HFC替代物雖然解決了臭氧層的消耗問題,但其較高的GWP值仍然是困擾人們的一個不可忽視的問題。如果從環境的可接受性考慮,天然製冷劑無疑是解決問題**徹底而又**完滿的途徑。以挪威的勞倫曾(G.Lorentzen)教授為代表的提倡天然製冷劑的流派投向了「取之於自然,還之與自然」的天然製冷劑。
國際製冷學會(IIR)從1994年起舉辦兩年一度的專題討論天然工質的國際會議,交流探討在此領域中的新發現和成果。目前在天然製冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及CO2製冷技術**有可能成為R22的長期替代物。
(1) R717:是具有120多年使用經驗的一種廉價天然製冷劑,其熱力性能優良,其容積製冷量和能效比均可優於R22;然而R717的排氣溫度很高,它與某些材料與原有
潤滑油的不相溶性令人顧慮。但是新的潤滑油及其他新技術的出現,為氨的擴大應用提供了可能性,目前已有使用氨的整裝式
冷水機組面市,製冷技術人員還在繼續不斷地努力。
(2) R290:也是一種在化工生產中已長期使用的非常廉價的天然製冷劑。丙烷的熱力性質與R22非常接近,因而有可能成為R22的直接衝灌式製冷劑。與R22相比,丙烷的能效比較高,排氣溫度低,容積製冷量也較小。其弱點是具有可燃性。近年來使用丙烷的呼聲在增長,也已制定出有關的安全使用規程。
(3)CO2:由於CO2的高密度和低粘度,CO2的流動損失小,傳熱效果好。通過強化傳熱可以彌補它循環不高的缺點,增加回熱器或者採用兩級壓縮即可達到與常規製冷劑相似的效率,而不設膨脹機,這也是各公司開發CO2小型製冷或者汽車
空調的研究方向。
CO2製冷技術已經跨進實際應用的門檻。日本幾大公司開發的CO2
熱泵熱水器已上市多年,年產已達十萬臺。日本冷凍空調空調協會標準JRA-4050-2004
家電熱泵
熱水機(二氧化碳冷媒)對這類產品的性能、安裝等有嚴格的規定。實際上
熱水器稍加改裝,即可變為有熱回收的
家用空調,所以將CO2用於家用空調也只有一步之遙。在汽車空調方面,可以說國際上各大汽車公司都進行了CO2汽車空調的研製,並能過專門協調機構聯合攻關,國際汽車工程學會不斷發布有關報告。歐盟正在講座相關CO2汽車空調的標準,準備在2008-2010年將歐洲的汽車空調全部改為CO2系統。R134a汽車空調只是過渡性的,一旦時機成熟,向CO2系統轉變已是定局。而這個「時機」不僅是技術性的,而且是政策性、商業性的。
4、熱聲製冷除了在製冷劑方面的進展,在新的製冷理論及實踐方面也有許多進展,如熱聲製冷技術的研究和運用。
熱聲製冷是21世紀以來發展的一種新的製冷技術,與傳統的蒸汽壓縮式製冷系統相比,熱聲熱機具有無可比擬的優勢:無需使用汙染環境的製冷劑,而是使用惰性氣體或其混合物作為工質,因此不會導致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應而危害環境;其基本機構是非常簡單和可靠,無需貴重材料,成本上具有很大的優勢;它們無需振蕩的活塞和油
密封或潤滑,無運動部件的特點使得其壽命大大延長。熱聲製冷技術幾乎克服了傳統製冷系統的缺點,可成為下一代製冷新技術的發展方向。
所有的熱聲產品的工作原理都基於所謂的熱聲效應,熱聲效應機理可以簡單的描述為在聲波稠密時加入熱量,在聲波稀疏時排出熱量,則聲波得到加強;反之聲波稠密時排出熱量,在聲波稀疏時吸入熱量,則聲波得到削弱。當然,實際的熱聲理論遠比這複雜的多。當然,熱聲製冷的設計水平及製造工藝也在不斷的提高。目前,美國在熱聲領域內的投入**大,研究機構**多,取得了許多突破性的進展。
如上世紀90年代早期,美國海軍研究生院(NPS)的Garrett教授開發的熱聲制冷機;2000年左右,開發了
太陽能驅動的熱聲制冷機;還有在美國LOS Alamos國家實驗室(LANL),SWIFT教授領導著世界著名的熱聲研究組,他們主要研發的熱聲驅動的脈管制冷(低溫製冷);另外還有開式熱聲製冷和空調、高頻微型熱聲機製冷以及還在研發中的種種技術。
熱聲技術的應用是相當豐富的,熱聲能量轉換技術將會給包括製冷工業在內的整個能源工業帶來很大的影響,它的簡單、環保、節能高效的特性符合當今時代的需要,當然就目前的現狀而言,由於設計水平遠沒有達到**優化的程度,材料的選擇及製造技術都還在完善之中,而普通的製冷系統經過上百年的發展和改進,熱聲製冷的單件成本會高於普通傳統製冷裝置,但隨著材料的選擇和製造工業藝的日趨成熟,可以肯定熱聲制冷機會具有極大的成本優勢。
5、國內製冷技術研究的狀況我國空調製冷行業走的是與我國家電企業相同的從技術引進到仿製的過程,雖然在生產規模上我國空調企業已經比較大,但是在核心技術方面至今沒有擺脫「照貓畫虎」或「拿來主義」的圈子。從發達國家引進技術,我們得到的往往都是一些「過時」的技術。目前相當普遍的現象就是,許多國內空調企業所生產的空調產品,雖然在生產規模上逐年擴大,但沒有走出勞動密集型的模式,可以說沒有真正的自有技術,在綜合實力上處在國際分工的低端。這樣的企業對新出現的製冷技術只能「望洋興嘆」了。
據了解,直到目前尚未有國內企業對新型製冷劑或者新型製冷技術進行深入研究開發並申報相關專利。就是一些看起來比較「敏感」準備開發新產品的,不過也只是在打聽如何能買到成品壓縮機等等。由此可見我國企業目前所追求的不是技術上的**、而仍然熱衷於為國外高技術製冷企業「打工」,缺少長遠打算。可以說,我們與國外的差距並不僅是技術開發方面的差距,而更在於創新觀念上的差距。與此形成鮮明對照的是,歐美及一些國家已將相關研究納入國家計劃,或是各大公司聯合攻關,有關製冷方面新型循環原理、壓縮機、換熱器的專利層出不窮。
實際上目前我國一些大學一直在進行相關研究,如華中科技大學開展的熱聲製冷技術研究已有十多年的歷史,是國內在熱聲研究方面**個獲得國家自然科學基金資助的單位,目前為國內熱聲製冷研究中心。天津大學也在國家自然科學基金、教育部博士點基金和天津市自然科學基金的資助下,開展CO2跨臨界循環的研究,此外,各種耐高溫壓的高效換熱器也在研發之列。總的來說,我們雖起步較晚,但發展也比較快,目前主要是一個如何儘快實現產業化的問題。