《城市軌道交通車輛空調(diào)》 課件 2.3 制冷劑1

第2章城軌車輛空調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)城軌車輛空調(diào)濕空氣2.1城軌車輛客室內(nèi)空氣參數(shù)的確定2.2制冷劑2.3CONTENTS目錄潤(rùn)滑油2.4制冷劑2.3

2.3制冷劑制冷劑通過(guò)自身熱力狀態(tài)的循環(huán)變化完成與外界熱量的轉(zhuǎn)換和傳遞，實(shí)現(xiàn)制冷目的。制冷裝置的運(yùn)行效率、可靠性及經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于制冷劑的選擇是否恰當(dāng)?！霸谧顬槠毡榈恼魵鈮嚎s式制冷機(jī)中，制冷劑在低壓狀態(tài)下從低溫?zé)嵩粗形諢崃坎饣?，被壓縮成高壓氣體后再向高溫?zé)嵩磁懦鰺崃坎⒗淠瑥亩瓿蔁崃康霓D(zhuǎn)移。因此，只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠完成氣化和凝結(jié)相變過(guò)程的物質(zhì)才有可能作為制冷劑在蒸氣壓縮式制冷機(jī)中使用。2.3制冷劑制冷劑行業(yè)最早選用乙醚、氨、二氧化碳等物質(zhì)，此類制冷劑的使用存在明顯局限性。20世紀(jì)30年代研發(fā)出的氟利昂取代第一代制冷劑，在制冷行業(yè)廣泛應(yīng)用。但隨著科學(xué)研究的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境變化，人們發(fā)現(xiàn)氟利昂是造成臭氧層空洞的主要原因之一，1897年聯(lián)合國(guó)制定相應(yīng)規(guī)定逐步淘汰氟利昂在制冷劑領(lǐng)域的應(yīng)用，至此，第二代制冷劑也即將淡出歷史舞臺(tái)。為了尋找更加合適的制冷劑，新型制冷劑不斷被人們研發(fā)出來(lái)，從第一代制冷劑到如今新型制冷劑的發(fā)展大致分為四個(gè)階段，如表1所示：2.3制冷劑1977年南極上空出現(xiàn)臭氧空洞，經(jīng)過(guò)科學(xué)家深入研究認(rèn)定大量使用CFCs制冷劑是造成臭氧層空洞的主要因素。1987年聯(lián)合國(guó)頒布《蒙特利爾議定書(shū)》，通過(guò)對(duì)誘發(fā)臭氧層空洞的CFCs進(jìn)行淘汰，達(dá)到防止臭氧層被繼續(xù)破壞的目標(biāo)。至今，世界上主要使用的制冷劑包括氫氯氟烴、氫氟烴、無(wú)機(jī)化合物和碳?xì)溥@幾種類制冷劑，如表2所示：2.3制冷劑為了應(yīng)戰(zhàn)全球氣候變化，近年來(lái)世界各國(guó)正加緊推動(dòng)以二氟一氯甲烷(R22)制冷劑為代表的HCFCs代替過(guò)程，制冷劑正在發(fā)生重大變革[7]。聯(lián)合國(guó)簽訂的《蒙特利爾議定書(shū)》對(duì)氫氯氟烴的消費(fèi)生產(chǎn)進(jìn)行限定，經(jīng)過(guò)后續(xù)修改完善，對(duì)其使用范圍增加了限制，對(duì)R22的用量進(jìn)行極大的消減[2]，以R22為代表的HCFCs將逐步被淘汰。以上背景使得開(kāi)發(fā)安全高效、ODP值為0，GWP值較低的第四代綠色環(huán)保制冷劑成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)。2.3.1制冷劑的作用蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中的制冷劑在低溫低壓下氣化，從被冷卻物體中吸收熱量；然后制冷劑又在高溫高壓下凝結(jié)，把熱量釋放到環(huán)境介質(zhì)（如空氣、冷卻水等）中去。制冷劑在制冷系統(tǒng)中如此反復(fù)循環(huán)通過(guò)自身熱力狀態(tài)的變化與外界進(jìn)行能量交換從而把被冷卻物體的熱量釋放到環(huán)境介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)被冷卻物體的冷卻。制冷系統(tǒng)中充注的制冷劑不同，其制冷效率也有很大的區(qū)別，因此制冷劑在制冷系統(tǒng)中起著極其重要的作用。2.3.2對(duì)制冷劑的要求從理論上講從理論上講凡是能在蒸發(fā)器中吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而汽化，并在冷凝器中放出熱量而液化的物質(zhì)都可以作為制冷劑，但作為空調(diào)制冷系統(tǒng)必須要考慮所選用的制冷劑能使整個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)安全、可高、高效和經(jīng)濟(jì)地工作，因此對(duì)制冷劑是有一定要求的。(2)制冷劑在高溫高壓下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生分解，不與裝置部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；安全性高，無(wú)刺激性、無(wú)毒、不可燃。2.3.2對(duì)制冷劑的要求標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)較低，比熱容較??；臨界溫度高于冷凝溫度；冷凝壓力不要太高絕熱指數(shù)低，單位容積制冷量和單位質(zhì)量制冷量較大等。對(duì)制冷劑的性質(zhì)要求一般包括以下幾點(diǎn)：(1)熱力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，以便在制冷循環(huán)過(guò)程中獲得較高的制冷效率，主要包括以下幾點(diǎn)：(3)具有優(yōu)良的熱物理性質(zhì)，如：傳熱系數(shù)高，密度和粘度小。(4)電絕緣性良好，與潤(rùn)滑油互溶性良好；易獲取，價(jià)格低廉。(5)臭氧消耗潛值(ODP）為0，全球變暖潛值(GWP)小，以保護(hù)大氣臭氧層及全球氣候環(huán)境。2.3.2對(duì)制冷劑的要求表1-1第四代制冷劑候選物2.3.2對(duì)制冷劑的要求表1-1給出了部分第四代候選替代制冷劑的情況。雖然它們?cè)诃h(huán)保性質(zhì)和臭氧層保護(hù)等方面具有很好的表現(xiàn)，但熱力性質(zhì)和安全性等相對(duì)于CFCs和HCFCs則不盡人意。因此，目前第四代綠色環(huán)保制冷劑的歸屬還未有定論?！啊?.3.3制冷劑的分類及表示方法可以當(dāng)作制冷劑的物質(zhì)有很多，有幾十種，但目前工業(yè)上常用的不過(guò)十余種。1.制冷劑的分類/Theclassificationoftherefrigerant按照它們的組成主要有：無(wú)機(jī)化合物制冷劑、氟利昂制冷劑、碳?xì)浠衔镏评鋭?、混合制冷劑按照它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓力條件下沸騰溫度的高低，一般可將其分為三大類：高溫制冷劑、中溫制冷劑和低溫制冷劑。2.3.3制冷劑的分類及表示方法低溫制冷劑中溫制冷劑高溫制冷劑冷凝壓力大于2Mpa，正常汽化溫度低于70℃，主要有R13、R14和R503等，適用于低溫制冷裝置及復(fù)疊式制冷的低溫部分。（冷凝溫度是指冷凝器內(nèi)制冷劑蒸汽在一定壓力下凝結(jié)時(shí)的飽和溫度。冷凝溫度不等于冷卻介質(zhì)的溫度，兩者之間也存在著傳熱溫差。冷凝壓力就是制冷劑在冷凝器內(nèi)有氣體冷凝成液體的壓力。）冷凝壓力大于在0.3~2Mpa之間，正常汽化溫度介于0~70℃之間，主要有R12、R22和R502等，適用于電冰箱及中、小型空調(diào)器、城軌車輛空調(diào)。冷凝壓力大于0.2~0.3Mpa之間，正常汽化溫度大于0℃，主要有R11、R21和R114等，多用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式壓縮機(jī)。(1)(3)(2)2.3.3制冷劑的分類及表示方法2.制冷劑的表示方法/Therepresentationmethodofrefrigerants為書(shū)寫方便，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種通用制冷劑的代號(hào)，以代替其化學(xué)名稱、分子式或商業(yè)名稱。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用字母R和它后面的一組數(shù)字或字母作為制冷劑的代號(hào)。字母R表示制冷劑，后面的數(shù)字或字母則根據(jù)制冷劑的種類及分子式組成，按一定的規(guī)則編寫。2.3.3制冷劑的分類及表示方法（2）氟利昂和烷烴類（1）無(wú)機(jī)化合物作為制冷劑的無(wú)機(jī)化合物有氨、二氧化碳、水等。對(duì)于這類制冷劑，其代號(hào)“R”后的第一位數(shù)為7，7后面的數(shù)字為該物質(zhì)的分子量的整數(shù)部分，其簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定為R7XX。氟里昂是飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴衍生物的總稱。目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。2.3.3制冷劑的分類及表示方法（2）氟利昂和烷烴類飽和碳?xì)浠衔锏姆肿邮綖镃mH2m+2。氟里昂的分子通式為CmHnFxClyBrz，其原子數(shù)m，n，x，y，z之間的關(guān)系為：它們的簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定為R（m-1）（n+1）（x）B（z）。每個(gè)括號(hào)是一個(gè)數(shù)字，該數(shù)字?jǐn)?shù)值為零時(shí)省去不寫，若z為零時(shí)，與字母B一起省略，同分異構(gòu)體則在其最后加小寫英文字母以示區(qū)別。2.3.3制冷劑的分類及表示方法（2）氟利昂和烷烴類例如

二氟二氯甲烷的分子式為CF2Cl2，該化合物的m=1，n=0，x=2，z=0，所以在R后的第一位數(shù)字（m-1）=0，第二位數(shù)字（n+1）=1，第三位數(shù)字x=2，B后面的數(shù)字z=0，故CF2Cl2的代號(hào)為R12。一氟一氯甲烷的分子式為CHF2Cl，其（m-1）=0，（n+1）=2，x=2，z=0，故代號(hào)為R22。2.3.3制冷劑的分類及表示方法（3）非共沸混合制冷劑混合制冷劑是由兩種或兩種以上的制冷劑按一定的比例相互溶解而成的溶合物，分為共沸混合制冷劑和非共沸混合制冷劑。非共沸制冷劑沒(méi)有共沸點(diǎn)，在恒定的壓力下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，其蒸發(fā)溫度或冷凝溫度以及氣相和液相的組分，均不能保持恒定。由于非共沸制冷劑在組分不同、混合比不同時(shí)，會(huì)顯示不同的熱力學(xué)性質(zhì)，因此可滿足各種制冷要求。與其他混合物類似，混合制冷劑的性質(zhì)與構(gòu)成它的各純質(zhì)制冷劑的性質(zhì)有著緊密的關(guān)系?？梢岳没旌现评鋭┑倪@一特性，實(shí)現(xiàn)各純質(zhì)制冷劑的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。2.3.3制冷劑的分類及表示方法非共沸混合制冷劑的簡(jiǎn)寫符號(hào)為R4X。X是代表一組數(shù)字，這組數(shù)字為該制冷劑命名的先后順序號(hào)，從00開(kāi)始。構(gòu)成非共沸混合制冷劑的純物質(zhì)種類相同，但成分不同，則分別在最后加上大寫英文字母以示區(qū)別。例如，最早命名的非共沸混合制冷劑寫作R400，以后命名的按先后次序分別用R401、R402、…、R407A、R407B、R407C等表示。2.3.3制冷劑的分類及表示方法（4）共沸混合制冷劑共沸混合制冷劑在一定的蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時(shí)，具有幾乎不變的蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)溫度一般比組成它的單組分的蒸發(fā)溫度低。這里所指的幾乎不變，是指在偏離共沸點(diǎn)時(shí)，泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度雖有差別，但非常接近，而在共沸溫度時(shí)，則泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度完全相等，表現(xiàn)出與純制冷劑相同的恒沸性質(zhì)，即在蒸發(fā)過(guò)程中，蒸發(fā)壓力不變，蒸發(fā)溫度也不變。2.3.3制冷劑的分類及表示方法在一定的蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑的單位容積制冷量，比組成它的單一制冷劑的容積制冷量要大。這是因?yàn)樵谙嗤恼舭l(fā)溫度和吸氣溫度下，共沸制冷劑比組成它的單—制冷劑的壓力高、比體積小的緣故。共沸制冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性較組成它的單一制冷劑好。2.3.3制冷劑的分類及表示方法共沸混合制冷劑的簡(jiǎn)寫符號(hào)為R5X。X是代表一組數(shù)字，從00開(kāi)始，也是該制冷劑命名的先后順序號(hào)。例如，最早命名的共沸制冷劑寫作R500，以后命名的按先后次序分別用R501、R502、…、表示。2.3.3制冷劑的分類及表示方法例如，R12可表示為CFC12，R134a可表示為HFC134a。在大氣臭氧層問(wèn)題出來(lái)以后，為了能較簡(jiǎn)單地定性判別制冷劑對(duì)大氣臭氧層的破壞能力，氯氟烴類物質(zhì)代號(hào)中的R可表示為CFC，氫氯氟烴類物質(zhì)代號(hào)中的R可表示為HCFC，氫氟烴類物質(zhì)代號(hào)中的R可表示為HFC，碳?xì)浠衔锎?hào)中的R可表示為HC等，數(shù)字編號(hào)不變。2.3.4常用制冷劑的性質(zhì)目前，城市軌道交通方面，上海地鐵1號(hào)線車輛空調(diào)機(jī)組采用的制冷劑為R22，2號(hào)線車輛空調(diào)機(jī)組采用新型環(huán)保制冷劑R134a；廣州地鐵1號(hào)線空調(diào)機(jī)組制冷劑采用R134a，廣州地鐵2號(hào)線車輛和深圳地鐵車輛空調(diào)機(jī)組采用新型環(huán)保制冷劑R407c。氨屬于無(wú)機(jī)化合物制冷劑，

是最古老的制冷劑之一，也是目前廣泛被采用的中溫中壓制冷劑之一。氨的制冷范圍為+5--70°C，常用于不低于-60°C

的大、中型單級(jí)或雙級(jí)活塞式制冷壓縮機(jī)中。氨的臨界溫度（133.0°C）高，凝固點(diǎn)（-77.7°C）較低，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為

-33.3°C。在常況下，氨在制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)壓力為0.1~0.5MPa，氨的冷凝壓力一般為

1.0~

1.6MPa,其壓力比適中。2.3.4常用制冷劑的性質(zhì)1、氨（NH3）2.3.4常用制冷劑的性質(zhì)氨有強(qiáng)烈的刺激性氣味，故泄露易發(fā)現(xiàn)。氨易溶于水，在常溫常壓下，一個(gè)單位體積的水能溶解700單位體積的氨水而形成氨水溶液。在低溫下，水不會(huì)從氨液中析出而形成“冰塞”現(xiàn)象，所以氨系統(tǒng)中一般不設(shè)置干燥過(guò)濾器。氨液中溶有水后，其蒸發(fā)溫度稍有提高，同時(shí)對(duì)金屬有腐蝕作用，故規(guī)定氨的允許含水量不超過(guò)0.2%。1、氨（NH3）2.3.4常用制冷劑的性質(zhì)2.氟利昂R22即二氟一氯甲烷（CHCIF2）也是烷烴的鹵代物，其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-40.8

°C，凝固溫度約為-160°C，是一種較為常用的中溫制冷劑。R22無(wú)色，氣味很弱，不燃燒，不爆炸，很多性質(zhì)與R12相似，但其毒性比R12稍大，單位容積制冷量比R12也大得多。R22也屬于不溶于水的物質(zhì)，系統(tǒng)中含水量超標(biāo)則可能會(huì)引起冰堵和“鍍銅”現(xiàn)象，因此一般限制含水量在0.0025%之內(nèi)。（1）R222.3.4常用制冷劑的性質(zhì)2.氟利昂R22能部分地與潤(rùn)滑油互溶，在系統(tǒng)高溫側(cè)部分（冷凝器中）R