新型制冷剂HFO-1234yf

　　HFC-134a(CF3CH2F,1,1,1,2-四氟乙烷)作为较佳的制冷剂,虽然其臭氧消耗潜值(ODP)为零,但它的温室效应潜值(GWP)高和在大气中停留时间长,大量使用会引起全球气候变暖。而且HFC-134a分子中含有CF3基团,在大气中解离后易与OH自由基或臭氧反应形成对生态系统危害严重的三氟乙酸[1]。所以欧盟于2006年推出F-gas法规[2],即从2011年1月1日起禁止GWP大于150的含氟气体用于新车型的汽车空调器中;从2017年1月1日起,禁止GWP大于150的含氟气体用于所有新出厂的汽车空调器中。

　　在寻找HFC-134a的替代物过程中,1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)和自然工质CO2(R744)受到了广泛的关注,但由于R744的使用条件较为苛刻,需对现有的设备进行较大程度的改进;而HFO-1234ze因为存在顺反异构体,两者沸点相差28e,不能单独作为制冷工质使用;因此HFO-1234yf作为制冷剂就脱颖而出。在2008年,由克莱斯勒、菲亚特、福特、通用、捷豹、路虎、现代、标志雪铁龙、雷诺和丰田等全球主要汽车OEM资助,SAE国际合作研究项目[2]发布了对HFO-1234yf的行业评价结果,报告中确认了HFO-1234yf在汽车空调中的使用是安全的,并且在所有的备选的替代品中,HFO-1234yf也表现出显著的环境效益。报告推定HFO-1234yf为满足环境和消费者需求提供了最大可能性。

　　杜邦和霍尼韦尔公司从上世纪90年代起就着手这方面的研究工作,并发表了大量的专利、文献。但在国内,几乎未见这方面的研究报道。本文就HFO-1234yf的各种性能以及国内外的研究进展作一简要介绍,以期能对国内ODS替代物的发展提供参考。

　　1 HFO-1234yf的性质

　　1.1 HFO-1234yf的物化性质

　　HFO-1234yf,分子式CF3CF=CH2,分子量114,沸点-29e,无毒,不燃, ODP为零, GWP = 4 (GWP134a =1300),大气停留时间只有11天,化学性能稳定[3](见表1)。

　　从表1可看出,HFO-1234yf的GWP值只有4,在所有替代物中最小,对全球温室效应的影响最小。而且其在大气中的停留时间只有11天,对气候的影响也最小。

　　1.2 制冷效率

　　COP(性能系数)是衡量制冷剂的一项重要性能指标,在制冷过程中,它实际就是热泵系统所能实现的制冷量(制热量)和输入功率的比值。在相同的工况下,其比值越大说明这个热泵系统的效率越高越节能。HFC-134a作为现在最重要的制冷剂,其出口温度为79.5e,基于其COP值为1100,将HFO-1225ye、HFO-1234ze和HFO-1234yf相对于HFC-134a的制冷性能比较[4],如表2所示。

　　从表2可看出, Z-HFO-1234ze、E-HFO-1234ze与HFC-134a比较具有较好的能量效果(1104, 1113与1100比较),而HFO-1234yf的能量效果则稍低HFC-134a。根据压缩机的出口温度比较,可以看出HFO-1225ye、HFO-1234ze和HFO-1234yf相对于HFC-134a都具有较低的出口温度(7516e7319e、6813e和7915e比较),这样能大大降低设备的损耗,减少设备的维修问题。