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1、《制冷学报》2002年第1期研究论文制冷剂的过去、现状和未来朱明善 王 鑫(清华大学 北京 100084)摘 要 回顾了制冷剂发展的三个历史阶段,综述了适应环保需要的国外制冷剂现状和使用中的主要技术问题,探讨了制冷剂未来发展趋势以及所应面对的几个问题,最后提出了相应的对策建议。关键词 制冷剂 臭氧层 全球气候变化Past,presentandfutureofrefrigerantsAbstract Thethreehistoricalstagesofrefrigerantshavebeenintroducedinthepaper.Thecurrentstatusofforeignr
2、efrigerantsforsuitingtotheenvironmentalrequirementsandthesomemaintechnicalissuesusingthemhavealsobeendiscussed.Thispaperalsodelvesintothefuturetendencyofrefrigerants.Atlast,somesuggestionsforstrategicshavealsobeenproposed.Keywords Refrigerants,Ozonelayer,Globalclimatechange1 前言臭氧层的破坏和全球气候变化,是当
3、前世界所面临的主要环境问题。由于制冷空调热泵行业广泛采用的CFC与HCFC类制冷剂对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应,使全世界这一行业面临严重挑战。但是,迄今为止,国外的一些HFC类和碳氢类替代制冷剂均或多或少地存在一些问题,还不太理想,例如大多数HFC类制冷剂及其混合制冷剂的温室效应潜能值(GWP)还比较高,被列为“温室气体”,需控制其排放量;而碳氢类制冷剂则存在强可燃性引起的安全问题,特别对于大中型制冷空调热泵设备,需要行之有效的安全措拖和技术。因此,这一行业均在探索如何从制冷剂的发展历史中,总结经验,寻求正确、科学地解决由于环保要求提出的制冷剂替代问题,力争少走弯路。为此,本
4、文回顾了制冷剂的发展历史,综述了目前国外的主要环保制冷剂现状及其使用中主要技术问题,探讨了未来发展趋势,提出了作为发展中国家的我国所应采取的对策建议。2 第一阶段——早期的制冷剂(1830-1930)制冷的历史可追溯到古代,当时用以储冰和一些蒸发过程。从历史上看,制冷剂的发展经历了三个阶段。第一阶段是十九世纪的早期制冷剂;第二阶段是二十世纪时代的CFC与HCFC类制冷剂;第三阶段是二十一世纪的绿色环保制冷剂。本节综述了早期制冷剂的发展情况。1805年,OliverEvans原创性地提出了在封闭循环中,使用挥发性流体的思路,用以将水冷冻成冰。他描述了这种系统,在真空下将乙醚蒸发,并将
5、蒸汽泵到水冷式换热器,冷凝后再利用。迄今为止,虽然没有发现有关建成这种制冷机的任何报导,但他的思想对后来的JacobPerkins和RichardTrevithick二人产生了影响。1824年,RichardTrevithick首先提出了空气制冷循环设想,但也未建成此装置。1834年,JacobPerkins则第一次开发了蒸气压缩制冷循环,并获得了专利。在他所设计的蒸气压缩制冷设备中使用二乙醚(乙基醚)作为制冷剂[1]。随着JacobPerkins所发明的蒸气压缩式制冷设备正式投入使用,从十九世纪三十年代开始陆续开发了一些实际的制冷剂。在十九世纪三十年代,Perkins开发的第一台
6、制冷机,使用的制冷剂是作为工业溶剂的橡胶馏化物(Caoutchoucine)。他之所以选用这种流体,主要是由于当时能较易获得。由此可见,从早期开始,“易获得性”始终成为制冷剂筛选的一条重要准则。表1综述了早期的制冷剂[2]。—14—《制冷学报》2002年第1期表1 早期的制冷剂年制冷剂化学式1830scaoutchoucine橡胶馏化物二乙醚(乙基醚)CH3-CH2-O-CH2-CH31840s甲基乙醚(R-E170)CH3-O-CH31850水/硫酸H2O/H2SO41856酒精CH3-CH2-OH1859氨/水NH3/H2O1866粗汽油CO2CO21860s氨(R-717)N
7、H3甲基胺(R-630)CH3(NH2)乙基胺(R-631)CH3-CH2(NH2)1870甲基酸盐(R-611)HCOOCH31875二氧化硫(R-764)SO21878甲基氯化物,氯甲烷(R-40)CH3Cl1870s氯乙烷(R-160)CH3-CH2Cl1891硫酸与碳氢化合物H2SO4,C4H10,C5H12,(CH3)2CH-CH31900s溴乙烷(R-160Bl)CH3-CH2Br1912四氯化碳CCl4水蒸气(R718)H2O1920S异丁烷(R-600
