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1、 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 論文題目 ： 制冷劑的發(fā)展與概述 姓名 ： 馬樂培 學(xué)號(hào) ： 09027101 班級(jí) ： 物理（1）班 年級(jí) ： 09級(jí) 專業(yè) ： 物理學(xué) 學(xué)院 ： 理學(xué)院 指導(dǎo)教師 ： 陳宏偉（講師） 完成時(shí)間 ： 2013年六月一日 作 者 聲 明 本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包

2、含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。 特此聲明。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部?jī)?nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。 學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名：

3、 年 月 日 制冷劑的發(fā)展與概述 馬樂培 Development and overview of refrigerant Le pei Ma 年 月 日 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 摘 要 隨著制冷技術(shù)的不斷改進(jìn)，制冷劑的選擇也隨之改變。制冷劑又稱制冷工質(zhì)，在南方一些地區(qū)俗稱雪種。它是在制冷機(jī)中完成熱力循環(huán)的工質(zhì)。它在低溫下吸取被冷卻物體的熱量，然后在較高溫度下轉(zhuǎn)移給冷卻水或空氣。

4、1960年以后，人們對(duì)非共沸混合工質(zhì)的應(yīng)用進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，并已將其用于天然氣的液化和分離等方面。應(yīng)用非共沸混合工質(zhì)單級(jí)壓縮可得到很低的蒸發(fā)溫度，且可增加制冷量，減少功耗。 它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性及運(yùn)行管理，因而對(duì)制冷劑性質(zhì)要求的了解是不容忽視的。本文首先對(duì)制冷技術(shù)與領(lǐng)域進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的概述，介紹了幾種常見循環(huán)及制冷工作原理，詳細(xì)闡述了幾種常見的制冷劑及其優(yōu)缺點(diǎn)。此外，還對(duì)制冷劑的發(fā)展前景進(jìn)行了簡(jiǎn)單的評(píng)估。 關(guān)鍵詞：制冷技術(shù)； 制冷劑； 制冷循環(huán)； 制冷機(jī)； 前景。 Ⅰ ABSTRACT With the continuous impro

5、vement of refrigeration technology, refrigerant selections have changed. The refrigerant is also known as refrigerant, in some southern regions known as snow. It is a complete working fluid thermodynamic cycle in the refrigeration machine. It absorbs the heat by cooling objects at low temperature, a

6、nd at higher temperature is transferred to the cooling water or air. After 1960, there were a large number of experimental studies on the application of non-azeotropic refrigerant mixture, and the liquefaction and separation, which is used for natural gas. Application of non-azeotropic mixture of si

7、ngle stage compression can be obtained by evaporating temperature is very low, and can increase the refrigerating capacity, reducing power consumption. Its nature is directly related to the effect of refrigeration, refrigeration equipment, safety and economy of operation and management, so the refri

8、gerant properties requirements understanding can not be ignored. Firstly, a brief overview of refrigeration technology and field, introduces several common refrigeration cycle and working principle are described in detail, and the advantages and disadvantages of several common refrigerant. In additi

9、on, prospect of refrigerant has carried on the simple evaluation Key words: Refrigeration technology； refrigerant； refrigeration cycle； refrigerating machine;； prospect. 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 目 錄 前言 第一章：循環(huán)系統(tǒng)……………………………………………………………………1 1.1

10、制冷循環(huán)……………………………………………………………4 1.2 卡諾循環(huán)………………………………………………………………………4 1.21：卡諾循環(huán)原理……………………………………………………………4 1.22: 卡諾循環(huán)效率……………………………………………………………6 1.3 林德循環(huán)—等焓節(jié)流…………………………………………………7 1.31：林德循環(huán)原理……………………………………………………………7 1.32：林德循環(huán)效率……………………………………………………………7 1.4 克勞頓循環(huán)—等熵做外功膨脹……………………………………………8 1

11、.41：克勞頓循環(huán)原理…………………………………………………8 1.42:克勞德循環(huán)優(yōu)點(diǎn)……………………………………………………8 第二章：制冷工作原理………………………………………………………10 2.1 制冷裝置……………………………………………………………10 2．2 幾種常見的制冷原理……………………………………………11 2.21： 冰箱制冷………………………………………………………11 2.22： 空調(diào)制冷………………………………………………………12 第三章：制冷劑………………………………………………………………13 3.1

12、 第一階段 早期的制冷劑及其優(yōu)缺點(diǎn)………………………13 3.2 第二階段 氟利昂階段及其優(yōu)缺點(diǎn)…………………………13 3.3 第三階段 無(wú)氟綠色環(huán)保制冷劑及其優(yōu)缺點(diǎn)………………15 3.4 我國(guó)制冷劑市場(chǎng)情況……………………………………………16 第四章：制冷劑的展望………………………………………………………18 4.1 現(xiàn)使用的制冷劑及其有缺點(diǎn)……………………………………18 4.2 理想制冷劑………………………………………………………18 4.3 對(duì)制冷劑的前景預(yù)測(cè)……………………………………………19 總結(jié)……………………

13、………………………………………………………20 致謝……………………………………………………………………………21 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………22 Ⅲ 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 前言 1805年，Oliver Evans最早提出了在封閉循環(huán)中，使用揮發(fā)性流體的思路。用以將水冷凍成冰，即是我們常說的冷庫(kù)冷水機(jī)。1834年，Jacob Perkins則第一次開發(fā)了蒸氣壓縮制冷循環(huán)，并獲得了英國(guó)專利。 制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的

14、需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。制冷是指用人工的方法在一定的時(shí)間和空間內(nèi)從低于環(huán)境溫度的空間或物理中吸取熱量，并將其轉(zhuǎn)移給環(huán)境介質(zhì)，制造和獲得低于環(huán)境溫度的技術(shù)。 人類最早將冬季自然界的天然冰雪保存到夏季使用，這在我國(guó)、埃及和希臘等文化古國(guó)的歷史上都有記載。 人工制冷的方法是隨著工業(yè)革命而開始的。1748年英國(guó)柯倫證明了乙醚在真空下蒸發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生制冷效應(yīng)。1755年蘇格蘭人 W。Callen 發(fā)明了第一臺(tái)蒸發(fā)式制冷機(jī)，17881年意大利人凱弗羅進(jìn)行乙醚蒸發(fā)制冷實(shí)驗(yàn)。1834年美國(guó)人J。perkins發(fā)明了壓縮式制冷機(jī)，采用二氧化碳、二氧化硫、氨、氯甲烷作制冷機(jī)。1859年法國(guó)人F。Garre發(fā)明

15、氨吸收式制冷機(jī)。美國(guó)人D。Byok于1873年制造第一臺(tái)氨壓縮機(jī)。次年，德國(guó)林德建成第一個(gè)氨壓縮式制冷系統(tǒng)。此后，氨壓縮式制冷機(jī)在工業(yè)上獲得普遍應(yīng)用。直至1929年氟利昂發(fā)現(xiàn)之后。氟利昂壓縮式制冷機(jī)才快速發(fā)展起來(lái)，并在應(yīng)用中超過了氨制冷機(jī)。 空氣制冷機(jī)的發(fā)明比蒸氣壓縮式制冷機(jī)稍晚。1844年美國(guó)人J。Gorrie發(fā)明了空氣循環(huán)式制冷機(jī)，并于1851年獲得美國(guó)專利，這是世界第一臺(tái)制冷和空調(diào)用機(jī)器。1862年英國(guó)基爾克發(fā)明了封閉循環(huán)的空氣制冷機(jī)，并獲得英國(guó)專利。 1858年美國(guó)人尼斯取得了冷庫(kù)設(shè)計(jì)的第一個(gè)美國(guó)專利，從此商品食品冷藏事業(yè)開始發(fā)展。 在家用冰箱方面，世界上第一臺(tái)電冰箱是美國(guó)

16、考布蘭工程師在1978年設(shè)計(jì)的。自此以后，制冷技術(shù)在人民生活中獲得應(yīng)用。 空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用起始于1919年，美國(guó)芝加哥興建第一座空調(diào)電影院，次年開始在教場(chǎng)配備空調(diào)。11年后出現(xiàn)了舒適空調(diào)火車。 隨著制冷機(jī)的不斷發(fā)展，制冷工質(zhì)的種類也逐漸增多。最早在壓縮制冷機(jī)中應(yīng)用有的制冷劑是空氣、二氧化碳、乙醚。在吸收式制冷機(jī)中應(yīng)用的是水和硫酸。以后漸漸在壓縮式制冷機(jī)中應(yīng)用氯甲烷、二氧化硫和氨等。1929年以后，隨著氟利昂制冷劑的出現(xiàn)，制冷壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)的種類也不斷發(fā)展。 隨著制冷的發(fā)展，制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，從工業(yè)生產(chǎn)到我們的日常生活，應(yīng)用范圍一般可分為三個(gè)溫區(qū)： 低溫區(qū)（約-120度

17、以下）主要用于氣體分離、氣體液化、超導(dǎo)和宇航等。 中溫區(qū)（-120度至5度）主要用于冷藏、冷凍、化工生產(chǎn)工藝過程、生化制品的生產(chǎn)等。 高溫區(qū)（5度至80度）主要用于空調(diào)、除濕、熱泵蒸發(fā)和熱泵干燥等。 1、冷藏 制冷技術(shù)在冷凍與冷藏上的應(yīng)用主要是對(duì)易腐食品（如魚、肉、蛋、果類、蔬菜等食品）進(jìn)行冷加工、冷藏 及冷藏運(yùn)輸，以減少生產(chǎn)和分配中的食品消耗，保證各個(gè)季節(jié)市場(chǎng)的合理分配。采用的制冷裝置有冷庫(kù)、冷藏汽車、冷藏船、冷藏列車、冷藏商品陳列柜、冷柜和家用冰箱等 2、空氣調(diào)節(jié) 隨著人們生活水平的提高，為了滿足人們舒適的生活和工作環(huán)境，空調(diào)技術(shù)的使用得到了很大的發(fā)展。例如賓館、

18、商場(chǎng)、劇場(chǎng)、大型公共建筑、汽車、飛機(jī)座艙、辦公室、居民住宅的空調(diào)設(shè)備，為人們提供了適宜的生活和工作環(huán)境，不僅有益于身心健康，而且可以提高生產(chǎn)和工作效率。 大型集中式空調(diào)系統(tǒng)供冷。例如我國(guó)的首都機(jī)場(chǎng)，擁有空調(diào)冷量1.2萬(wàn)kw：美國(guó)的“世界貿(mào)易中心大樓”，擁有空調(diào)冷量17萬(wàn)kw：日本大阪的“國(guó)際博覽會(huì)”，擁有空調(diào)冷量10萬(wàn)kw：法國(guó)某居民住宅的空調(diào)系統(tǒng)，擁有空調(diào)冷量7萬(wàn)kw，可向6000戶居民、100萬(wàn)㎡的居民面積供冷。 3、除濕 高溫生產(chǎn)車間，紡織廠、造紙廠、印刷廠。膠片廠、機(jī)器設(shè)備的操作控制房、精密儀器車間、精密機(jī)床加工車間、精密計(jì)量室、計(jì)算機(jī)房等的環(huán)境除了對(duì)溫度要求調(diào)節(jié)外，往往對(duì)環(huán)境

19、的溫度也有較高的要求,這時(shí)通常使用冷凍除濕機(jī)進(jìn)行除濕，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，或機(jī)器、儀表的精度、或精密設(shè)備的正常特性。 4、工業(yè)生產(chǎn) 在工業(yè)生產(chǎn)中，借助制冷、可使氣體液化、氣體分離，帶走化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱。鹽類結(jié)晶、燃料、化肥的生產(chǎn)、天然氣的液化、貯運(yùn)也需要制冷。利用制冷可以對(duì)鋼進(jìn)行低溫處理（-70度至-90度），可以改變其金相組織、是奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，在機(jī)器的裝配過程中，利用低溫能方便地實(shí)現(xiàn)過盈配合。 在鋼鐵工業(yè)中，高爐鼓風(fēng)需要制冷的方法先將其除濕，然后送入高爐，以降低焦比化，保證鐵水質(zhì)量，一般大型高爐需幾千千瓦冷量。 5、農(nóng)牧業(yè) 利用制冷對(duì)農(nóng)作物種子進(jìn)行低溫處理，

20、創(chuàng)造人工氣侯育秧，保存動(dòng)物良種精液等。 6、建筑工程 利用制冷可實(shí)現(xiàn)凍土法開采土方。在挖掘礦井、隧道、建筑江河堤壩時(shí)，或在泥沼、砂水處挖井時(shí)，可采用凍土法使工作地面不坍塌，保證施工安全，拌合混泥土?xí)r，用冰代替水，借冰的融化熱補(bǔ)償水泥的固化反應(yīng)熱，可以制出大型混凝土構(gòu)件，有效地避免了大型構(gòu)件因得不到充分散熱而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂縫等缺陷。 7、國(guó)防工業(yè) 高寒條件下工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能，在研制和生產(chǎn)過程中往往需要進(jìn)行環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)：航空儀表、火箭、導(dǎo)彈中控制儀器、也需要在地面模擬高空低溫條件進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，這些都需要利用制冷為其提供低溫和低溫環(huán)境試驗(yàn)條件，原子能反應(yīng)堆的控制

21、也需要制冷，人防與地下工程需要進(jìn)行除濕。 8、醫(yī)療 除了低溫保存疫苗、藥品、血液及皮膚外，冷凍手術(shù)，如心臟、外殼、腫瘤、白內(nèi)障、扁桃體腺的切除手術(shù)，皮膚和眼球的移植手術(shù)及低溫麻醉等，均需要制冷技術(shù)。生物化學(xué)產(chǎn)品、藥品需要利用真空冷凍干燥[10]。 此外，電子技術(shù)、能源、新型愿材料、宇宙開發(fā)、生物技術(shù)等尖端科學(xué)領(lǐng)域中，制冷技術(shù)也起著重要的作用。 第一章 循環(huán)系統(tǒng) 1.1 循環(huán) 熱力學(xué)循環(huán)是一系列傳遞熱量并做功的熱力學(xué)過程組成的集合，通過壓強(qiáng)、溫度等狀態(tài)變量的變化，最終使熱力學(xué)系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。狀態(tài)量只依賴于熱力學(xué)狀態(tài)，沿?zé)崃W(xué)循

22、環(huán)路徑對(duì)此類物理量的路徑積分結(jié)果為零；而像熱量和功這樣的過程量與循環(huán)過程有關(guān)，路徑積分不為零。熱力學(xué)第一定律指出在一個(gè)循環(huán)中輸入的凈熱量總等于輸出的凈功。過程可重復(fù)的特性使得系統(tǒng)能夠被連續(xù)操作，從而熱力學(xué)循環(huán)是熱力學(xué)中一個(gè)很重要的概念。在實(shí)際應(yīng)用中，熱力學(xué)循環(huán)經(jīng)常被看作是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程并被當(dāng)作實(shí)際熱機(jī)和熱泵的工作模型。常見的循環(huán)有卡諾循環(huán) 克勞德循環(huán) 林德循環(huán) 奧托循環(huán)等 1．2 卡諾循環(huán) 1.21 卡諾循環(huán)原理 19世紀(jì)初，蒸汽機(jī)在工業(yè)、交通運(yùn)輸中的作用越來(lái)越重要，但關(guān)于控制蒸汽機(jī)把熱轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的各種因素的理論卻未形成。法國(guó)軍事工程師薩迪卡諾（S． Carnot，1796—18

23、32）于1824年出版了《關(guān)于火的動(dòng)力的思考》一書，總結(jié)了他早期的研究成果。卡諾以找出熱機(jī)不完善性的原因作為研究的出發(fā)點(diǎn)，闡明從熱機(jī)中獲得動(dòng)力的條件就能夠改進(jìn)熱機(jī)的效率?？ㄖZ分析了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程 ，撇開一切次要因素，由理想循環(huán)入手，以普遍理論的形式，作出關(guān)于消耗熱而得到機(jī)械功的結(jié)論。他指出，熱機(jī)必須在高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作，“凡是有溫度差的地方就能夠產(chǎn)生動(dòng)力；反之，凡能夠消耗這個(gè)力的地方就能夠形成溫度差，就可能破壞熱質(zhì)的平衡?！彼麡?gòu)造了在加熱器與冷凝器之間的一個(gè)理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽缸內(nèi)的工作物質(zhì)水和飽和蒸汽就與加熱器的溫度相同，汽缸內(nèi)的蒸汽如此緩慢地膨脹著，以致在整個(gè)

24、過程中，蒸汽和水都處于熱平衡。然后使汽缸與加熱器隔絕，蒸汽絕熱膨脹到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。然后活塞緩慢壓縮蒸汽，經(jīng)過一段時(shí)間后汽缸與冷凝器脫離，作絕熱壓縮直到回復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。這是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的循環(huán)，即后來(lái)所稱的“卡諾循環(huán)”，如圖（1.1）。 圖（1.1） 卡諾循環(huán)四個(gè)過程 卡諾循環(huán)包括四個(gè)步驟：等溫膨脹，在這個(gè)過程中系統(tǒng)從高溫?zé)嵩粗形諢崃?，?duì)外作功； 絕熱膨脹，在這 個(gè)過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功，溫度降低； 等溫壓縮，在這個(gè)過程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量，體積壓縮； 絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，在等溫壓縮和絕熱壓縮過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作負(fù)功。如圖（1.2）是卡諾循環(huán)圖

25、，卡諾循環(huán)可以想象為是工作于兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過程，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹門H，低溫?zé)嵩吹臏囟葹門C。這一概念是1824年尼古拉萊昂納爾薩迪卡諾在對(duì)熱機(jī)的最大可能效率問題作理論研究時(shí)提出的?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無(wú)溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。作卡諾循環(huán)的熱機(jī)叫做卡諾熱機(jī)。 圖（1.2）卡諾循環(huán)圖 如圖（1.3），即理想氣體從狀態(tài)1（P1，V1，

26、T1）等溫膨脹到狀態(tài)2（P2，V2，T2），再?gòu)臓顟B(tài)2絕熱膨脹到狀態(tài)3（P3，V3，T3），此后，從狀態(tài)3等溫壓縮到狀態(tài)4（P4，V4，T4），最后從狀態(tài)4絕熱壓縮回到狀態(tài)1。這種由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)成為卡諾循環(huán)。 1．22 卡諾循環(huán)效率 卡諾循環(huán)分正、逆兩種。在壓-容(p-V)圖（圖（1.3））和溫-熵(T-S)圖（圖（1.4））中, ɑ-b-c-d-ɑ為正卡諾循環(huán)，ɑ-b為可逆定溫吸熱過程，工質(zhì)在溫度T1下從相同溫度的高溫?zé)嵩次霟崃縌1；b-c為可逆絕熱過程,工質(zhì)溫度自T1降為T2；c-d為可逆定溫放熱過程，工質(zhì)在溫度T2下向相同溫度的低溫?zé)嵩?/p>

27、排放熱量Q2；d-ɑ為可逆絕熱過程,工質(zhì)溫度自T2升高到T1，完成一個(gè)可逆循環(huán),對(duì)外作出凈功W。逆卡諾循環(huán)與上述正向循環(huán)反向,沿ɑ-d-c-b-ɑ方向,因而Q2是工質(zhì)從低溫?zé)嵩次氲臒崃?通稱制冷量),Q1是工質(zhì)排放給高溫?zé)嵩吹臒崃?W是完成逆向循環(huán)所需的外界輸入的凈功。 正卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾循環(huán)熱效率ηt表示 （1.1） 逆卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾制冷系數(shù)ε表示 （1.2） 圖（1.3） 卡諾循環(huán)P-V圖 圖（1.4） 卡諾循環(huán)T-S圖 由此可以看出，卡諾循環(huán)的效率只與兩

28、個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，如果高溫?zé)嵩吹臏囟萒1愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟萒2愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。因?yàn)椴荒塬@得T1→∞的高溫?zé)嵩椿騎2=0K（-273℃）的低溫?zé)嵩?，所以，卡諾循環(huán)的效率必定小于1。 通過卡諾效率公式可以證明，以任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致；還可以證明，所有實(shí)際循環(huán)的效率都低于同樣條件下卡諾循環(huán)的效率，也就是說，如果高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟却_定之后卡諾循環(huán)的效率是在它們之間工作的一切熱機(jī)的最高效率界限。因此，提高熱機(jī)的效率，應(yīng)努力提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，低溫?zé)嵩赐ǔＪ侵車h(huán)境，降低環(huán)境的溫度難度大、成本高，是不足取的辦法。 1.3 林德循環(huán)—等焓節(jié)

29、流 1.31 林德循環(huán)原理 林德循環(huán)，即蒸氣壓縮式制冷循環(huán),是1877年德國(guó)慕尼黑工學(xué)院教授林德發(fā)明設(shè)計(jì)出的。林德循環(huán)系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四大部件構(gòu)成。四大件由聯(lián)接管道串聯(lián)成一個(gè)閉合循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)注制冷工質(zhì)。制冷工質(zhì)最早時(shí)候采用氨，后來(lái)?yè)Q成了氟里昂，目前又由氟里昂換成非氟制冷工質(zhì)。 以氨為例，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的蒸氣壓力為1公斤/平方厘米時(shí)，液態(tài)氨在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)溫度為-33℃，制冷壓縮機(jī)將氨蒸氣從蒸發(fā)器吸走，并將其蒸氣壓力提高到20公斤/平方厘米。對(duì)應(yīng)于20公斤/平方厘米的蒸氣壓力，氨氣的液化溫度為50℃左右。當(dāng)氣溫低于50℃時(shí)，氨氣通過冷凝器向自然環(huán)境排熱，并重

30、新液化。冷凝器內(nèi)的液態(tài)氨經(jīng)過節(jié)流閥自動(dòng)降壓，低壓的液態(tài)氨進(jìn)入蒸發(fā)器后再次從蒸發(fā)器所在空間環(huán)境吸熱汽化，由此產(chǎn)生制冷效果并形成制冷循環(huán)。 如圖（1.5）所示，常溫T1、常壓P1的氣體經(jīng)過壓縮至高壓P2（由于壓縮比很大，實(shí)際上是多級(jí)壓縮組成的，可視為等溫壓縮）。高壓氣體經(jīng)冷卻器冷至常溫T1（點(diǎn)2）后，經(jīng)換熱器冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟龋c(diǎn)3），然后經(jīng)節(jié)流閥膨脹變?yōu)閴毫镻1的氣體混合物（點(diǎn)4）送入氣液分離器，飽和液體沉降于分離器底部，未液化的氣體（點(diǎn)5）送入熱交換器與點(diǎn)2的高壓氣體換熱，自身溫度回升返回到壓縮機(jī)。 圖（1.

31、5） 林德循環(huán)圖 1.32 林德循環(huán)效率 由熱力學(xué)第一定律 △H=Q+Ws （1.3） Ws=0 （1.4） Q=0 （1.5） ＝＞∑H入=∑H出 （1.6） 因此，林德循環(huán)也是一個(gè)等焓節(jié)流循環(huán) ? 制冷系數(shù)ε=q0/Ws=H1-H2/Wx （1.7） 注：制冷量q0 、 功耗 Ws、 比功 Wx 1.4 克勞德循環(huán)—等熵對(duì)外做功 1.41 克勞德

32、循環(huán)原理 利用等熵膨脹和等焓膨脹結(jié)合制冷來(lái)使原料氣液化的循環(huán)（圖（1.6））。常壓p1、常溫T1的原料氣在壓縮機(jī)中等溫壓縮由狀態(tài)1到狀態(tài)2，相應(yīng)的壓力為p2,經(jīng)換熱器E1降溫到狀態(tài)3。此后氣體分為兩部分,一部分氣體繼續(xù)經(jīng)換熱器E2、E3，降溫到狀態(tài)4、5,再通過節(jié)流閥等焓膨脹到狀態(tài)6。這時(shí),部分氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w從貯液器排出；未液化的部分氣體在換熱器E3中復(fù)熱至狀態(tài)8，再匯合另一部分在膨脹機(jī)中等熵膨脹至狀態(tài)8的氣體，最后在換熱器E2、E1中復(fù)熱至狀態(tài)1,從而形成一個(gè)熱力循環(huán)。其他尚有在此基礎(chǔ)上發(fā)展的液化循環(huán)，如帶附加制冷循環(huán)（如帶氨或液氮或其他冷源的預(yù)冷循環(huán)）的節(jié)流液化循環(huán)或等熵膨脹液化循

33、環(huán)，帶外加制冷循環(huán)（如外加氮制冷循環(huán)）等熵膨脹的液化循環(huán)、回?zé)崾綒怏w制冷循環(huán)（見制冷機(jī)循環(huán)）和多級(jí)等熵膨脹的液化循環(huán)等。 圖（1.6） 克勞德循環(huán) 1.42 克勞德循環(huán)優(yōu)點(diǎn) ⑴減少了高壓氣體量，增加了作為冷卻介質(zhì)的低壓氣體量； ⑵提高了液化率； ⑶回收了部分功。 第二章 制冷工作原理 2.1 制冷裝置 制冷系統(tǒng)大致分為四個(gè)大塊，即壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、冷凝器。如圖（2.1）所示。 圖（2.1） 制冷系統(tǒng) 1、壓縮機(jī) 制冷壓縮機(jī)是制冷裝

34、置中最主要的設(shè)備，通常稱為制冷裝置中的主機(jī)。制冷劑蒸氣從低壓提高為高壓以及汽體的不斷流動(dòng)、輸送，都是借助于制冷壓縮機(jī)的工作來(lái)完成的，也就是說，制冷壓縮機(jī)的作用是：１、從蒸發(fā)器中吸取制冷劑蒸氣，以保證蒸發(fā)器內(nèi)一定的蒸發(fā)壓力。２、提高壓力，將低壓低溫的制冷劑蒸氣壓縮成為高壓高溫的過熱蒸氣，以創(chuàng)造在較高溫度（如夏季35℃左右的氣溫）下冷凝的條件 。３、輸送并推動(dòng)制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，完成制冷循環(huán)。 我們現(xiàn)在使用的就是螺桿壓縮機(jī)，螺桿壓縮機(jī)是靠氣缸中一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子相互嚙合旋轉(zhuǎn)，造成由齒型空間的基元容積的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑氣體的壓縮。 我們現(xiàn)在使用的就是螺桿壓縮機(jī)，螺桿壓縮機(jī)是靠氣缸中一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子相互嚙

35、合旋轉(zhuǎn)，造成由齒型空間的基元容積的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑氣體的壓縮。 2冷凝器 （1）空氣冷卻式（又叫風(fēng)冷式）：在這類冷凝器中，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。空氣可以是自然對(duì)流，也可以利用風(fēng)機(jī)作強(qiáng)制流動(dòng)。這類冷凝器系用于氟利昂制冷裝置在供水不便或困難的場(chǎng)所。 （2）水—空氣冷卻式：在這類冷凝器中，制冷劑同時(shí)受到水和空氣的冷卻，但主要是依靠冷卻水在傳熱管表面上的蒸發(fā)，從制冷劑一側(cè)吸取大量的熱量作為水的汽化潛熱，空氣的作用主要是為加快水的蒸發(fā)而帶走水蒸氣。所以這類冷凝器的耗水量很少，對(duì)于空氣干燥、水質(zhì)、水溫低而水量不充裕的地區(qū)乃是冷凝器的優(yōu)選型式。這類冷凝器按其結(jié)構(gòu)型式的不同又可分為蒸發(fā)式和淋激式

36、兩種。 3、節(jié)流閥 起節(jié)流降壓的作用，經(jīng)冷凝器冷凝后的高壓制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流閥時(shí)，因受阻而使壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體氣化，同時(shí)吸收氣化潛熱，其本身溫度也相應(yīng)降低，成為低溫低壓的濕蒸汽，然后進(jìn)入蒸發(fā)器。 4、蒸發(fā)器 蒸發(fā)器也是一種熱交換器,是使低壓、低溫制冷劑液體在沸騰過程中吸收被冷卻介質(zhì)(空氣、水、鹽水或其他載冷劑)的熱量,從而達(dá)到制冷的目的[9]。 2.2 幾種常見的制冷原理 2.21 冰箱制冷 冰箱并不是“制造冷氣的機(jī)器”，而是一種用來(lái)吸收食品中的熱量的裝置。它利用稱為“制冷劑”的液體，將食品中的熱量“抽取”出來(lái)并轉(zhuǎn)移到冰箱外面。制冷劑通過冰箱的一系列裝置流動(dòng)，

37、主要包括3個(gè)基本的部件：壓縮機(jī)冷凝器和蒸發(fā)器，并不斷重復(fù)同一個(gè)制冷循環(huán)（近似卡諾循環(huán)）[7]。 除少數(shù)環(huán)保冰箱外，現(xiàn)在普通家用冰箱的制冷劑大多還是氟利昂（主要是二氯二氟甲烷），它儲(chǔ)存在冰箱的專用容器中。當(dāng)冰箱開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)開始工作，吸入處于低壓和常溫狀態(tài)下的氟利昂蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓（約10幾個(gè)大氣壓）的蒸氣。這些處于高溫高壓狀態(tài)下的氟利昂蒸氣離開壓縮機(jī)后被送往冷凝器。冷凝器是一種被多次彎曲的管子，被稱為“蛇形管”，一般是安裝在冰箱背后。由于進(jìn)入冷凝器的氟利昂蒸氣的溫度比室溫要高，熱量就通過蛇形管的管壁向外散發(fā)，這樣氟利昂蒸氣的溫度就降低了并從氣態(tài)冷凝成液態(tài)，隨后它

38、離開冷凝器流向蒸發(fā)器。蒸發(fā)器由另一個(gè)蛇形管構(gòu)成，同冰箱的內(nèi)部接觸。這個(gè)蛇形管比冷凝器的蛇形管要細(xì)一些，因此氟利昂的流動(dòng)速度就加快了，隨之而來(lái)的就是壓力驟然下降---這符合所謂的伯努利原理。由于在蒸發(fā)器中壓力急劇降低，氟利昂便劇烈蒸發(fā)，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)[11]，伴隨著一過程的是溫度降低。由于熱量總是從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，所以冰箱中較熱的食物就將熱量轉(zhuǎn)移到流動(dòng)著氟利昂氣體的蛇形管上，從而達(dá)到制冷的目的的。在經(jīng)歷一個(gè)過程之后，制冷劑氟利昂又重復(fù)上一個(gè)過程，這就是一個(gè)周而復(fù)始的循環(huán)。 由于氟利昂會(huì)破壞臭氧層，現(xiàn)在已經(jīng)被逐漸淘汰，改用其他的制冷劑，但它們的制冷原理都是一樣的。 冰箱主要有兩

39、種類型。一種是像家用冰箱那樣的立式冰箱，另一種是通常為商店采用的柜式冰箱即冰柜。柜式冰箱用起來(lái)不方便，但比前一種效率更高。事實(shí)上，每次打開家用冰箱的門時(shí)，由于冷空氣比重大，大量冷空氣會(huì)向下流動(dòng)并被熱空氣替代。但這種現(xiàn)象是不會(huì)在柜式冰箱上發(fā)生的，而且柜式冰箱的優(yōu)點(diǎn)還在于它很少有除霜的必要。 2.22 空調(diào)制冷 壓縮機(jī)將氣態(tài)的氟利昂壓縮為高溫高壓的液態(tài)氟利昂，然后送到冷凝器（室外機(jī)）散熱后成為中溫中壓的液態(tài)氟利昂，所以室外機(jī)吹出來(lái)的是熱風(fēng)。 液態(tài)的氟利昂經(jīng) 毛細(xì)管，進(jìn)入蒸發(fā)器（室內(nèi)機(jī)），空間突然增大，壓力減小，液態(tài)的氟利昂就會(huì)汽化，（從液態(tài)到氣態(tài)是個(gè)吸熱的過程），吸收大量的熱量，蒸發(fā)器就

40、會(huì)變冷，室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣從蒸發(fā)器中吹過[13]，所以室內(nèi)機(jī)吹出來(lái)的就是冷風(fēng)；空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會(huì)凝結(jié)成水滴，順著水管流出去，這就是空調(diào)會(huì)出水的原因。 然后氣態(tài)的氟利昂回到壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮，繼續(xù)循環(huán)。 制熱的時(shí)候有一個(gè)叫四通閥的部件，使氟利昂在冷凝器與蒸發(fā)器的流動(dòng)方向與制冷時(shí)相反，所以制熱的時(shí)候室外吹的是冷風(fēng)，室內(nèi)機(jī)吹的是熱風(fēng)。 其實(shí)就是用的初中物理里學(xué)到的液化（由氣體變?yōu)橐簯B(tài)）時(shí)要排出熱量和汽化（由液體變?yōu)闅怏w）時(shí)要吸收熱量的原理[2]。 值得我們特別提出的是溴化鋰空調(diào)，與壓縮式空調(diào)不同，吸收式制冷使用的工質(zhì)通常是一種二元溶液，由沸點(diǎn)不同的兩種物質(zhì)所組成。其中低沸點(diǎn)的物質(zhì)

41、為制冷劑，高沸點(diǎn)的物質(zhì)為吸收劑。因此，二元溶液又稱為制冷劑——吸收劑工質(zhì)對(duì)。所謂二元溶液，是指兩種互不起化學(xué)作用的物質(zhì)組成的混合物。這種均勻混合物的各種物理性質(zhì)（如壓力、溫度、濃度等）在整個(gè)混合物中各處都完全一致，不能用純機(jī)械的沉淀或離心方式將它們分離成原組成物質(zhì)。 其制冷原理分為兩部分 1、二元溶液在發(fā)生器內(nèi)被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生出制冷劑蒸汽在冷凝器中被冷凝為冷劑液體。液態(tài)冷劑經(jīng)U形管節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器在低壓條件下噴淋，液態(tài)冷劑蒸發(fā)，吸收冷媒熱量，產(chǎn)生制冷效果。 2、發(fā)生器流出的濃溶液，經(jīng)熱交換器降溫、降壓后自流進(jìn)入吸收器，與吸收器原溶液混合成為中間濃度的濃溶液。中間濃度溶液被吸

42、收器泵輸送并噴淋，吸收從蒸發(fā)器出來(lái)的制冷劑蒸汽變?yōu)橄∪芤?。稀溶液由發(fā)生器泵送達(dá)發(fā)生器，重新被熱源產(chǎn)生制冷劑蒸汽再次形成濃溶液，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。 總結(jié)：綜合所述任何制冷設(shè)備都有四大部分組成（壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置），制冷劑在制冷機(jī)內(nèi)通過物理狀態(tài)變化從而吸收或釋放熱量達(dá)到制冷或制熱的效果。 第三章 制冷劑 3.1 制冷劑的歷史 3.11 第一階段 早期制冷劑及其優(yōu)缺點(diǎn) 早期的制冷劑（1830-1930年），1834年帕金斯第一次開發(fā)蒸汽壓縮制冷循環(huán)，其制冷劑為二乙醚（乙基醚），后來(lái)又有CO2、SO2等作為制冷劑，然而它們多數(shù)是可燃的或有毒的，或

43、者兩者兼有，甚至有很強(qiáng)的腐蝕性和不穩(wěn)定性，經(jīng)常發(fā)生事故。因此制冷劑的注意力轉(zhuǎn)向安全性能方面。 CO2（二氧化碳）制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)、1．CO2是天然物質(zhì)，ODP=0，GWP=1。使用CO2作為制冷工質(zhì)，對(duì)大氣臭氧層沒有破壞作用，可以減少全球溫室效應(yīng)，來(lái)源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節(jié)約能源，從根本上解決化合物對(duì)環(huán)境的污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 　　2、CO2安全無(wú)毒、不可燃，并具有良好的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下也不會(huì)分解出有害的氣體。萬(wàn)一泄漏對(duì)人體、食品、生態(tài)都無(wú)損害。 　　3、CO2具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱物性。分子量小，制冷能力大，0℃的單位制冷量比常規(guī)制冷

44、劑高5～8倍，因而對(duì)于相同冷負(fù)荷的制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊；潤(rùn)滑條件容易滿足，對(duì)制冷系統(tǒng)常見材料無(wú)腐蝕，可以改善開啟式壓縮機(jī)的密封性能，減少泄漏。 　　4、CO2黏度小，0℃時(shí)CO2飽和液體的運(yùn)動(dòng)黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%[5]，流體的流動(dòng)阻力小，傳熱性能比CFC類制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機(jī)的散熱。 缺點(diǎn)：1．CO2臨界壓力較高（7.38MPa），因此CO2跨臨界制冷循環(huán)的工作壓力較傳統(tǒng)的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統(tǒng)制冷工質(zhì)CFC或HCFC系統(tǒng)壓力的６～８倍。2．CO2單級(jí)壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù)COP比相同

45、溫度條件下的R12、R22、R134a等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。 3.12 第二階段 氟利昂階段及其優(yōu)缺點(diǎn) 1931年梅杰雷從眾多碳?xì)浠衔镏羞x出R12，隨后一系列鹵代烴[3]制冷劑相繼出現(xiàn)，這些物質(zhì)性能優(yōu)良、無(wú)毒、不燃，能適應(yīng)不同的溫度區(qū)域，顯著地改善了制冷劑的性能。幾種制冷劑在空調(diào)中變得很普遍，包括CFC11、CFC12、CFC113、CFC114和HCFC22。到1970年代中期，對(duì)臭氧層變薄的關(guān)注浮出水面。這導(dǎo)致了1987年蒙特利爾議定書的通過，議定書要求淘汰CFC和HCFC族。新的解決方案是開發(fā)HFC族，來(lái)?yè)?dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。HCFC族作為過渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰

46、。 氟利昂制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn)： 常見的氟利昂制冷劑有氟利昂12（CF2CL2，R12）、氟利昂-13（分子式CClF3）、氟利昂22（CHF2CL，R22）、氟里昂502（R502）、氟利昂134a（C2H2F4，R134a）、氟利昂R407C、氟利昂R410A、氟利昂R600a（C4H10）。 氟利昂12（CF2CL2，R12） 氟利昂12是氟利昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，CFC制冷劑，主要以中、小型食品庫(kù)、家用電冰箱以及水、路冷藏運(yùn)輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。R12具有較好的熱力學(xué)性能，冷藏壓力較低，采用風(fēng)冷或自然冷凝壓力約0.8-1.2KPa。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29℃，屬中

47、溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機(jī)可獲得-70℃的低溫。而對(duì)大型離心式壓縮機(jī)可獲得-80℃的低溫。電冰箱的代替冷媒R134a。 氟利昂-13 氟利昂-13，分子式CClF3，分子量104.46。學(xué)名三氟一氯甲烷。熔點(diǎn)-182℃、沸點(diǎn)-82℃、密度（-130℃）1.703克/厘米3。無(wú)色氣體[2]。 氟利昂22（CHF2CL，R22） HCFC制冷劑，是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以家用空調(diào)和低溫冰箱中采用。R22的熱力學(xué)性能與氨相近。標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為-40.8℃，通常冷凝壓力不超過1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。R22的單位容積比R12約高60%，其低溫時(shí)單位容

48、積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。對(duì)大型空調(diào)冷水機(jī)組的冷媒大都采用R134a來(lái)代替。 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與R115．R22相比具有更好的熱力學(xué)性能，更適用于低溫。R502的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-45.6℃，正常工作壓力與R22相近。在相同的工況下的單位容積制冷量比R22大，但排氣溫度卻比R22低。R502用于全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發(fā)溫度可低達(dá)-55℃。R502在冷藏柜中使用較多。 氟利昂R600a（C4H10） 氟利昂R600a（C4H10）即2-甲基丙烷(異丁烷)，屬于CH類制

49、冷劑A3類物質(zhì)，充灌量很少時(shí)可用作冰箱制冷劑，具有節(jié)能、低噪、對(duì)大氣無(wú)破壞的優(yōu)勢(shì)，但其易燃、易爆、安全性差。 氟利昂制冷劑是一種透明、無(wú)味、低毒、不易燃燒、爆炸和化學(xué)性穩(wěn)定的制冷劑。不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的氟里昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機(jī)，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。 氟利昂134a（C2H2F4，R134a） 氟利昂134a是一種較新型的制冷劑，HFC制冷劑，其蒸發(fā)溫度為-26.5℃。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與R12相似，不會(huì)破壞空氣中的臭氧層，是鼓吹的環(huán)保冷媒，但會(huì)造成溫室效應(yīng)。是比較理想的R12替代制冷劑。 氟利昂R407C 氟利昂R407C是一種新型

50、環(huán)保制冷劑，HFC制冷劑，由二氟甲烷R32(CH2F2)，五氟乙烷R125(C2HF5)，四氟乙烷R134a(C2H2F4)以23%，25%，52%的質(zhì)量百分比混合而成的非共沸制冷劑，溫度滑移較高。 氟利昂R410A 氟利昂R410A是一種新型環(huán)保制冷劑，HFC制冷劑，由二氟甲烷R32(CH2F2)，五氟乙烷R125(C2HF5)以50%，50%的質(zhì)量百分比混合而成的非(近)共沸制冷劑，溫度滑移較小，發(fā)生相變時(shí)兩組分比例基本保持恒定，物性接近單組分制冷劑。工作壓力為普通R22空調(diào)的1.6倍左右，制冷（熱）效率更高，不破壞臭氧層。另外，采用新冷媒的空調(diào)在性能方面也會(huì)有一定的提高。R410A是

51、目前為止國(guó)際公認(rèn)的用來(lái)替代R22最合適的的冷媒，并在歐美，日本等國(guó)家得到普及。 優(yōu)點(diǎn)：氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有不燃、低毒、介電常數(shù)低、臨界溫度高、易液化等特性。 缺點(diǎn)：大部分氟利昂難以分解，如若排放到大氣內(nèi)，會(huì)破壞臭氧層，引起臭氧層空洞。氟利昂對(duì)水的溶解性小，制冷裝置中進(jìn)入水分后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，并容易造成低溫系統(tǒng)的“冰堵”，堵塞節(jié)流閥或管道。 氟利昂置換方法：置換法主要用于生產(chǎn)R-11．R-12．R-22．R-21．R-13．R-113和R-114等。此法有液相法和氣相法兩種：①液相法技術(shù)較成熟，溫度易控制，副產(chǎn)物少，是工業(yè)上采用的主要方法。所用的鹵化銻催化劑（固體催化劑）壽命也較長(zhǎng)（約

52、1～2年，每2～3個(gè)月需進(jìn)行一次再生和補(bǔ)充）。根據(jù)原料和目的產(chǎn)品的不同而采取不同的反應(yīng)溫度(一般為45～200℃)和壓力(最高可達(dá) 3.5MPa)，以促使反應(yīng)在均相下進(jìn)行。不同的氯代烴原料可以制得不同的氟化合物，如以四氯化碳為原料，可以生產(chǎn)R-11和R-12；以三氯甲烷為原料，可以生產(chǎn)R-22；以四氯乙烯為原料可以生產(chǎn)R-113和R-114。反應(yīng)生成物一般要經(jīng)水洗、堿洗、干燥、壓縮和蒸餾等后處理，才制得純品。②氣相法使用裝有氟化鋁、氟化鉻和氟氧化鉻催化劑的固體床反應(yīng)器或流體床反應(yīng)器，其后處理與液相法相似。 3.13 第三階段 無(wú)氟綠色環(huán)保制冷劑及其優(yōu)缺點(diǎn) 到1970年代中期，對(duì)臭氧層變薄

53、的關(guān)注浮出水面。這導(dǎo)致了1987年蒙特利爾議定書的通過，議定書要求淘汰CFC和HCFC族[12]。新的解決方案是開發(fā)HFC族，來(lái)?yè)?dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。HCFC族作為過渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰。新型的替代制冷劑主要包括人工合成型和天然型兩大類，有單一工質(zhì)和混合工質(zhì)兩個(gè)方面，混合工質(zhì)又可分為共沸混和物、近共沸混和物和非共沸混和物三種。常用的替代物有R134a，R407c，R410a，氨，CO2，R600a等碳?xì)浠衔铩? 幾種常見的新型制冷劑的特性： 1、CO2制冷劑 在常用的自然工質(zhì)中,CO2最具競(jìng)爭(zhēng)力,在可燃性和毒性有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合,CO2是最理想的。CO2制冷劑是一種安全無(wú)毒、不可燃的

54、自然工質(zhì),不破壞臭氧層,溫室效應(yīng)系數(shù)GWP=1,價(jià)格低廉,不需回收,可降低設(shè)備報(bào)廢處理成本。CO2的熱力性質(zhì)很好,單位容積制冷量為人工制冷劑的3~10倍。經(jīng)過汽車空調(diào)的實(shí)驗(yàn),CO2系統(tǒng)的效率雖比R12系統(tǒng)的效率低一些，但是CO2系統(tǒng)的效率提高具有很大的潛力。因此CO2系統(tǒng)成為新一代制冷劑中關(guān)注的重點(diǎn)。2008年1月29日至30日在日本東京召開了提名為“2008年汽車空調(diào)展望一更舒適的車倉(cāng)和地球環(huán)境”的會(huì)議。會(huì)議主要涉及汽車空調(diào)發(fā)展技術(shù)和環(huán)境問題。如今,汽車空調(diào)可選擇的替代制冷劑可為R152a,CO2和R1234yf。美國(guó)Andersen認(rèn)為,R152a和CO2將首先得到美國(guó)SNAP的正式批準(zhǔn),

55、并首先允許在北美市場(chǎng)汽車空調(diào)中使用,而對(duì)于R1234y,f他認(rèn)為間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)將更加安全可靠[10]。對(duì)于我國(guó),R152a、丙烷、異丁烷等即近自然工質(zhì)和自然工質(zhì)CO2將是解決制冷劑間題的最佳選擇。 以汽車空調(diào)工況為例,本文進(jìn)行了空氣冷卻系統(tǒng)性能的模擬計(jì)算。對(duì)于直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),選擇蒸發(fā)溫度范圍為-5℃~5℃,對(duì)于間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),選擇當(dāng)量蒸發(fā)溫度(即冷卻液的平均工作溫度)范圍為-5℃~5℃,實(shí)際蒸發(fā)溫度約為-8℃~2℃,冷凝溫度都是60℃,且系統(tǒng)的容量相同由于R1234yf的熱物性和R134a相近,根據(jù)目前的測(cè)試結(jié)果,R1234yf的制冷能力約是R134a的938%,R1234yf的COP

56、約是R134a的95. 4%,因此, R1234yf的模擬結(jié)果是根據(jù)R134a近似計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明, R152a的間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的COP與R134a的直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)相差不大,而比R1234yf的直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)高;CO2的壓縮比約是R134a的50%; CO2的單位容積制冷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他制冷劑,使得整套系統(tǒng)的體積小。對(duì)于汽車空調(diào),R152a的替代成本主要來(lái)自于制冷劑的價(jià)格差和二次循環(huán)系統(tǒng)的初投資。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的R152a的價(jià)格大約是R134a的1. 3倍,而系統(tǒng)的初投資問題會(huì)隨著優(yōu)化和批量生產(chǎn)逐漸減小,因此,我們認(rèn)為R152a是低成本的替代工質(zhì)。 對(duì)于CO2用于汽車空調(diào)系統(tǒng),國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)

57、還不成熟,如壓縮機(jī),有待于進(jìn)一步的研發(fā);挪威的SINTBF則一直致力于CO2技術(shù)的研究并支持其在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用;德國(guó)的VDA也支持用CO2作為汽車空調(diào)用制冷劑;在日本, CO2汽車空調(diào)的樣機(jī)已研發(fā)成功,隨時(shí)準(zhǔn)備替換[1]。 優(yōu)點(diǎn)：新型的制冷劑大多是不會(huì)破壞臭氧層，相反可能有助于改善環(huán)境。 缺點(diǎn)：少數(shù)新型制冷劑仍有負(fù)面影響，例如產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體，也有些制冷劑效率不是很高，成本偏高等不足。 3.2 我國(guó)制冷劑市場(chǎng)情況 我國(guó)市場(chǎng)上R22的市場(chǎng)占有率依然很高，依然是市場(chǎng)的主流。今年以來(lái)R22的價(jià)格一直處于低價(jià)徘徊的階段。由于國(guó)外很多地區(qū)已經(jīng)禁止R22的生產(chǎn)，因此目前國(guó)外市場(chǎng)的R22的

58、需求量逐漸增大，國(guó)內(nèi)則由于空調(diào)行業(yè)目前發(fā)展處于低谷期，R22的需求明顯呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。據(jù)了解，R22屬于傳統(tǒng)的制冷劑，目前來(lái)說其制冷的效果是最佳的。日前，國(guó)家工業(yè)和信息化部近日公布2012年第14號(hào)公告，其中公告目錄第9條，要求淘汰以CFCS(氯氟烴)為制冷劑的制冷空調(diào)產(chǎn)品，R22也將在2020年全部淘汰?？照{(diào)制冷大市場(chǎng)的專家分析，到2020年R22制冷劑將會(huì)完全退出在產(chǎn)品上的應(yīng)用，但是由于R22是很多制冷劑的基礎(chǔ)原料，一些混合型制冷劑的配比中需要加入R22，因此R22的量雖然會(huì)有一定的限制，但是不可能完全停產(chǎn)。制冷劑的替代之路一直在進(jìn)行，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新型的壓縮機(jī)制冷劑替代品—CnH(

59、2n+2)。 R134a現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在汽車空調(diào)領(lǐng)域，冰箱領(lǐng)域也有小部分涉及?？照{(diào)制冷大市場(chǎng)專家預(yù)計(jì)，明年全世界的R134a的需求將到達(dá)16萬(wàn)噸左右，明年生產(chǎn)R134a的廠家產(chǎn)能將達(dá)到25萬(wàn)噸左右。R134a作為目前使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，由于HFC-134a良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的CFC-12的替代品，主要應(yīng)用于在使用R12制冷劑的多數(shù)領(lǐng)域。R134a不會(huì)破壞臭氧，但是能夠造成溫室效應(yīng)，因此不屬于純粹意義上的環(huán)保制冷劑。 第四章：制冷劑的展望 4.1 現(xiàn)階段使用的制冷劑 由于需要減少環(huán)境

60、污染[4]，我們必須尋找一種新型環(huán)保制冷劑，然后對(duì)于新型制冷劑，我們?nèi)杂写龑?shí)驗(yàn)，相比之下，現(xiàn)階段使用的制冷劑才更顯得優(yōu)越，現(xiàn)就現(xiàn)階段制冷劑R22和新型制冷劑R134a進(jìn)行比較[5]。 1、R134a的全球變暖潛能值(GWP)為0.25， R22為0.36 ，同屬于溫室氣體。 2、R134a的消耗臭氧潛能值(ODP)為0， R22為0.06， 這是R134a成為環(huán)保型制冷劑的理由。 3、R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸發(fā)潛熱小，因此R134a機(jī)組的冷凍能力僅為R22機(jī)組的60% 。按單位制冷量?jī)r(jià)格計(jì)算，R22機(jī)組的價(jià)格約為R134a機(jī)組的60%左右。 4、R134a的熱

61、傳導(dǎo)率比R22下降10%，因此R134a機(jī)組的換熱器的換熱面積需要更大。 5、R134a的吸水性很強(qiáng)，是R22的20倍，因此對(duì)機(jī)組系統(tǒng)中干燥器的要求更高，以避免發(fā)生冰堵現(xiàn)象。 6、R134a比 R22對(duì)橡膠類物質(zhì)的膨潤(rùn)作用較強(qiáng)，在實(shí)際運(yùn)行中冷媒泄漏率較高。另外對(duì)銅的腐蝕性較強(qiáng)，使用過程中會(huì)發(fā)生“鍍銅現(xiàn)象”，因此系統(tǒng)中必須增加添加劑。 7、R134a系統(tǒng)需要專用的壓縮機(jī)及專用的脂類潤(rùn)滑油，脂類潤(rùn)滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高擴(kuò)散性，在系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性上劣于R22系統(tǒng)所使用的礦物油。 8、R134a等HFCs類冷媒及其專用脂類油的價(jià)格高于R22，設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本更高。 被稱為環(huán)保

62、制冷劑的 HFCs類的其他制冷劑如R410A、 R440A、R407C，雖然在效率方面優(yōu)于R134a，但同樣存在工作壓力太高、對(duì)管道部件最適化和耐壓要求高、須改進(jìn)換熱器和機(jī)組設(shè)計(jì)、投資運(yùn)行維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，在大型制冷機(jī)組的應(yīng)用方面現(xiàn)階段還不適應(yīng)我國(guó)的基本國(guó)情，這就是國(guó)際公約中對(duì)發(fā)展中國(guó)家放寬使用HCFCs年限的原因，也是發(fā)展中國(guó)家集體努力爭(zhēng)取的結(jié)果[6]。 綜上所述，在短期內(nèi)理想的制冷劑是不存在的，在我國(guó)現(xiàn)階段R22制冷劑與R134a類環(huán)保制冷劑相比，仍然具有高效、穩(wěn)定、價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，在大型制冷機(jī)組的應(yīng)用方面還將處于優(yōu)勢(shì)地位，在理想的制冷劑出世之前，R22制冷劑還可以被消費(fèi)到2040年。 4

63、.2 理想制冷劑 理想的制冷劑：無(wú)毒、不爆炸、對(duì)金屬及非金屬無(wú)腐蝕作用、不燃燒、泄漏時(shí)易于察覺、化學(xué)性安定、對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)破壞性、具有較的蒸發(fā)潛熱、對(duì)環(huán)境無(wú)害 。是一種容易吸熱變成氣體，又容易放熱變成液體的物質(zhì)。 理想制冷劑所具有的物理特性: 1、蒸發(fā)潛熱要大 表示使用較少的制冷劑便可以吸收大量的熱量。 2、臨界溫度要高 表示制冷劑凝結(jié)溫度高，則可以用常溫的空氣或水來(lái)冷卻制冷劑而達(dá)到凝結(jié)液化的作用。 3、冷凝壓力要低 冷凝壓力低，表示用較低壓力即可將制冷劑液化，壓縮機(jī)之壓縮比小，可節(jié)省壓縮機(jī)之馬力。 4、凝固溫度要低 制冷劑之凝固點(diǎn)要低，否則冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)凍結(jié)而無(wú)法

64、循環(huán)。 5、氣態(tài)制冷劑之比容積要小 氣態(tài)制冷劑之比容積愈小愈好，則壓縮機(jī)之容積可縮小使成本降低，且吸氣管及排氣管可以用較小的配管。 6、液態(tài)制冷劑之密度要高 液態(tài)制冷劑之密度越高，則液管可用較小配管 4.3 對(duì)制冷劑前景預(yù)測(cè) 為了保護(hù)環(huán)境，減小溫室效應(yīng)，那么制冷劑的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)符合兩方面的要求：一是環(huán)保；第二是節(jié)能環(huán)保?？v觀制冷劑的發(fā)展歷史，我們不難看出環(huán)保是其中的決定性因素。未來(lái)的制冷劑不論是天然的還是合成的，首先都應(yīng)是環(huán)保的，這樣才不會(huì)被淘汰。但是最好還是采用天然的制冷劑，對(duì)環(huán)境沒有危害也節(jié)省能源。 隨著人們生活水平不斷提高，對(duì)空調(diào)設(shè)備的需求也會(huì)越來(lái)越大。而每年的用電高峰空調(diào)

65、耗能也是很大的一項(xiàng)，而電能的產(chǎn)生又要消耗大量的礦石能源，帶來(lái)更嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。因此，我們除了改進(jìn)制冷技術(shù)外，還可以從制冷劑出發(fā)研究新型節(jié)能制冷劑，從而降低能耗。 根據(jù)目前情況，在國(guó)際市場(chǎng)上，目前發(fā)達(dá)國(guó)家將含氟量為低級(jí)的制冷劑作為含氟量為低級(jí)的制冷劑的替代品。但是其只是過渡產(chǎn)品，并不是完美替代品，因?yàn)楹繛榈图?jí)的制冷劑雖對(duì)臭氧層破壞為零，但其造成的溫室效應(yīng)依然嚴(yán)重，未來(lái)無(wú)氟制冷劑將是發(fā)展趨勢(shì)。 總結(jié) 本文在給出制冷的定義和制冷的發(fā)展的基礎(chǔ)上，引出與本文的主題，即制冷劑。但本文卻不是一味介紹制冷劑，通過闡述一些與制冷劑相關(guān)聯(lián)的概念，再回到我們本文要講述的重點(diǎn)制冷劑

66、上，這樣既方便大家一目了然，也有助于大家對(duì)制冷劑以及一些相關(guān)的概念清晰。 本文通過講述制冷的發(fā)展，包括制冷的技術(shù)發(fā)展和制冷應(yīng)用領(lǐng)域的介紹，讓大家都制冷有個(gè)概念，然后引入循環(huán)這一概念，為方便大家理解，通過一些生活中常見的制冷循環(huán)以及該循環(huán)的一些介紹，使大家對(duì)制冷更深入的認(rèn)識(shí)，接著闡述制冷的工作原理，主要講述制冷裝置，然后通過對(duì)常見的空調(diào)制冷以及電冰箱制冷的了解，這樣既讓我們對(duì)制冷循環(huán)更深入的了解，同時(shí)也為我們本文的主題做鋪墊，接下來(lái)是講制冷劑，也就是本文的主題。通過對(duì)不同時(shí)期，不同制冷劑的了解，是我們更加的認(rèn)識(shí)制冷劑，最后是制冷的展望，通過對(duì)制冷劑發(fā)展趨勢(shì)的了解，提出自己對(duì)制冷的發(fā)展的期望。 社會(huì)在發(fā)展，許多新興企業(yè)正在建立，我堅(jiān)信未來(lái)的制冷領(lǐng)域一定非常廣泛，此時(shí)，新型制冷劑的開發(fā)迫在眉睫，既能不破壞環(huán)境，又能提高制冷效率的環(huán)保型制冷劑一定可以替代現(xiàn)使用的制冷劑。 致 謝 在文章即將結(jié)束之際，我要對(duì)我的指導(dǎo)老師陳宏偉老師表示衷心的感謝，本文是在陳老師的一手指導(dǎo)下完成的。陳老師是一位非常敬業(yè)、值得我