R290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势

摘要：论述了当前使用的制冷剂以及其存在的问题，指出现行制冷剂对臭氧层的破坏作用及引起的温室效应，将严重影响环境的可持续发展。分析了r290的性能特点，总结出r290制冷剂替代r22是必然的趋势以及确保r290的安全使用和生产应采取的措施。

关键词： r290 新型制冷剂趋势

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。人们迫切需要研发一种可替代现有制冷剂的安全绿色环保型制冷剂。

一、当前使用的制冷剂及其存在的问题

制冷剂的发展经历了三个阶段[1]：

第一阶段，从1830年到1930年，主要采用nh3、co2、h2o等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约100年的时间。

第二阶段，从1930年到1990年，主要采用cfcs和hcfcs制冷剂，使用了约60年。

第三阶段，从1990年至今，进入了以hfcs（含氟烃）为主的时期。由于行业发展的惯性，目前使用较多的制冷剂是cfcs和hcfcs。同时也造成了一定的危害：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。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。

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。

二、r290 替代r22的可行性分析

天然制冷剂是家用空调器今后发展的方向，纯天然制冷剂r290是高纯度丙烷，是碳氢化合物的可燃制冷剂，在常温常压下，是一种无色、无毒的气体。同时r290是饱和碳氢化合物，化学性质温和，对金属无腐蚀作用，难溶于水，与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性，不需要合成，不改变自然界碳氢化合物的含量，对温室效应没有直接影响，在一定条件下可以燃烧，甚至爆炸。丙烷与矿物油相溶。在原用r22空调的制冷系统中采用r290制冷剂，在制冷系统的设计加工方面等同于r22制冷系统，其主要的技术难点在使尽最大可能地降低r290空调系统的可燃性。

饱和蒸汽压

对比r290与r22的饱和蒸汽压力线接近，在20℃以下的低温区段，也就是家用空调制冷剂蒸发时两种制冷剂的压力线基本重合；而在家用空调常用的冷凝段，也就是在30度以上r290的压力与r22的压力开始拉开距离，r22较r22压力略低，这样的特点可以保证r290在不影响压缩机进气量工作的前提下有效地降低压缩比，提高压缩机的工作效率。并且家用空调器选用r290作为制冷剂，部件耐压方面不需要进行改进。

饱和液体密度和饱和气体比体积

在饱和液态时，r290比r22 的密度小很多，在气体时，r290 的蒸汽比体积比r22 的大，这意味着在相同的内容积下，r290系统的关注量要比r22小得多，很多实验表明，在相同系统下， r290 的最佳灌注量注量仅为r22的40-45%左右。

汽化潜热

在家用空调器可能达到的制冷剂温度-20℃到70℃间，在相同温度下，r290 的汽化潜热是r22 的的1.8倍以上。汽化潜热r、蒸发器的制冷量q0、蒸发器入口干度xi之间有此关系：

q0=m*r*（1-xi，m为制冷剂质量流量。由于r290的蒸汽比体积较小而导致质量流量m 低的缺点，可以通过他们的汽化潜热r来来弥补。

饱和液态比热容和饱和气态比热容

在相同温度下，r290 的饱和液态比热容和饱和蒸汽比热容均比r22 的大。在相同的蒸发器负荷下，r290 的吸气温度比r22 的吸气温度较低，排气温度也低，可以减少压缩机压缩过程气体与汽缸之间的热交换，从而减少不可逆损失，降低能耗。

饱和液态粘滞系数和饱和气态粘滞系数

减少流体与管壁以及流体内部的摩擦损失，另一方面也可以减少传热时的附面层厚度，从而增大传热系数。

三、r290作为家用空调制冷剂应采取的安全措施

碳氢化合物制冷剂最大的局限是它的可燃性，发生泄漏后可能引起火灾与爆炸等危险事故，所以r290 制冷剂安全性主要从防止制冷剂泄漏以及泄漏后采取的安全措施来控制。

电器防火的设计[4]

根据r290物性持征.关键在于减小其在空间与空气混合的浓度，即在密闭空间空气中的含量。因此必须了解环境温度对r290制冷剂可燃性的影响。因r209需要在450℃的条件下才达到明火引燃，故电器元件采用灭弧设计后.这一可燃性的隐患可以消除.

空调器运行中的阻燃性设计

选用对r290气件敏感材料组成的电子传感嚣。当空调嚣在运行时出现管材老化、密封件失效导致r209气体在室内发生泄漏时，作出声光报警。同时空调器可设计成同步自我切断电源模式。

空调制冷系统的阻燃设计

在确保空调能效的前提下，尽可能地减小r290制冷剂的充注量。因此在空调系统的冷凝高压侧设计安装一个安全卸压阀，当系统压力超出设计定值时释放压力。当空调系统出现过负荷压力与温度时，安全卸压阀的易熔金属会熔解.将r290制冷剂释放到太气环境中。

充注与焊接封装的阻燃性设计

生产流水线现场在封口工艺上需要采用挤接封堵技术来代替钎焊技术。挤接封堵装置包括央紧环、堵帽、制冷剂量允注工艺管、密封芯柱，密封胶圈。工作室内采用上进风下排风的强制排风系统确保空气中的r290含量始终处于安全状态，通过控制生产精度，减少不必要的制冷剂泄漏量；保证通风，有效稀释环境中的制冷剂浓度；将焊接等有火工位隔离；改造生产线减少电火花，并增加浓度检测装置，是完全可以做到安全生产的。

结论

r290 制冷剂是一种环保高效制冷剂，可以在家用空调器上使用并达到较高能效。通过减小换热器管径、采用微通道换热器等措施，可在达到高能效的前提下，即节省材料成本又减少制冷剂灌注量。虽然r290是可燃的，但经过减少灌注量并采取适当安全措施后是可以实现安全生产使用的。r290是目前国际上认可的完全环境友好型制冷剂，既对臭氧层没有破坏又对气候变化不会产生影响。采用自然环保工质r290研发高效节能空调器项目也已经取得的突破性进展，为r290制冷剂在空调行业的推广提供了依据，为其产业化奠定了基础，符台国家节能环保产业政策。生产和使用上只要严格遵照安全规范，从设计与生产工艺的因素规避r290制冷剂的可燃性特点，在现有技术条件下能确保它安全使用在家用制冷器上。