自然工質制冷剂应用及发展.doc

自然工质制冷剂应用及发展 ? 程念庆 刘 阳? 秦 鹏 （西部建筑抗震勘察设计研究院 西安 710054 西部建筑抗震勘察设计研究院 西安 710054 ?西安探矿机械厂，陕西西安，710065） ?前 言 ??? 自从1931年卤代烃制冷剂R21被开发出来后，相继涌现出一大批它的同族化合物，如R12,R114，R22等。它们以优良的热物性迅速占领了市场。然而由于其对臭氧层的破坏作用，《蒙特利尔协议》明确禁止了CFC 类和HCFC 类工质的继续使用。作为这类工质替代品的HFC 类工质，对臭氧层破坏值ODP=0，但是其对地球温室效应的贡献作用不可忽视，《京都议定书》为此对其作了相应的规定，限制使用。因此，HFC类工质只能作为过渡替代品，寻找ODP 值和GWP 值(温室效应值)均为0 的工质才是努力的方向。在此情况下，一些曾经被氟利昂淘汰的自然工质重新得到人们的关注，如氨、水、CO2等。表1比较了几种常用制冷剂的性质，这类物质取自自然，对自然界生态没有破坏。下面将阐述一些自然工质的应用现状，并对其讨论分析。 表1：几种主要制冷剂性质比较 ? R12 R134a R410a 氨（R717） 水（R718） CO2 （R744） R290 （C3H8） R600a 类型 CFC HFC HFC 自然工质 自然工质 自然工质 HC HC ODP 1 0 0 0 0 0 0 0 GWP 7100 1430 2090 0 0 1 3 20 毒性 有毒 有毒 有毒 有毒 无毒 无毒 有毒 有毒 可燃或爆炸 否 否 否 是 否 否 是 是 主要应用领域 已禁用 汽车空调、冰箱和冷柜 房间空调和组合空调系统中R22的主要替代物 大型工业制冷和商业冷冻 高温热泵领域 ? 汽车空调、热泵、干燥除湿 直接替代R22，冷冻箱及家用冰箱、余热回收热泵 冷冻箱及家用冰箱 ? 1、氨（NH3） ??? 氨在制冷领域的应用已经超过了120年，其ODP=0、GWP=0，是一种环境友好的制冷剂。它具有以下优点：节流损失小，能溶解于水,有漏气现象时易被发现,价格低廉。氨的临界温度和临界压力分别为132. 3 和11. 33MPa 高于R22 ( 96. 2 /4. 99MPa ) 和R410A(70. 2 /4. 79MPa)，可在较高的热源温度和冷源温度下实现亚临界制冷循环。它的标准沸腾温度低( - 33.4 ) 。在冷凝器和蒸发器中的压力适中( - 15 时的蒸发压力为0.24MPa 30 ℃时的冷凝压力为11.7MPa)单位容积制冷量大并且其导热系数大蒸发潜热也大( - 15 时的蒸发潜热是R12 的8.12 倍) 。 ? ??? 因其优良的传热特性及其低摩尔质量，在相同制冷量下与R12等传统制冷剂相比，氨制冷系统换热器能设计的更为紧凑，管道采用更小直径，因此能使系统建造成本有效减少。相比于传统氟利昂制冷剂，氨制冷剂中含有少量水，并不影响系统运行。氨制冷系统中的水分会积聚在系统低压侧，降低系统效率，但并不会使整个工厂无法运行。因为氨中允许的含水量为0. 2%，如果有少量水存在，并不会想氟利昂那样出现‘冰塞’现象。Gigiel 指出，如果综合考虑水分、油以及压缩机的磨损因素，一个运行了多年的冷冻厂氨制冷系统功耗将增加43%。即便如此，该系统也比完成同样任务下配备有电除霜设备的R22 制冷系统有效。 ? ??? NH3/CO2复叠式制冷系统避免氨与食品、人群等直接接触, 降低氨制冷系统的危险性, 并大大降低了系统氨的充注量,增加系统运行的安全性。其节能效果显著，满负荷-31.7oC时，NH3/CO2复叠式制冷系统比氨单级制冷系统在制取单位冷吨的冷量耗功少25％，比氨双级制冷系统少7％。氨用CO2载冷系统采用液态CO2为载冷剂，解决了直接蒸发冷却引起的不安全问题，相比于其它载冷剂，CO2减少了载冷剂侧的管道管径，并减少了氨的冲注量。随着人们对环境的重视，氨冷水机组在欧洲和我国也都得以应用，如法国广播大厦和珠海机场都采用了氨冷水机组。 ? 存在问题及解决措施： ??? 氨的毒性、易燃性和腐蚀性往往成为人们容易担心的问题，这也限制了它在民用制冷中的推广。所以在使用氨制冷系统的地方应保证通风性，并在制冷机房安装浓度监视器和氨泄漏报警器，在氨泄漏时及时用水将氨吸收。 ? ??? 当氨中含有水分时,则对锌、铜、铜合金有腐蚀作用,所以氨制冷系统中应避免使用铜制设备。 ? ??? 由于压缩机是系统中泄漏的主要部件，因此研发无轴封的密闭型压缩机显得尤为重要。氨与矿物油不相溶，因此，在氨制冷系统中必