工業(yè)用制冷劑的發(fā)展現(xiàn)狀

張 春李 欣

（1.北大醫(yī)藥股份有限公司麻柳項(xiàng)目部，中國(guó) 重慶400000；2.北大醫(yī)藥股份有限公司兩江分廠，中國(guó) 重慶400000）

1 制冷劑的發(fā)展歷史

古代人們已經(jīng)有了低溫可長(zhǎng)時(shí)間保存食物的認(rèn)識(shí)，在那個(gè)時(shí)代人們通常采用水或者取冰來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫或保存食物等，但受地域的限制比較大，在炎熱的夏季還是只有減少室外的活動(dòng)，在陰涼處休息避暑。

直到19世紀(jì)中葉，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了機(jī)械制冷。雅各布·帕金斯在1834年建造了首臺(tái)用于制冷的機(jī)器，它采用了乙醚作為制冷劑，是一種蒸汽壓縮系統(tǒng)。1926年，托馬斯·米奇尼開發(fā)了首臺(tái)CFC（氯氟碳）制冷機(jī)，使用了R12制冷劑，該機(jī)型在1931年開始用于工業(yè)和商業(yè)生產(chǎn)并很快進(jìn)入到民用中。20世紀(jì)30年代，一系列鹵代烴制冷劑相繼出現(xiàn)，杜邦公司將其命名為氟利昂（FREIN）。這些物質(zhì)性能優(yōu)良、無(wú)毒、不燃，能適應(yīng)不同的溫度需求。60年代后出現(xiàn)了非共沸制冷，在這之間氟利昂制冷劑也得到了廣泛的發(fā)展。1990年代，全球變暖對(duì)地球生命構(gòu)成了新的威脅。雖然全球變暖的因素很多，但因?yàn)榭照{(diào)和工業(yè)制冷耗能巨大，且許多制冷劑本身就是溫室氣體，制冷劑又被列入了討論范圍。雖然ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)34把許多物質(zhì)分類為制冷劑，但只有少部分是用于工業(yè)和商業(yè)空調(diào)。

2 制冷劑的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，制冷技術(shù)成為其發(fā)展中不可缺少的一部分，在早期的工業(yè)級(jí)應(yīng)用中，氟利昂R11、R12等制冷劑被廣泛地采用。目前，在制冷劑的應(yīng)用中，已使用過的制冷劑也達(dá)70、80種，并正在不斷的開發(fā)增多，但用于工業(yè)和商用空調(diào)的制冷劑僅十多種，而如今被廣泛使用的也只有以下幾種：

2.1 氨，作為無(wú)機(jī)化合物中的杰出代表，是目前大型工業(yè)應(yīng)用中使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。

氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會(huì)從氨液中析出而凍結(jié)，所以氨系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生冰堵現(xiàn)象。氨對(duì)鋼鐵也不起腐蝕作用，在氨液中含有水分子后，對(duì)銅有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍有提高。因此，氨制冷系統(tǒng)中不能使用銅及銅合金材料，且規(guī)定氨系統(tǒng)中含水量不應(yīng)超過0.2%。

2.2 二氟一氯甲烷，由于人們對(duì)R11、R12對(duì)環(huán)境污染和臭氧層破壞等問題的認(rèn)識(shí)，科學(xué)界又發(fā)現(xiàn)了R22對(duì)臭氧層破壞力小的多地制冷劑，但其仍然存在對(duì)溫室效應(yīng)升高的影響，只能用來(lái)代替R11和R12等制冷劑，主推其作為長(zhǎng)久的制冷發(fā)展用制冷劑還是存在弊端，所以在發(fā)達(dá)國(guó)家也逐漸禁止使用，但根據(jù)《蒙特利爾協(xié)定書》該種制冷將在2020年全面停用。

2.3 環(huán)保型制冷劑

（1）第一代環(huán)保制冷劑（氟利昂R134A），其組成元素中只有氫、氟和碳等元素，不含有氯元素，所以不會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞，是當(dāng)前絕大多數(shù)國(guó)家認(rèn)可的環(huán)保型制冷劑，也是目前世界范圍內(nèi)使用最為廣泛的中低溫制冷劑之一。

（2）第二代環(huán)保制冷劑（氟利昂R410A），是一種由R32和R125組成的新型環(huán)保、高效節(jié)能的準(zhǔn)共沸混合型制冷劑，其主要由氫、氟和碳元素等組成（表示為hfc），具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、穩(wěn)定的優(yōu)越性能；且由于其不含有氯元素，所以不會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞，在歐美及日本等國(guó)家已經(jīng)得到普及應(yīng)用，在中國(guó)工業(yè)應(yīng)用中還使用較少。

（3）第三代環(huán)保制冷劑（氟利昂R421a）作為最新開發(fā)的環(huán)保制冷劑，與R417A和R420A并稱為第三代環(huán)保制冷劑，與第一代、第二代制冷劑相比較，其真正的可以實(shí)現(xiàn)百分百無(wú)“氟”不會(huì)造成溫室效應(yīng)。

3 制冷的發(fā)展趨勢(shì)

綜合以上敘述，我們不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今用于工業(yè)制冷的主流制冷劑均是在考慮安全性高、無(wú)污染、對(duì)臭氧層無(wú)破壞、能持續(xù)推進(jìn)世界環(huán)境衛(wèi)生成可持續(xù)發(fā)展的方向進(jìn)行推廣。

從制冷劑本身來(lái)說，氨是一種除安全性以外其他均能滿足最理想指標(biāo)的制冷劑，解決其安全問題，其應(yīng)該是制冷劑中應(yīng)用最為理想的冷媒，現(xiàn)目前各國(guó)也在研究在氨中添加CO2形成復(fù)疊系統(tǒng)來(lái)減小氨的爆炸危險(xiǎn)性，但該課題目前還沒有應(yīng)用于工業(yè)。

使用氨的企業(yè)還是應(yīng)該在氨系統(tǒng)的本身來(lái)控制安全性：

首先，對(duì)于氨系統(tǒng)來(lái)說一般的新安裝系統(tǒng)的安全等級(jí)還是比較高的，只有使用年久的氨系統(tǒng)，沒有得到正常的維護(hù)保養(yǎng)，形成老化后才會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的氨泄漏，所以氨系統(tǒng)的用戶應(yīng)每年定期對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行修護(hù)保養(yǎng)，防止設(shè)備設(shè)施老化，消除泄漏的潛在性。

其次，對(duì)于氨這種強(qiáng)穿透力的氣體，應(yīng)該確保系統(tǒng)中的閥門的密封性、法蘭密封等質(zhì)量，尤其是新安裝的系統(tǒng)不能為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)而降低管閥件的質(zhì)量，采用一些不入流的產(chǎn)品，抱著用幾年就更換這些閥門的投機(jī)思想所做出來(lái)的工程本身就存在很大的安全隱患，所以新建、擴(kuò)建的氨制冷系統(tǒng)中所應(yīng)用的產(chǎn)品應(yīng)采購(gòu)知名品牌的產(chǎn)品，且在安裝前應(yīng)嚴(yán)格按照工業(yè)安裝規(guī)范進(jìn)行壓力強(qiáng)度試驗(yàn)和泄漏性試驗(yàn)等，并形成文件資料歸檔保存，便于日后的系統(tǒng)維修中能夠溯源。

最后，隨著新工藝、新設(shè)備的不斷開發(fā)，應(yīng)盡可能在選擇應(yīng)用成功的產(chǎn)品，近年來(lái)隨著安全監(jiān)控設(shè)備的成功應(yīng)用，可燃?xì)怏w報(bào)警器、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)充分應(yīng)用于氨制冷系統(tǒng)中，即早發(fā)現(xiàn)并解決，將安全隱患消除在萌芽階段。

對(duì)于氟利昂系統(tǒng)來(lái)說，其本身的安全性比較高，主要是對(duì)臭氧層和溫室效率的影響很大，所以新開發(fā)的環(huán)保型制冷劑應(yīng)盡可能地配制出入如R421a這類GWP為0、ODP近似為0的新型環(huán)保制冷，但要應(yīng)用于工業(yè)還必需得考慮其生產(chǎn)獲得成本，降低其制造成本將是放在其與氨制冷系統(tǒng)比較的最主要指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)物，從根本上消除制冷系統(tǒng)存在的安全隱患。

4 制冷新技術(shù)—磁制冷

近年來(lái)，科學(xué)界開始新起應(yīng)用一種叫磁制冷的技術(shù)來(lái)代替壓縮制冷原理，磁制冷技術(shù)的原理是磁熱效應(yīng)，就是固體磁性材料在外加磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)溫度隨之變化的效應(yīng)，例如鐵磁性材料進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)溫度升高，離開磁場(chǎng)時(shí)溫度降低，這種磁場(chǎng)導(dǎo)致的溫度變化與磁性材料的原子晶格結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，而通過導(dǎo)熱液體將磁性材料產(chǎn)生的低溫傳導(dǎo)出去，就能實(shí)現(xiàn)制冷，其對(duì)臭氧層等都沒有影響，是一種理想的制冷技術(shù)。

同時(shí)，來(lái)自加拿大和保加利亞的研究人員發(fā)現(xiàn)在對(duì)一種鈥錳氧化物的晶體在恒定的磁場(chǎng)中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)可以產(chǎn)生巨大的磁熱效應(yīng)，而無(wú)需像標(biāo)準(zhǔn)磁熱效應(yīng)那樣讓磁性材料反復(fù)進(jìn)出磁場(chǎng)；利用這種旋轉(zhuǎn)式可以大大減少制冷劑的能耗，而且為更簡(jiǎn)便、高效的磁制冷系統(tǒng)開啟了應(yīng)用之門，讓磁制冷技術(shù)在未來(lái)能夠成功應(yīng)用于家居等更近了一步。

5 結(jié)論

未來(lái)制冷劑的應(yīng)用趨勢(shì)就是要堅(jiān)持以生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)，從根本上消除制冷系統(tǒng)中的安全隱患，確保系統(tǒng)運(yùn)行中的安全性能，以人為本消除職業(yè)衛(wèi)生的危害；提高制冷循環(huán)的熱交換效率，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗無(wú)污染的最終理想狀態(tài)，這不是某個(gè)國(guó)家或某個(gè)人的事，而是全人類都應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)，響應(yīng)國(guó)際環(huán)境衛(wèi)生組織的號(hào)召，走上低消耗低污染的工

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