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毕业设计论文题目：制冷剂的现状与发展前景系别：机械工程系专业：制冷与冷藏专业学制：姓名：学号：指导教师：二O年月日2摘要制冷剂，又叫制冷剂或冷冻剂，是一类利用人工利用物质物理性或化学性质而产生低温的物质，通过制冷会导致温度比周围环境的温度更低。常见的致冷剂有，固态的有NH4Cl、NH4NO3、NaNO3、食盐和冰的混合物，液态的有二氧化硫、液氨和氟里昂等。由于现代社会的飞速发展，人们对生活要求的不断提高，空调及冷库的使用也就越来越多。于此同时就有更多的制冷制被使用。本文就对现代社会上所使用的制冷剂作了详细介绍，现在制冷剂的现状、对大气的危害和影响，以及制冷剂的代替和未来发展前景。关键词：制冷剂现状发展前景3目录前言································································5第1章制冷剂的现状·················································61.1制冷剂的制冷原理·················································61.2制冷剂的现状·····················································6第2章当前制冷剂存在的问题及制冷剂的替代····························82.1当前的制冷剂及其存在的问题·······································82.2制冷剂的替代·····················································9第3章制冷剂的替代中的可持续发展观·································103.1可持续发展的概念·················································103.2制冷剂的替代中的可持续发展观·····································10第4章制冷剂的发展前景··············································11结论·······························································14参考文献····························································15致谢································································164前言根据对国内外大中型冷库制冷剂使用情况的调研，分析了大中型冷库制冷剂的现状。根据国际上最新的文献，评论了冷库制冷剂应用的发展新动向。结果表明：在国内外大中型冷库中，目前采用氨制冷剂是主流，今后氨仍然将是主要制冷剂。在蒸发温度-35℃以上，压缩式制冷采用氨制冷剂是最节能的。采用氨制冷剂的关键问题是安全问题。在制冷剂的发展动向中，CO2系统成为新一代制冷剂关注的重点，CO2／NH3复叠式制冷系统具有较大的发展潜力。在间接制冷系统中，采用氨水替代乙二醇作为载冷剂，可以使系统能耗明显降低。早期使用的制冷剂氟利昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧、爆炸且化学性稳定的制冷剂。由于氟利昂性质稳定，它在大气中既不发生变化，也难被雨雪消除。在连年使用后，其蒸汽累积滞留在大气中，据估计每年逸散到大气中的CFC达70万吨，使它在大气中的含量每年递增5%。其主要降解途径是随气流上升，在平流层中受紫外光的作用而分解。但不幸的是由CFC分解而生成的氯原子能引起损耗臭氧的循环反应，所造成的后果是破坏平流层中的臭氧层。正是由于这一原因，氟利昂才被认定为大气污染物。5第1章制冷剂的现状1.1制冷剂的制冷原理一、利用化学物质的溶解热制冷物质溶解时，常伴有热效应发生。如NH4Cl、NH4NO3、NaNO3等物质溶解时要吸收热量，导致溶液温度降低；浓硫酸、氢氧化钠、无水氯化钙、无水碳酸钠等溶解时要放出热量，溶液温度升高。利用物质溶解时热量变化的性质，可以将前者用作致冷剂。并且不同物质溶解时热量变化的数值不同，如NH4NO3的摩尔溶解热可达+26.36千焦/摩尔，即每1mol物质溶解时要吸收26.36kJ的热量。这是由于物质溶解有两个相反的过程：一是处于固体物质表面的粒子（分子或离子）在它溶解到溶剂时，受到溶剂分子的吸引，于是吸收热量克服晶体对它的引力，离开晶体向溶剂扩散，成为自由运动的粒子；二是已经扩散到溶剂之中的溶质分子或离子与溶剂分子结合生成水合分子或水合离子，于是放出热量。如果前者所吸收的热量大于后者所放出的能量则物质溶解时就会吸热。二、利用混合物的凝固点降低致冷物质的凝固点是指物质在固态和液态蒸气压相等时的温度，而混合物的凝固点总是比各组成物质的凝固点要低，如质量分数为23.3%的NaCl溶液其凝固点为－21.2℃，29.8%的CaCl2溶液其凝固点为－55℃。根据物质组成混合物时凝固点降低的性质特点，常用混合物作致冷剂。常用物质的凝固点如下表。物质凝固点物质凝固点物质凝固点NaCl－21.2℃CaCl2?6H2O－55℃KCl－11.1℃(NH4)2SO4－19℃MgSO4?7H2O－3.9℃NH4Cl－15.8℃NaNO3－18.5℃Na2CO3?10H2O－2.1℃NH4NO3－17.3℃三、利用低沸点物质相变过程中的热效应致冷通常呈现固态、液态或气态，物质不同状态之间的变化叫做相变。物质相变的实质是分子具有的能量发生了变化，所以相变过程中总会有放热或吸热的现象发生。如在医院里，用70%的酒精溶液作皮肤表面的消毒时，有明显的凉感，就是液体酒精气化过程中吸收热量的结果。从微观粒子角度而言，这些物质在气化过程中之所以能吸收热量，主要有两个方面的原因：一是因为它们的分子离开液体表面时，要吸收热量以克服分子间的引力；二是当液体变成气体时体积膨胀，需6要吸收热量以反抗外界的压力。利用物质相变过程中的热效应是致冷的方法之一，尤其是低沸点的物质。常见的低沸点物质有液态二氧化硫、液氨、氟里昂等，都曾用于制造冰箱中的致冷剂。它们能在极低的温度下吸收热量而气体，然后在压缩机内被压缩呈高温、高压，再经冷凝器放出热量，最后经节流膨胀或绝热膨胀至低温状态。通过不断循环，可不断地从周围物质中吸收热量，达到致冷的目的。常见致冷剂的沸点如下。物质沸点（℃）物质沸点（℃）物质沸点（℃）NH3－33.4SO2－10.0CH3Cl－24.2O2－183N2－196CF4（氟里昂-14）－1281.2制冷剂的现状早期制冷时要用到制冷剂氟利昂，它对环境污染较大，所以一般公司都会有一套氟利昂回收处理的流程，从而对环境造成尽可能少的影响，以下就介绍一种氟利昂回收装置：其申请专利号为CN98221159.7公开号为CN2323164该装置有低压吸氟进气三通阀、干燥过滤器、气液分离器、旋转压缩机、冷凝器、贮液器、高压出液回收三通阀组成，并依次由管路连通。在低压吸氟进气三通阀的另两条支路上分别装低压表和吸氟橡胶管，在高压出液回收三通阀的另两条支路上分别装高压表和出液管。该系统配有常规电源电路操作简单，便于制冷设备维修时氟利昂的回收，从而避免了氟利昂的浪费和对环境的污染。目前三菱公司已经摒弃了氟利昂这种传统的制冷剂，而是改用了新型制冷剂R410A，R410A是一种由两种成分（R-32和R-125）组成的新型环保、高效节能的混合制冷剂。它无毒、无色、不易燃、热稳定性好，化学性质稳定，不会破坏臭氧层，其臭氧耗损值（ODP）为0。与R22的制冷能力相当，是R22的最佳替代物。它与矿物油的相互溶解性能不佳，和酯类油（POE68）的互溶性能良好。目前还有几种新型的空调制冷剂，如制冷剂R421A、R433b。R421A是一种最新型的，不破坏臭氧层,可长期替代R-22制冷剂，能在不更改现有冷冻系统的条件下全面替代R-22，替代R-22的时候不需要更换现用的润滑油，可以在所有为R-22设计的压缩机上使用。可以使用矿物油，AB或POE等润滑油，它不易燃，被美国制冷业权威机构ASHRAE评为A1的安全标准。与R-22相比较，在R-22的适用温度范围内其功效相似，它能冷冻系统的泄露修复后添加即可。R421A的耗电率少于R-407C710%，压缩机的压力小于R407C,因此使用R421A,无须更改压缩机生产线;可直接加入现有使用R-22的压缩机。R421A是耐热的三种成份的混合物，以液体的状态下储存在筒里运输.在任何制冷系统发生泄露的情况下,可使用R-421A直接添加,对系统功能没有影响。R421A是一种高效的制冷剂，它最明显的一个效率是温度越高，制冷能力越高;R421A在制冷方面已被证实是非常适宜的制冷剂。R421A从3℃左右的牛油和水果的储藏温度,到-40℃的中等储藏温度下都运行良好。许多例子表明，使用R-421A的压缩机在更低制冷温度下工作，能够接近达到所指出的最大运行效率。R433b的特点是比其他的制冷剂的蒸发潜热大，单位时间降温速度更快；分子量小，流动性能好，输送压力低，压缩机的负荷减小，可延长压缩机的使用寿命，降低电耗，节省系统的运行成本，综合节能率可达28～30%。其环保指标为O.D.P=0G.W.P=3。它在2008年12月份通过国家级检测中心对格力分体空调KFR-72LW/A(72520L1)A-N5型机器进行的检测。该机自带R22制冷剂，充装量为1950克。测试后抽真空，充装R433b制冷剂800克～850克最佳，对比节能28%～30%。本制冷剂在压缩机内还起一定的润滑作用，环保节能。主要有以下优点：1.环保性：R433b是碳氢化合物天然冷媒，不损坏臭氧层，无温室效应，安全环保。2.兼容性：R433b的热工性能与R22相近，所以对于R22的制冷系统无须变更，可直接充装到R22制冷系统中，达到同样的制冷效果，并与各类润滑油有良好的相容性。3.经济性：R433b的充装量，是R22的五分之二，经济实惠。而且直接替代R22也节省了大量改动费用。该产品目前在澳大利亚、伊朗、欧洲已经得到大规模推广使用。使用该制冷剂应注意：R433b碳氢环保制冷剂是易燃易爆的压缩气体，与空气混合可形成爆炸性混合气体，因此在存放时，应储存在阴凉、通风的仓库内。不能与氧化剂类产品混放。远离火源、热源，由专业人员充装。在工作场所严禁烟火。为了对环境造成尽可能少的污染，社会各界都在做出各自的努力，各种新型环保节能的制冷剂还在不断研发中，一些如三菱，大金，格力这样的空调生产厂商也都积极配合环保事业，毅然摒弃原先对环境有严重危害的制冷剂改为采用节能环保低能耗的制冷剂，并且配备有合理完善的制冷剂回收处理流程，做到对顾客，对环境都负责。目前制冷空调行业中使用的制冷剂多为CFC（氯氟烃的统称）和HCFC（含氢氯氟烃）。这些物质由于对臭氧层具有破坏作用并产生温室效应，因8此其替代研究已成为热点课题。随着人们环保意识的增强，可持续发展的观点越来越深入人心。因此作者认为，在当前的制冷剂替代研究中，应首先考虑对环境的可持续发展。第2章当前制冷剂存在的问题及制冷剂的替代2.1当前的制冷剂及其存在的问题由于行业发展的惯性，目前使用较多的制冷剂是CFCs和HCFCs，其次是HFCs。（对于CFCs发达国家已于1996年1月1日起禁止生产和使用，但一些发展中国家仍然在使用。）CFCs的禁用是因为CFCs会在大气中分裂并释放出破坏臭氧层的氯原子[2]。据UNEP(联合国环境规划署)提供的资料，如果平流层的臭氧总量减少1％，预计到达地面的有害紫外线将增加2％。有害紫外线的增加，会产生以下一些危害[3]：使皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加。破坏生态系统。过量的紫外线辐射会使植物的生长和光合作用受到抑制，使农作物减产。紫外线辐射也可能导致某些生物物种的突变。