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R134a 、R600a环保型制冷剂的特性探讨
来源:互联网 qikanw | 熊德永
【分  类】 化工与理学
【关 键 词】 R134a、R600a;制冷剂;特性,比较
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要: R134a、R600a作为绿色环保型制冷剂越来越被广泛使用,本文对R134a、 R600a特性进行探讨。

  关键词:R134a、R600a;制冷剂;特性,比较

  0 引言

  2009年是一个“气候变化年”,12月7日至18日,世界各国领导人将齐聚丹麦首都哥本哈根,商讨《京都议定书》第一个承诺期(2008年~2012年)结束后,全球应对气候变化的道路何去何从,为后京都时代定下行动的基调。自1930年美国开发出氟利昂,即饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称,到1975年美国学者提出,含氯的氟利昂中其氯原子会破坏臭氧层,保护臭氧层和抑制全球的气候变化是包括我们国家在内的当今国际社会及制冷空调行业所面临的主要环境问题。CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题。

  1 CFC的特点及危害

  CFC(英文全称Chloro-fluoron-carbon)为氯氟烃的英文缩写,是20世纪30年代初发明并且开始使用的一种人造的含有氯、氟元素的碳氢化学物质,在人类的生产和生活中还有不少的用途。在一般条件下,氯氟烃的化学性质很稳定,在很低的温度下会蒸发,因此是冰箱冷冻机的理想制冷剂。它还可以用来做罐装发胶、杀虫剂的气雾剂。另外电视机、计算机等电器产品的印刷线路板的清洗也离不开它们。氯氟烃的另一大用途是作塑料泡沫材料的发泡剂,日常生活中许许多多的地方都要用到泡沫塑料,如冰箱的隔热层、家用电器减震包装材料等。然而,CFC有个特点:它在地球表面很稳定,可是,一蹿到距地球表面15~50千米的高空,受到紫外线的照射,就会生成新的物质和氯离子,氯离子可产生一系列破坏多达上千到十万个臭氧分子的反应,而本身不受损害。这样,臭氧层中的臭氧被消耗得越来越多,臭氧层变得越来越薄,局部区域例如南极上空甚至出现臭氧层空洞。资料表明,大气层中的臭氧含量每减少1%,地面受太阳紫外线的辐射量就增加2%,人类患皮肤癌的患者就会增加5%至7%。过量的紫外线也会杀死水中的微生物,造成某些物种灭绝。

  为了履行《蒙特利尔议定书》中的承诺,国家环保总局联合国家发改委、商务部、海关总署和国家质检总局发布《关于禁止生产、销售、进出口以氯氟烃(CFCs)物质为制冷剂、发泡剂的家用电器产品的公告》自2007 年1月1 日起,任何企业不得生产、销售和进出口以氯氟烃(CFCs)物质为制冷剂、发泡剂的产品;不得在电器产品的生产过程中使用氯氟烃(CFCs)作为清洁剂。

  2 R134a的特性

  R134a,又名四氟乙烷,分子式C2H2F4, 无毒,不可燃,吸水性强。其臭氧层破坏系数(ODP)为零,温室效应系数(GWP)为0.25,以美国为代表的国家选用R134a 作为制冷剂R12的替代剂 [1]。

  用R134a作制冷剂的压缩机是以酯类油作润滑剂的,当水分、空气、矿物油等进入系统后,酯类油会与水反应生成酸,会腐蚀制冷管甚至压缩机,而R134a与矿物油不互溶,一旦矿物油进入系统,会影响系统的稳定性。因此它对系统内水分、杂质含量有严格要求。用R134a 替代R12 ,压缩机的制冷量下降了5 %左右,性能系数COP下降了6%左右,噪声上升了1~2dB(A),排气压力高达1.47MPa ,吸气压力则低至0.115MPa ,使用的冷冻机油为脂类油, 与R12 的矿物油不相溶,且R134a 容易水解。故用R134a 替代R12 ,需保证系统具有很高的干燥度,更换干燥剂和润滑油,重新设计压缩机和冰箱,增加压缩机容量5%左右。由于性能系数下降,能耗将增加6%左右。目前我国电冰箱、汽车空调行业采用的制冷剂主要就是R134a。

  R134a是目前国际公认的替代 CFC-12 的主要制冷工质之一,常用于车用空调,商业和工业用制冷系统,以及作为发泡剂用于硬塑料保温材料生产,也可以用来配置其他混合致冷剂,如R404a和R407c等。

  3 R600a的特性

  R600a,又名异丁烷,属炭氢化合物,分子式C4H10,其臭氧层破坏系数(ODP)为零,温室效应系数(GWP)为零,可以完全长期替代R12。它的制冷性能好,用它作制冷剂的压缩机COP高达1.4,能耗减少30%-40%。以欧洲为代表的国家选用R600a作为制冷剂R12的替代剂 [1]。 R600a和R134a或R12的最大差别在于它的蒸气压低,R600a在-25C度时的蒸发量分别为R134a的55%和R12的45%,与此相关的是R600a的正常沸点比R134a和R12分别高15K和18K。这导致操作压力大大低于以往使用的制冷剂,从而使家用冰箱蒸发器在低于大气压力时就可以操纵,因此它大大节约了能耗。低蒸气压与高临界温度密切相关,这样即使在高冷凝温度下,R600a也有良好的制冷能力。用R600a 替代R12 , 压缩机的制冷量下降了49 %左右,性能系数COP 基本不变,噪声下降了1~2db(A),排气压力低至0. 764MPa,吸气压力则低至0.063MPa ,使用的冷冻机油为矿物油,与R12的矿物油相兼溶,其最大的缺陷是易燃易爆。因此使用R600a替代R12 时,在安全上必须采取严密的通风、隔离、防爆、防静电等措施,并且若保持压缩机的转速不变,则压缩机的容量理论上需增加一倍左右(实际操作中只需增加80 %)。

  R600a的最大缺点是它是易燃易爆物质,它的燃点为462℃,在其爆炸极限1.8 % ~8.4 %(体积比)内,遇明火会引起爆炸或燃烧。因此,用它作R12替代剂必须采用严密的通风、隔离、防爆、防静电和报警等措施,在冰箱维修时应特别注意安全。

  4  制冷剂R12(CFC-12)和环保型制冷剂R134a(HFC-134a)、R600a(HC-600a)的性能比较

  如表1所示,R12、R134a、R600a 的制冷剂特性参数及用于冰箱、汽车空调性能的比较。

  表1  几种制冷剂的性能比较 [2][3] 性能项目 R12 R134a R600a 分子式 CF2C12 C2H2F4 C4H10 标准沸点(℃) -29.8 -26.5 -11.7 空气中爆炸极限(体积) 无 无 1.8%~8.4% 25℃时水溶性(参照R12) 1 16.7 约0 真空度要求 一般 高 一般 液相密度(kg/m3-25℃,bar)(参照R12) 1472.0(1) 1371.0(0.9311) 608.3(0.4132) 理论排气温度(℃) 120~125 125~130 100~105 ODP(臭氧层破坏系数) 1.0 0 0 GWP(温室效应系数) 1.0 0.25 0 制冷量1 100 95 51 性能系数1 COP 100 94 100 噪声2 基准 升高1~2dB(A) 降低1~2dB(A) 排气压力1(MPa) 1.35 1.47 0.764 吸气压力1(MPa) 0.133 0.115 0.063 冷冻机油 矿物油 脂类油 矿物油 油兼容性 好 差 好 物理特性 无毒、不可燃

  无毒、不可燃、

  易水解 易燃、易爆 注:1 试验工况:冷凝温度54. 4 ℃蒸发温度- 23. 3 ℃过冷温度32. 2 ℃吸气温度32. 2 ℃

  2 试验工况:冷凝温度50 ℃蒸发温度- 20 ℃

  通过表1的比较分析我们可以得到以下结论:

  (1)R134a 所用的酯类油具有极强的吸水性,以及对杂质(如石蜡等)的高度敏感性,易使冰箱的制冷系统在使用过程中产生冰堵。

  (2)R134a 冰箱极易在较短的时间内因毛细管堵塞引起制冷系统破坏。

  (3)由于R134a 冰箱材料兼容性不好造成维修存在较大困难。

  (4)R600a制冷剂的ODP 和GWP几乎均为零,R134a对环境完全没有破坏作用,而对全球变暖仍有一定影响。

  (5)R600a 较低的冷凝压力、蒸发压力和排气温度,减少了系统泄漏的可能性,提高系统效率,延长了压缩机的使用寿命。

  (6)R600a 较低的液相密度,使得充灌量大为减少,运行压力低,噪音小,能耗也会有所降低,冲注量少则制冷剂冲注精度要求提高。

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