氯氟烃（CFCs）与空调制冷

1、氯氟烃（CFCs）与空调制冷                        提要本文介绍了关于氟利昂物质的基础知识及其环境效应，着重阐述了氯氟烃类制冷剂替代技术的研究开发现状与发展方向。1 氯氟烃物质与氟利昂物质在氯氟烃物质（CFCs）已经限制生产并即将禁止使用的今天，人们常误把氯氟烃物质完全赞同于氟利昂物质。其实，氯氟烃物质是属于氟利昂物质中的一种，由于这

2、种物质严重破坏大气臭氧层，故专门称之为氯氟烃物质，以区别于其他氟利昂物质。氟利昂物质是饱和碳氢化合物（饱和烃）的卤族衍生物的总称，本世纪30年代开始用作制冷剂，它的出现解决了对制冷剂有各种要求的问题。根据饱和碳氢化合物是甲烷（CH4）或乙烷（C2F6）的不同，氟利昂物质分为甲烷族与乙烷族，如图1和图2所示，两者均可排为以氢（H）、氯（Cl）、氟（F）三元素为顶点的三角形，其中甲烷或乙烷中的氢部分或全部被氯、氟置换；按照氢元素被卤元素置换的情况，氟利昂物质可分为六种：代码种类公式大气压下沸点 臭氧耗减替能ODP（R11-1）全球变暖潜能GWP（CO2-1）受控物质与否可燃否完成毒性试验R11CF

3、CCCl2F23.8211500是否是R12CFCCCl2F2-29.7914500是否是R22HCFCCH ClF2-40.760.05510（否）否是R32HFCCH2F2-56.610否否是R113CFCC2 Cl3F347.570.82100是否是R114CFCC2 Cl2F43.611.05500是否是R115CFCC2 ClF5-39.110.67400（否）否是R123HCFCC2 HCl2F327.610.0229（否）否1992/3R124HCFCC2 HClF4-12.000.02150否否1994/5R125HFCC2 HF5-48.500860否否1994/5R134a

4、HFCC2 H2F4-26.50420否否1992/3R141bHCFCC2 H3Cl2F32.000.08150（否）轻微1992/3R142bHCFCC2 H3ClF2-9.780.06540否轻微是R143aHFCC2 H3F3-47.7101600是轻微是R152aHFCC2 H4F2-25.00047否中等是R500CFC/CFCR12/r152a-33.500.743333是否是R502HCFC/HCFCR22/R115-45.440.334038是否是H1211哈龙CClF2Br3.0?是否是H1301哈龙CF3Br10.05800是否是H2402哈龙C2F4Br26.0?是否是

5、2 氯氟烃制冷系统的替代为了保护臭氧层，控制氯氟烃制冷剂的使用，人们从两个途径探索解决，即：寻求合宜的替代制冷剂和采用其他制冷方法。就其他制冷方式来说，有吸收式制冷、斯特林循环制冷、热电制冷和磁制冷等。其中热电制冷可用于小型制冷装置、但由于半导体材料始终没有突出进展，故效率很低，且造价高。磁制冷机目前用于超低温制冷，而常温磁制冷尚处理研究阶段，且不宜作为空调冷源。至于斯特林制冷机，虽然目前尚仅用于准备间红外一观测的低温冷却，但被认为是有发展前途的制冷循环。斯特林制冷机理论上是由两个等温过程和两个等容过程组成的定容回热气体制冷循环。其优点是构造简单，理论效率高。但是为了防止润滑密封对工质的污染，

6、目前采用无润滑密封，因此，提高制冷机的寿命和可靠性以及蓄冷器的研究均是非常重要的课题。这样，只有吸收式制冷是当前可以采用的、有前途的制冷机，目前正在开发研制的三效溴化锂吸收式冷水机的性能系数可达1.5，颇具竞争能力。关于这方面的问题就不多作论述，下面仅就替代制冷剂进行讨论。替代制冷剂应满足以下三方面基本要求：对环境安全。最近国际专家会议讨论认为，要恢复环境安全，所选用的替代工质的臭氧耗减潜能ODP值必须小于0.1，全球变暖潜能GWP值相对于CFC-12来说必须很小。具有良好的热力性能。压力适中，制冷效率（即理论制冷循环制冷系数与逆卡诺循环制冷系数之比）高，并且与润滑油有良好的亲合性。具有可行性

7、。除易于大规模工业化生产、价格可被接受外，制冷剂的毒性必须符合职业卫生要求，即人们每天8小时长期在含有替代物质的空气中工作，对身体无不良影响。关于可燃性问题，目前国外企图降低安全使用标准，以扩大替代物质选择的范围。但是，至少要无火焰扩散性，同时，使用时需采取一定措施，降低其燃烧极限。至于修订安全标准和安全使用措施的研究实验工作正在进行，沿需数年时间方可。对于空调用制冷机来说，主要是寻求CFC-11和CFC-12的替代物质，以解决离心式冷水机、一些小型往复式制冷机和汽车空调问题。目前从三个方面寻求合宜的替代物质，好使用已有的制冷剂、研制新的替代制冷剂和选择适当的制冷剂组成理想的非共沸混合工质。2

8、1 使用已有的制冷剂HCFC-22（R22）破坏臭氧层的能力是CFC-12的1/20，对于空调用制冷来说可认为是目前的主要替代工质。除了由于工作压力较高，不易用于汽车空调以外，目前国外已生产和使用CVFC-22封闭式和开启式离心式冷水机，其能效比与CFC-11和CFC-12离心式冷水机相近，达5.0（W/W）以上，而且结构紧凑，比其他同容量离心式冷水机约小30%。此外，在寻求氯氟烃替代物的今天，国际上特别是美国制冷界提出"重新估价制冷剂-氨"。1988年2月在美国普都大学召开的国际制冷学会分委员会的学术报告会上，国际制冷学会前主度G·Lorentzen先生发表题为

9、氨：出色的替代制冷剂的报告，要求注意发扬氨的优点。1989年美国伊利诺期大学W·F·Stoecker教授的发表题为氨制冷发展的好时机的演说，列举氨的优缺点，最后提出空调使用冰蓄冷式冷水机组。1989年3月在美国得克萨斯举选择国际氨制冷协会（IIAR）的会议上，S·M·Miner先生（顾问）发表讲话，除论述了氯氟烃外，提出有必要悠美国政府、州以及地主政府限制氨制冷剂的法规。氨的优点很多，人所共知。其缺点为一大三小，大缺点是少量与空气混即有害人体。小缺点为润滑油不溶合，易使电磁阀失灵；与铜及其金不上容；以及排气温度高。散发到大气的氨与空气中的水蒸气、二氧化碳

10、发生化学反应，形成重碳酸盐，即NH3+H2O+CO2NH4HCO3不破坏臭氧层。同时，氨制冷机效率高，节省能量和材料。因此，扬长避短，发展氨制冷机，值得重视。主要应解决的问题有以下四方面：研制不泄漏的封闭式氨压缩机。奥地利格拉兹公司已开发出半封闭往复式氨制冷机，目前正在进行工况试验。发展紧凑型氨冷水机组和压缩-冷凝机组。小型分散化。充实安全措施。                      

11、;       22 新的替代制冷剂根据上面提出的要求，对图1、2的氟利昂物质排队以及从表1可看出，就长远观点来说，只有氢氟烃（HFC）不破坏臭氧层，可供使用；就近期来说除HCFC-22以外，选择用于空调制冷系统的制冷剂只有HFC-32、HCFC-123、HCFC-124、HCFC-125、HFC-134a、HCFC-142b、HFC-143a和HFC-152a等八种，其余均属正在开发的新工质。这八种物质的大气压力下的沸点在27.61至-51.61之间，可作为CFC-11和CFC-12的替代物质。它们的蒸气压力方程如：ln(p/p0)=a1·X1/（1-X）+a2X+a3X1.89+a4X3式中X=1-T/T0；T0：临界温度，K；p0：临界压力，kPa；a1a4：系数，见表2。表2 制冷剂临界温度（K）临界压力（kPa）临界密度（kg/m3）系数a1a2a3a4R32351.565830430-10.0522442.8440324.1086203.450397R123456.943674550-7.6009760.3655243.214724-4.99