制冷剂的替换与发展毕业论文.doc

技术学院毕业设计论文题目制冷剂的替代与发展系别机械工程系专业制冷与冷藏专业学制三年制姓名学号指导教师二一一年月日指导教师评语及成绩指导教师年月日摘要制冷剂发展到目前为止已经有多年的历史了它的诞生给人类的生产和生活带来极大便利但是它在造福人类的同时也给人类赖以生存的自然环境带极大的影响从发现大量使用的制冷剂破坏臭氧层开始人类就开始绿色环保制冷剂的探索和研究为此各国还签署了蒙特利尔议定书和京都议定加速淘汰臭氧层破坏物质减少对环境的破坏每四年一届的国际制冷大会吧全世界专家学者的研究结果汇集一起为整个制冷界注入新的空气改善制冷技术明确世界制冷空调行业的发展方向关键词制冷剂环保替代目录前言第章制冷剂的历史与分类制冷剂的定义制冷剂的历史制冷剂的一般分类第章制冷剂的发展制冷剂的发展制冷剂发展的趋势第章制冷剂的替代制冷剂选用时应注意的问题制冷剂的替代第章世纪绿色环保制冷剂的展望类制冷剂的实用化天然制冷剂的推广与实用化新一代替代工质的开发与实用化结论参考文献致谢前言制冷剂又称制冷工质在南方一些地区俗称雪种它是制冷循环的工作介质利用制冷剂的相变来传递热量既制冷剂在蒸发器中汽化时吸热在冷凝器中凝结时放热本论文主要介绍了制冷剂的历史发展发展趋势以及制冷剂的替代第章制冷剂的历史与分类制冷剂的定义制冷剂又称制冷工质在南方一些地区俗称雪种它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质水或空气等的热量而汽化在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝制冷剂的历史十九世纪中叶出现了机械制冷雅各布帕金斯在年建造了首台实用机器它用乙醚作制冷剂制冷剂是一种蒸气压缩系统二氧化碳和氨分别在年和年首次被用作制冷剂其他化学制品包括化学氰石油醚和石脑油二氧化硫和甲醚曾被作为蒸气压缩用制冷剂其应用限于工业过程多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存世纪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这些物质性能优良无毒不燃能适应不同的温度区域显著地改善了制冷机的性能几种制冷剂在空调中变得很普遍包括和世纪年代开始使用共沸制冷剂年代开始使用非共沸制冷剂空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业使用的都是以上几种制冷剂到年这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的到年代中期对臭氧层变薄的关注浮出水面族物质可能要承担部分责任这导致了年蒙特利尔议定书的通过议定书要求淘汰和族新的解决方案是开发族来担当制冷剂的主要角色族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰在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制冷耗能巨大美国建筑物耗能约占总能耗的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制冷剂一般分类低压高温制冷剂冷凝压力绝对如其这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中通常时中压中温制冷剂冷凝压力绝对如等这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷空调压缩机中高压低温制冷剂冷凝压力绝对如二氧化碳乙烷乙烯等这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或以下的低温装置中第章制冷剂的发展制冷剂的发展制冷剂的发展经历了三个阶段第一阶段从年到年主要采用等作为制冷剂它们有的有毒有的可燃有的效率低用了约年的时间第二阶段从年到年主要采用和制冷剂使用了约年第三阶段从年至今进入了以含氟烃为主的时期从历史来看制冷技术发展的第一阶段从年到年主要采取空气等作为制冷剂这些制冷剂有的有毒有的可燃有的效率很低使用了年之久当出现和制冷剂后处于安全的考虑当机立断实现了重大的第一次转轨进入了制冷剂技术发展的第二阶段年到年主要采用氟利昂作为制冷剂使用了年后发展这些制冷剂破坏臭氧层据世界气象组织最新的调查南极上空臭氧空洞已达到万平方公里比两个中国的面积还大事实上当制冷剂技术发展的第二阶段用的公职被列为淘汰时间表后制冷剂技术进入了新的发展的第三阶段从年至今进入制冷剂为主的时期并正在加紧进行绿色环保高效节能减少排放的新一代工质的开发与实用化进程的研究人类不仅应该能借助技术手段去利用自然同时还应该通过技术活动区顺应自然与自然协调减少或避免对自然界的破坏由于温室效应将引起气候变化目前国际社会所讨论的气候变化问题主要是指温室气体增加产生的气候变暖问题近年来世界各国出现了几百年来历史上最热的天气厄尔尼诺现象也频繁发生给各国造成了巨大经济损失人类对气候变化特别是气候变暖所导致的气象灾害的适应能力是相当弱的需要采取行动防范按现在的一些发展趋势科学家预测有可能出现的影响和危害有海平面上升全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化沿海地区可能会遭受淹没或海水入侵海滩和海岸遭受侵蚀土地恶化海水倒灌并影响沿海养殖业影响农业和自然生态系统全球气温和降雨形态的迅速变化可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化造成大范围的森林植被破坏和农业灾害加剧洪涝干旱及其他气象灾害全球平均气温略有上升就可能带来频繁的气候灾害过多的降雨大范围的干旱和持续的高温造成大规模的灾害损失影响人类健康气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率增加传染病高温会给人类的循环系统增加负担热浪会引起死亡率的增加正因为现行的制冷剂对环境的巨大的破坏作用促使着人们积极的寻求能够与环境的可持续发展相适应的新型替代制冷剂制冷剂发展的趋势以用作制冷剂的自然制冷剂有种水碳氢化合物和空气丙烷是碳氢化合物的一种早在世纪碳氢化合物已经作为一种制冷剂应用于冰箱等家用制冷器具中受当时理论和技术所限人们对其应用和安全性缺乏应有认识在一台冰箱中充注多达以上的碳氢化合物使整个系统效率低容易泄漏造成火灾等安全事故从而给人们留下了碳氢化合物制冷效率低安全性差的印象年人们发现含氯元素会对臭氧层产生破坏作用其后随着蒙特利尔条约对和物质的禁用碳氢化合物物质替代制冷剂研究才在全球重新展开目前在世界上房间空调制冷剂替代的通行做法是采用或两种制冷剂但欧洲有些企业已经开始研发自然制冷剂制冷系统自然制冷剂对环境影响最小是长期替代的理想物质同相比丙烷对臭氧层破坏系数是全球变暖系数值很低基本可以忽略但丙烷属于可燃制冷剂在一定条件下可以燃烧甚至爆炸丙烷与矿物油相溶如果在空调中采用丙烷为替代制冷剂空调压缩机企业则可以使用现有压缩机的生产线只是压缩机排量需要适当增加压缩机生产成本较匹配的压缩机略有增加而和压缩机使用或油其中油吸湿性强生产中水分管理严格一旦水分超标压缩机极易出现镀铜现象导致空调系统出现故障过实验测试如果用空调系统直接换用丙烷制冷剂空调系统的制冷量减少能效比提高用的热泵系统对和丙烷进行优化对比试验对压缩机膨胀阀以及充注量分别按制冷剂作相应优化试验结果表明相同系统情况下丙烷充注量是的在同等过热度不同测试工况下丙烷比制冷量小能效比低额定制热工况时丙烷比能力和低当环境温度高于时系统的值高于丙烷当环境温度低于时丙烷系统的值高于系统由于丙烷和矿物油相溶因此匹配丙烷的压缩机生产线兼容压缩机生产线压缩机生产成本降低在空调整机商检房标准检测机可共用而系统和系统使用不同的润滑油所以空调系统使用的压缩机需要新滨海新区概念股涨建生产线并且需要在空调整机商检房建不同的标准检测机来分别对应油油和矿物油空调系统第章制冷剂的替代制冷剂选用时应注意的问题制冷剂的选用是一个比较复杂的技术经济问题需要考虑的因素很多选择时应根据具体情况进行全面的技术分析考虑环保的要求必须选用符合国家环保法规的制冷剂考虑制冷温度的要求根据制冷剂温度和冷却条件的不同选用高温低压中温中压低温高压制冷剂通常选择的制冷剂的标准蒸发温度要低于制冷温度选择制冷剂还应考虑制冷装置的冷却条件使用环境等运行中的冷凝压力不应超过压缩机安全使用条件的规定值汽车空调只能用车外空气做冷却介质对其产生影响的气温风速太阳辐射热辐射等因素无不在频繁发生变化其运行条件决定它只能选用高温低压制冷剂过去选用目前大多选用考虑制冷剂的性质根据制冷剂的热力性质物理性质和化学性质选用那些无毒不爆炸不燃烧的制冷剂选用制冷剂应传热好阻力小与制冷系统用材料相容性好考虑压缩机的类型不同的制冷压缩机的工作原理有所不同体积式压缩机是通过缩小制冷剂蒸气的体积提高其压力的一般选用单位体积制冷量大的制冷剂如等制冷剂的种类很多随着科学技术的进步新工质不断出现以适宜于不同的制冷装置制冷剂的替代自年蒙特利尔议定书签订以来各国纷纷展开了对和物质的替代物的研究在年签订京都议定书以前和类的制冷剂替代研究主要以保护臭氧为目的主要研制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值较小值也要较小根据蒙特利尔议定书在发达国家已经被禁用因为对臭氧仍具有破坏作用也即将被淘汰由于较高京都议定书将替代和的物质列入限控物质清单中要求发达国家控制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值和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一目前合成制冷剂方面主要有以下几种的不可燃无毒无味使用安全其热物性质与十分接近可用来替代用于汽车空调和家用冰箱等领域但使用会使能耗增大且与用的润滑油不相溶与材料的兼容性方面也不同另外它还是一种温室效应气体所以仍然存在一定的缺陷是近共沸混合制冷剂是由质量分数为和组成主要用来替代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高约是非共沸混合制冷剂是由质量分数为的的和的组成单位容积制冷量大但传热性能较差二天然制冷剂方面主要有氨氨已被使用达年之久而至今仍在使用其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会有更大的市场份额二氧化碳是自然界天然存在的物质来源广泛成本低廉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压缩机压比约为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当然除了以上提到的制冷剂外还有很多新型的替代产品如清华大学研制的清华三号清华四号等混合制冷剂也取得了不错的效果第章世纪绿色环保制冷剂的展望类制冷剂的实用化目前类制冷剂还有许多问题尚待进一步解决如所有问题已解决的话也就不会在发达国家中出现和的黑市了适用于制冷剂的酯类油价格昂贵润滑性较差特别是吸水性和水解性强凡油含水量大于的多半要失败由于油是一种比制冷剂更好的溶剂因此必须小心选择所使用的材料加工过程用的切削油和清洗液等流体否则由于制冷剂油的化学反应会形成蜡状物质造成膨胀装置的堵塞今后的展望是进一步开发高稳定性的油油由于有优良的润滑性和弱水的水解性也有待开发改进设备设计提高能效是必然趋势能效的提高可减轻或抵消由于排放引起的温室效应例如冰箱美国从年到年能耗已降低了如年达到美国政府制定的能耗标准则将进一步降低按照这个标准冰箱的能耗相当于灯泡的耗电单元式空调从年到年季节能效比已由提高到即节能期望到年能耗还将进一步下降离心式冷水机组从年到年能耗由降到平均数好的设备由降到通过采用多级和直接驱动等措施和优化设计期望年可以从进一步降到天然制冷剂的推广与实用化是一种传统工质其优点是价格低廉能效高传热性能好且易检漏含水量余地大管径小但其毒性需认真对待而多年使用的历史表明的安全记录是好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相容性高的排气温度等问题也需合理解决看来会有更大的空调市场份额另一种传统天然工质是现已引起注意其优点是值为主要问题是其临界温度低因此能效低而且它是一种高压制冷剂系统的压力较现有的制冷剂高很多制冷剂可能应用的领域有以下三个方面第一是超临界循环的汽车空调由于其压比柢使压缩机效率高高效换热器如冲压微槽管的采用也对提高其能效作出贡献由于高压侧大的温度变化使进口空气温度与的排气温度可以非常接近仅相差几这样可以减少高压侧不可逆传热引起的损失为了减轻重量和缩小尺寸换热器头部的优化设计开发也已在进行此外系统在热泵方面的特殊优越性可以解决现代汽车冬天不能向车厢提供足够热量的缺陷目前德国已有商用的空调系统的公共汽车投入公交运输空调器尺寸与相当第二是热泵热水加热器由于在高压侧具有较大变化约的放热过程适用于加热水年和年报道试验结果比采用电能或天然气燃烧加热可节能水温可从升高到第三是在复叠式制冷系统中用作低压级制冷剂高压级则用或作制冷剂目前欧洲已有台安装于超市中运行情况表明技术上是可行的这种系统还适用于低温冷冻干燥的再次引入在现代化技术条件下似乎被认为是制冷空调行业发展中许多有意义的领域之一新一代替代工质的开发与实用化新的高效绿色环保制冷剂从热力学角度说必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容例如为了替代新的替代物其临界温度必须高于目前已经有人关注和它们的临界温度分别为和它们均溶于矿物质油为值很低前者为后者小于但它们均有一定的急性毒性还有一定的可燃性的稳定性也不够理想对于这两种化合物还需要进行长期的理化试验和研究开发工作被认为是和的一种具有前景的替代物它具有与相近的饱和压力呈现出好的稳定性及低的毒性并且对漆包线的侵蚀比有所减轻但有一定的可燃性目前尚需进行深入研究确认机组效率和着火的风险性八氟丁烷混合物也正在研究中目前正被考虑用作高温热泵中的替代物其运行压力比更接近于美国海军正考虑将其作为一种很有潜力的长期替代物用于军用冷水机组组中近年来正在对其效率设备改造要求稳定性材料相容性及毒性等问题进行研究混合物也正在研究中日本提出了用五氟甲基醚作为的替代物已进行了年研究尚在进一步研究总之为了适应环保的要求世纪制冷空调行业的发展方向绿色环保高效节能减少排放加强回收注重培训研究开发结论通过这次论文让我对制冷剂又有了新的认识制冷剂的出现给我们的生活带来许多方便与此同时它也给我们带来了许多麻烦制冷剂的替代问题关系到人类的生存使用时要充分考虑到它的负面影响应该积极的开发新的制冷剂然而制冷剂要朝绿色环保高效节能减少排放加强回收注重培训研究开发参考文献绿色替代制冷剂制冷性质的计算及应用高洪亮黄河水利出版社制冷原理殷浩徐德胜上海交通大学出版制冷剂使用手册曹德胜史琳编著吴业正主编制冷原理与设备西安交通大学出版社出版第二版制冷空调新工质丁国良张春路上海交通大学出版社新编国内外制冷剂应用指导手册编委会中国化工出版社致谢能够完成这篇论文多亏老师的指导在此向黄老师道一声谢谢您辛苦了谢谢您在大学里对我的谆谆教导您不仅教我课本知识更教会了我如何做人教会我如何去面对自己将来的工作漫漫师生情不是言语所能表达需要用心去体会也许以后我们见面的机会就少了但您和我之间的师生情会随时间而沉淀在即将离别之时向尊师道一声珍重