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2013年注册公用设备工程师考试基础辅导资料(27)

2014-05-27  点击: 次  建培教育

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制冷剂的替代

自1987年《蒙特利尔议定书》签订以来,各国纷纷展开了对CFCs和HCFCs物质的替代物的研究,在1997年签订《京都议定书》以前,CFCs和HCFCs类的制冷剂替代研究主要以保护臭氧为目的,主要研制HCFs类制冷剂。但《京都议定书》签订以后,人们转而同时注重臭氧保护和减小温室效应,要求制冷剂不但要OPD值较小,GWP值也要较小。

根据《蒙特利尔议定书》CFCs在发达国家已经被禁用,HCFCs因为对臭氧仍具有破坏作用也即将被淘汰。由于GWP较高,《京都议定书》将替代CFCs和HCFCs的HFCs物质列入限控物质清单中,要求发达国家控制HFCs的排放。所有这些都对制冷剂的替代研究提出了更高的要求。因此理想的替代制冷剂除应有较低的ODP值和GWP值外,还应具有良好的安全性、经济性、优良的热物性等优点,争取做到既环保又节能。

新型的替代制冷剂主要包括人工合成型和天然型两大类,有单一工质和混合工质两个方面,混合工质又可分为共沸混和物、近共沸混和物和非共沸混和物三种。

目前合成制冷剂方面主要有以下几种:

1)R134a

R134a的ODP=0,GWP=420,不可燃,无毒,无味,使用安全,其热物性质与R12十分接近,可用来替代R12,用于汽车空调和家用冰箱等领域。但使用R134a,会使能耗增大,且与CFC—12用的润滑油不相溶,与材料的兼容性方面也不同CFC-12。另外它还是一种温室效应气体,所以仍然存在一定的缺陷。

2)R152a

从物化性方面看HFC-152a也与CFC-12接近,用R152a替代R12后能耗可降低3%~7%,但其在空气中含量达4.8%-16.8%时具有可燃性,因此推广使用收到一定的限制。而它可与其它物质混合,组成非共沸混合物来替代CFC-12。

3)R410A

R410A是近共沸混合制冷剂,是由质量分数为50%R32和50%R125组成。ODP=0,主要用来替代R22,单位容积制冷量较大,传热性能及流动性能较好,但同温度下压力值比R22高约60%。

4)R407C

R407C是非共沸混合制冷剂,是由质量分数为23%的R32、25%的R125和51%的R134a组成,ODP=0,单位容积制冷量大,但传热性能较差。

天然制冷剂方面主要有:

5)碳氢化合物

目前作为制冷剂应用的碳氢化合物主要是丙烷(R290)、丁烷(R600)和异丁烷(R600a)等,其中R600a已在欧洲和一些发展中国家广泛用于冰箱中,并且它符合《京都议定书》的要求,ODP=0,GWP=15,环保性能好,成本低,运行压力低,噪声小,但其易燃,易爆。此外R290和R600a组成的混合制冷剂也有一定的发展使用。

6)氨(R717)

氨已被使用达120年之久而至今仍在使用。其ODP=0、GWP=0,具有优良的热力性质,价格廉且容易检漏。不过氨有毒性而且可燃,应当引起注意,不过一百多年的使用记录表明,氨的事故率是很低的,今后必须找到更好的安全办法,如减少充灌量,采用螺杆式压缩机,引入板式换热器等等。然而,其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。看来,NH3会有更大的市场份额。

7)二氧化碳(R744)

CO2是自然界天然存在的物质,ODP=0,GWP=1。来源广泛、成本低廉,CO2安全无毒,不可燃,适应各种润滑油常用机械零部件材料,即便在高温下也不分解产生有害气体。CO2的蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当高,故压缩机及部件尺寸较小;绝热指数较高K=1.30,压缩机压比约为2.5~3.0,比其它制冷系统低,容积效率相对较大,接近于最佳经济水平,有很大的发展潜力。


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