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正文內(nèi)容

制冷劑的發(fā)展與概述畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-04-02 16:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 場所。 ( 2) 水 —空氣冷卻式:在這類冷凝器中,制冷劑同時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。所以這類冷凝器東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 正文 11 的耗水量很少,對于空氣干燥、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)式和淋激式兩種。 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,因受阻而使壓力下降,導(dǎo)致部分制冷劑液體氣化,同時吸收氣化潛熱,其本身溫度也相應(yīng)降低,成 為低溫低壓的濕蒸汽,然后進入蒸發(fā)器。 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 ,從而達到制冷的目的 [9]。 幾種常見的制冷原理 冰箱制冷 冰箱并不是“制造冷氣的機器”,而是一種用來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”出來并轉(zhuǎn)移到冰箱外面。制冷劑通過冰箱的一系列裝置流動,主要包括 3個基本的部件:壓縮機冷凝器和蒸發(fā)器,并不斷重復(fù)同一個制冷循環(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),它儲存在冰箱的專用容器中。當冰箱開始運轉(zhuǎn)時,電動機帶動壓縮機開始工作,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),隨后它離開冷凝器 流向蒸發(fā)器。蒸發(fā)器由另一個蛇形管構(gòu)成,同冰箱的內(nèi)部接觸。這個蛇形管比冷凝器的蛇形管要細一些,因此氟利昂的流動速度就加快了,隨之而來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)移到流動著氟利昂氣體的蛇形管上,從而達到制冷的目的的。在經(jīng)歷一個過程之后,制冷劑氟利昂又重復(fù)上一個過程,這就是一個周而復(fù)始的循環(huán)。 由于氟利昂會破壞臭氧層,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。柜式冰箱用起來不方便,但比前一種效率更高。事實上,每次打開家用冰箱的門時,由于冷空氣比重大,大量冷空氣會向下流動并被熱空氣替代。但這種現(xiàn)象是不會在柜式冰箱上發(fā)生的,而且柜式冰箱的優(yōu)點還在東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 正文 12 于它很少有除霜的必要。 空調(diào)制冷 壓縮機將氣態(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)散熱后成為中溫中壓的液態(tài)氟利昂,所以室外機吹出來的 是熱風(fēng)。 液態(tài)的氟利昂經(jīng) 毛細管,進入蒸發(fā)器(室內(nèi)機),空間突然增大,壓力減小,液態(tài)的氟利昂就會汽化,(從液態(tài)到氣態(tài)是個吸熱的過程),吸收大量的熱量,蒸發(fā)器就會變冷,室內(nèi)機的風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣從蒸發(fā)器中吹過 [13],所以室內(nèi)機吹出來的就是冷風(fēng);空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會凝結(jié)成水滴,順著水管流出去,這就是空調(diào)會出水的原因。 然后氣態(tài)的氟利昂回到壓縮機繼續(xù)壓縮,繼續(xù)循環(huán)。 制熱的時候有一個叫四通閥的部件,使氟利昂在冷凝器與蒸發(fā)器的流動方向與制冷時相反,所以制熱的時候室外吹的是冷風(fēng),室內(nèi)機吹的是熱風(fēng)。 其實 就是用的初中物理里學(xué)到的液化(由氣體變?yōu)橐簯B(tài))時要排出熱量和汽化(由液體變?yōu)闅怏w)時要吸收熱量的原理 [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,由沸點不同的兩種物質(zhì)所組成。其中低沸點的物質(zhì)為制冷劑,高沸點的物質(zhì)為吸收劑。因此,二元溶液又稱為制冷劑 —— 吸收劑工質(zhì)對。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)在整個混合物中各處都完全一致,不能用純機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 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。 發(fā)生器流出的濃溶液,經(jīng)熱交換器降溫、降壓后自流進入吸收器,與吸收器原溶液混合成為中間濃度的濃溶液。中間濃度溶液被吸收器泵輸送并噴淋,吸收從蒸發(fā)器出來的制冷劑蒸汽變?yōu)橄∪芤?。稀溶液由發(fā)生器泵送達發(fā)生器,重新被熱源產(chǎn)生制冷劑蒸汽再次形成濃溶液,進入下一個循環(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、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置),制冷劑在制冷機內(nèi)通過物理狀態(tài)變化從而吸收或釋放熱量達到制冷或制熱的效果。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 正文 13 第三章 制冷劑 制冷劑的歷史 第一階段 早期制冷劑及其優(yōu)缺點 早期的制冷劑( 18301930 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),后來又有 CO SO2 等作為制冷劑,然而它們多數(shù)是可燃的或有毒的,或者兩者兼有,甚至有很強的腐蝕性和不穩(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 優(yōu)點、 1. CO2 是天然物質(zhì), ODP=0, GWP=1。使用 CO2 作為制冷工質(zhì),對大氣臭氧層沒有破壞作用,可以減少全球溫室效應(yīng),來源廣泛,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環(huán)境的污染問題,具有良好的經(jīng)濟性。 CO2 安全無毒、不可燃,并具有良好的熱穩(wěn)定性,即使在高溫下也不會分解出有害的氣體。萬一泄漏對人體、食品、生態(tài)都無損害。 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)制冷劑高 5~ 8 倍,因而對于相同冷負荷的制冷系統(tǒng),壓縮機的尺寸可以明顯減小,重量減輕,整個系統(tǒng)非常緊湊;潤滑條件容易滿足,對制冷系統(tǒng)常見材料無腐蝕,可以改善開啟式壓縮機的密封性能,減少泄漏。 CO2 黏度小, 0℃ 時 CO2 飽和液體的運動黏度只是 NH3 的 %、 R12 的%[5],流體的流動阻力小,傳熱性能比 CFC 類制冷劑更好,可以改善全封閉制冷壓縮機的散熱 。 缺點: 1. CO2 臨界壓力較高( ),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 壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù) COP 比相同溫度條件下的 R1 R2 R134a 等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。 第二階段 氟利昂階段及其優(yōu)缺點 1931 年梅杰雷從眾多碳氫化合物中選出 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 CFC1 CFC1 CFC11CFC114 和 HCFC22。到 1970 年代中期,對臭氧層變薄的關(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,來擔(dān)當制冷劑的主要角色。 HCFC 族作為過渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 正文 14 氟利昂制冷劑的優(yōu)缺點: 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、家 用電冰箱 以及水、路冷藏運輸?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 。R12 的標準蒸發(fā)溫度為 29℃ ,屬中溫制冷劑,用于中、小 型活塞式壓縮機 可獲得 70℃ 的低溫。而對 大型離心式壓縮機 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 。學(xué)名三氟一氯甲烷。熔點 182℃ 、沸點 82℃ 、密度( 130℃ ) 克 /厘米 3。無色氣體 [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。標準氣化溫度為 ℃ ,通常冷凝壓力不超過 。 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%,其低溫時單位容積制冷量和飽和壓力均高于 R12 和氨。對大型空調(diào)冷水機組的冷媒大都采用 R134a 來代替。 氟里昂 502( R502) R502 是由 R12. R22 以 %和 %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 的標準蒸發(fā)溫度為 ℃ ,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 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 制冷劑 A3 類物質(zhì),充灌量很少時可用作冰箱制冷劑,具有節(jié)能、低噪、對大氣無破壞的優(yōu)勢,但其易燃、易爆、安全性差。 氟利昂制冷劑 是一種透明、無味、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,以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。 氟利昂 134a( C2H2F4, R134a) 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 正文 15 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 ℃ 。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與 R12 相似,不會破壞空氣中的臭氧層,是鼓吹的環(huán)保冷媒,但會 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 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)在性能方面也會有一定的提高。 R410A 是目前為止國際公認的用來替代 R22 最合適的的冷媒,并在歐美, 日本 等國家得到普及。 優(yōu)點: 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: 大部分 氟利昂難以分解,如若排放到大氣內(nèi),會破壞臭氧層,引起臭氧層空洞。 氟利昂對水的 溶解性 小,制冷裝置中進入水分后會產(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) R11. R12. R22. R21. R13. R113和 R114 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(約 1~ 2 年,每 2~ 3 個月需進行一次再生和補充)。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 ),以促使反應(yīng)在均相下進行。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) R11
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