大气环流有着密切的关系。南极臭氧洞的 范围和形状与南极平流层的环极漩涡极为相似； 南极平流层温度与臭氧变化规律相同；每年春季 南极地区的臭氧总量都会出现一个低值，而空洞 的闭合也与环极漩涡崩溃密切相关。这都说明了 南极臭氧洞是由于大气环流变化造成的自然现象。
To
一、“顾氏循环”
经顾氏计算，G循环性能系数COP比劳伦
兹循环节能60.7%，比逆卡诺循环节能84.8%。
（1）逆卡诺循环
如外部是恒定热源，则有： c
1 Tk 1
考虑温差，则有： T Tk
Tk
To
3
2
1
Tk'
3'
2'
Tk Tk 1 To To
T0
T0'
4'
T0
4
1' 1
0
b
as
有传热温差的制冷循环
我国学者指出，CFCs通过光化学反应分解O3 可能只是一个内部原因，而太阳活动和大气环流 的变化可能是形成臭氧洞的外部条件。CFCs到达 大气平流层后被光分解，产生一些含氯的气体， 被大气中大量的含硫粒子粘附，随大气环流输送 到南极的平流层中贮存。当早春太阳重新照射到 南极平流层时，在紫外线作用下由氯催化的光化 学反应快速发生，大量分解平流层臭氧。加上此 时由于空气加热产生的垂直运动将低层臭氧丰度 较低的空气输入平流层，导致南极地区平流层臭 氧大大降低，形成臭氧空洞。
第二章 制冷剂
武汉纺织大学 Wuhan Textile University
环境与城建学院
§2-1 对制冷剂的要求
一、热力学的要求 1、蒸发压力和冷凝压力适中
tB︱PB低，且to→f(Ps) ≥PB，蒸发温度低满
足制冷温度要求。对应的饱和压力略高于大气 压力，制冷剂泄露也易发现。
PK不宜太高，一般小于15~19bar，以减少 制造要求。
（1）对生态环境的影响 ①影响人类健康。
O3下降1%，紫外线增加2%，会使皮肤癌 增加4 ～6%，白内障患者上升0.2 ～0.6%。
②对动植物的影响
过量的太阳紫外线能杀死微生物并破坏 动植物的体细胞。使农作物的叶片受损，抑 制其光合作用；杀死微生物损害海洋生物， 破坏海洋食物链。
（2）对大气环境的影响 ①平流层臭氧减少使该层吸收的紫外辐射减
结论:
①有εc与关工质性质无关，仅与高低温热源温度
②在定温热源下，逆卡诺循环的εc最大，否 则热二律将被推翻
③传热温差越小越好，在空调温度范围内，
△Tk、 △T0下降1℃→ε下降5.5～6%
但实际制冷循环中，外部热源温度是 变化的，如要求工质进入换热器时的温差 一定，其平均温差就加大了，这就增大了 不可逆损失。
与氟利昂相同(丁烷例外，为R600） CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290； ◆烯烃类命名方法：
R后先写上“1”，再按氟利昂方法： C2H4——R1150，C3H6——R1270;
4. 混合溶液 （混合制冷剂）
概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解
而成的混合物。
类型：
少。将导致平流层温度下降，影响整个大气结 构和对流层大气环境，从而对全球气候发生影 响。
②加剧气候变暖。据测算，到2030年，地球 表面温度上升2～4.5℃，冰山融化，海平面增 高0.2～1.4m，香港、旧金山、阿姆斯特丹将被 淹没，不少城市将成为威尼斯一样的水城。 到目前还的有1其/5他，很将多是影地响球。存有亡专的家临预界测点，。O3减少
制冷剂命名 1.无机化合物
命名方法：R7**
**为无机物的分子量
例：氨NH3——R717 水H2O——R718 二氧化碳CO2——R744
2. 卤代烃（氟利昂）
分子式：CmHnFxClyBrz （满足2m+2=n+x+y+z）
1）命名法一：R (m-1)(n+1) (x)B(z)
m-1=0时略
z=0时与B一起略
§2-5 “顾氏技术”介绍（专题讲座）
顾氏技术包括“顾氏循环”和顾氏多元混合工 质
新闻界：“世界性的重大突破” “顾氏循环是现今所有制冷剂空调热
泵 及热流体循环中最佳的热力循环”
学术界：“顾氏循环在理论上是完全错误的， 结
论是啼笑皆非的” “顾氏循环是劳伦兹循环的一种形式，
理论上无独到之处”
c
1 Tk 1
二、制冷剂各项热力学参数的计算式 1.汽化潜热 2.蒸汽焓 3.蒸汽熵 4.饱和液体的焓、熵
§2-5 第二制冷剂（载冷剂）
一、对载冷剂的要求 1.比热大 C↑ Q=mc△t 2.λ↑,α↑, μ↓ 3.凝固点低，化学性质稳定，不易腐蚀
二、常用制冷剂 1.水 H2O 2.盐水 NaCl,CaCl2 3.乙二醇
年。
8.R134a tB=-26.25℃ ，新制冷剂，R12替代品 热力性能与R12相近，难溶油，寿命8～11年。
9.R502 共沸混合制冷剂（R22/R115之比48.8/51.2)
10.R22/R152a/R124 三元共沸混合制冷剂 36/24/40
§2-3 制冷剂与环境保护
一、氟利昂的基本分类 不含氢的氟利昂写为CFC，读作氯氟烃，
（3）太阳活动解释。与太阳活动一样，臭氧总
量变化也存在着较明显的11年变化周期，太阳黑 子数与臭氧总量变化间存在着显著的统计关系。 有人提出，南极地区是臭氧对太阳活动相应最敏 感的地区，随着太阳活动丰年的临近，太阳紫外 线和高能带电粒子流的增加，使大气中氮氧化物 含量增加，也会通过化学反应破坏南极臭氧层。
例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------R22 一溴三氟甲烷分子CF3Br--------R13B1 四氟乙烷分子C2H2F4------------R134a
2）命名法2：区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。
CFC ——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层 禁用
HCFC——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质 属于过渡性物质
如R12→CFCl12。
含氢的氟利昂写为HCFC，读作氢氯氟烃，
如R22→HCFCl12。
不含氯的氟利昂写为HFC，读作氢氟烃，