工业用制冷剂的发展现状

张 春李 欣

（1.北大医药股份有限公司麻柳项目部，中国 重庆400000；2.北大医药股份有限公司两江分厂，中国 重庆400000）

1 制冷剂的发展历史

古代人们已经有了低温可长时间保存食物的认识，在那个时代人们通常采用水或者取冰来实现降温或保存食物等，但受地域的限制比较大，在炎热的夏季还是只有减少室外的活动，在阴凉处休息避暑。

直到19世纪中叶，随着工业技术的发展，出现了机械制冷。雅各布·帕金斯在1834年建造了首台用于制冷的机器，它采用了乙醚作为制冷剂，是一种蒸汽压缩系统。1926年，托马斯·米奇尼开发了首台CFC（氯氟碳）制冷机，使用了R12制冷剂，该机型在1931年开始用于工业和商业生产并很快进入到民用中。20世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为氟利昂（FREIN）。这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度需求。60年代后出现了非共沸制冷，在这之间氟利昂制冷剂也得到了广泛的发展。1990年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。虽然全球变暖的因素很多，但因为空调和工业制冷耗能巨大，且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。虽然ASHRAE标准34把许多物质分类为制冷剂，但只有少部分是用于工业和商业空调。

2 制冷剂的发展现状

随着工业产业的快速发展，制冷技术成为其发展中不可缺少的一部分，在早期的工业级应用中，氟利昂R11、R12等制冷剂被广泛地采用。目前，在制冷剂的应用中，已使用过的制冷剂也达70、80种，并正在不断的开发增多，但用于工业和商用空调的制冷剂仅十多种，而如今被广泛使用的也只有以下几种：

2.1 氨，作为无机化合物中的杰出代表，是目前大型工业应用中使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。

氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，所以氨系统中不会发生冰堵现象。氨对钢铁也不起腐蚀作用，在氨液中含有水分子后，对铜有腐蚀作用，且使蒸发温度稍有提高。因此，氨制冷系统中不能使用铜及铜合金材料，且规定氨系统中含水量不应超过0.2%。

2.2 二氟一氯甲烷，由于人们对R11、R12对环境污染和臭氧层破坏等问题的认识，科学界又发现了R22对臭氧层破坏力小的多地制冷剂，但其仍然存在对温室效应升高的影响，只能用来代替R11和R12等制冷剂，主推其作为长久的制冷发展用制冷剂还是存在弊端，所以在发达国家也逐渐禁止使用，但根据《蒙特利尔协定书》该种制冷将在2020年全面停用。

2.3 环保型制冷剂

（1）第一代环保制冷剂（氟利昂R134A），其组成元素中只有氢、氟和碳等元素，不含有氯元素，所以不会对臭氧层造成破坏，是当前绝大多数国家认可的环保型制冷剂，也是目前世界范围内使用最为广泛的中低温制冷剂之一。

（2）第二代环保制冷剂（氟利昂R410A），是一种由R32和R125组成的新型环保、高效节能的准共沸混合型制冷剂，其主要由氢、氟和碳元素等组成（表示为hfc），具有无色、无味、无毒、稳定的优越性能；且由于其不含有氯元素，所以不会对臭氧层造成破坏，在欧美及日本等国家已经得到普及应用，在中国工业应用中还使用较少。

（3）第三代环保制冷剂（氟利昂R421a）作为最新开发的环保制冷剂，与R417A和R420A并称为第三代环保制冷剂，与第一代、第二代制冷剂相比较，其真正的可以实现百分百无“氟”不会造成温室效应。

3 制冷的发展趋势

综合以上叙述，我们不难发现，现今用于工业制冷的主流制冷剂均是在考虑安全性高、无污染、对臭氧层无破坏、能持续推进世界环境卫生成可持续发展的方向进行推广。

从制冷剂本身来说，氨是一种除安全性以外其他均能满足最理想指标的制冷剂，解决其安全问题，其应该是制冷剂中应用最为理想的冷媒，现目前各国也在研究在氨中添加CO2形成复叠系统来减小氨的爆炸危险性，但该课题目前还没有应用于工业。

使用氨的企业还是应该在氨系统的本身来控制安全性：

首先，对于氨系统来说一般的新安装系统的安全等级还是比较高的，只有使用年久的氨系统，没有得到正常的维护保养，形成老化后才会出现严重的氨泄漏，所以氨系统的用户应每年定期对系统中的设备设施进行修护保养，防止设备设施老化，消除泄漏的潜在性。

其次，对于氨这种强穿透力的气体，应该确保系统中的阀门的密封性、法兰密封等质量，尤其是新安装的系统不能为了节约经费而降低管阀件的质量，采用一些不入流的产品，抱着用几年就更换这些阀门的投机思想所做出来的工程本身就存在很大的安全隐患，所以新建、扩建的氨制冷系统中所应用的产品应采购知名品牌的产品，且在安装前应严格按照工业安装规范进行压力强度试验和泄漏性试验等，并形成文件资料归档保存，便于日后的系统维修中能够溯源。

最后，随着新工艺、新设备的不断开发，应尽可能在选择应用成功的产品，近年来随着安全监控设备的成功应用，可燃气体报警器、自动喷淋系统和联动控制系统等先进的技术应充分应用于氨制冷系统中，即早发现并解决，将安全隐患消除在萌芽阶段。

对于氟利昂系统来说，其本身的安全性比较高，主要是对臭氧层和温室效率的影响很大，所以新开发的环保型制冷剂应尽可能地配制出入如R421a这类GWP为0、ODP近似为0的新型环保制冷，但要应用于工业还必需得考虑其生产获得成本，降低其制造成本将是放在其与氨制冷系统比较的最主要指标，实现经济性的可持续发展产物，从根本上消除制冷系统存在的安全隐患。

4 制冷新技术—磁制冷

近年来，科学界开始新起应用一种叫磁制冷的技术来代替压缩制冷原理，磁制冷技术的原理是磁热效应，就是固体磁性材料在外加磁场发生变化时温度随之变化的效应，例如铁磁性材料进入磁场时温度升高，离开磁场时温度降低，这种磁场导致的温度变化与磁性材料的原子晶格结构变化有关，而通过导热液体将磁性材料产生的低温传导出去，就能实现制冷，其对臭氧层等都没有影响，是一种理想的制冷技术。

同时，来自加拿大和保加利亚的研究人员发现在对一种钬锰氧化物的晶体在恒定的磁场中进行旋转时可以产生巨大的磁热效应，而无需像标准磁热效应那样让磁性材料反复进出磁场；利用这种旋转式可以大大减少制冷剂的能耗，而且为更简便、高效的磁制冷系统开启了应用之门，让磁制冷技术在未来能够成功应用于家居等更近了一步。

5 结论

未来制冷剂的应用趋势就是要坚持以生态环境的可持续发展为基础，从根本上消除制冷系统中的安全隐患，确保系统运行中的安全性能，以人为本消除职业卫生的危害；提高制冷循环的热交换效率，促进工业发展的需求，实现节能降耗无污染的最终理想状态，这不是某个国家或某个人的事，而是全人类都应该努力实现的一个目标，响应国际环境卫生组织的号召，走上低消耗低污染的工

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