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      1. 制冷劑的發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢

        時(shí)間:2024-02-29

        制冷劑是什么呢?大家想著(zhù)是不是冰箱還是空調機。


        答案是將具有較低溫度的被冷卻物體的熱量轉移給環(huán)境介質(zhì)從而獲得冷量的機器。大家不懂都去網(wǎng)頁(yè)上尋找相對正確的答案是不是很模糊很籠統的感覺(jué),通俗易懂就是空調里面的制冷機器,把熱能交換冷能,使得機器不會(huì )過(guò)熱出故障。常常用于工農業(yè)生產(chǎn)以及日常生活當中。而制冷劑從一開(kāi)始誕生到二十世紀過(guò)程中發(fā)生翻天覆地變化。
        一、制冷劑的發(fā)展歷程


        在民用空調、工業(yè)制冷中,制冷劑作為制冷系統中不可或缺的工質(zhì),一直發(fā)揮著(zhù)重要作用。從歷史上看,制冷劑的發(fā)展可以分為四個(gè)階段。

        (圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))
        (一)第一階段:18301930
        早期的制冷劑,以能用即可為選擇標準。


        1824年,Richard Trevithick首先提出了空氣制冷循環(huán)設想,但也未建成此裝置。1834年,Jacob Perkins則第一次開(kāi)發(fā)了蒸氣壓縮制冷循環(huán),并獲得了專(zhuān)利。在他所設計的蒸氣壓縮制冷設備中使用二乙醚(乙基醚)作為制冷劑。隨著(zhù)Jacob Perkins所發(fā)明的蒸氣壓縮式制冷設備正式投入使用,從十九世紀三十年代開(kāi)始陸續開(kāi)發(fā)了一些實(shí)際的制冷劑。在十九世紀三十年代,Perkins開(kāi)發(fā)的第一臺制冷機,使用的制冷劑是作為工業(yè)溶劑的橡膠餾化物。他之所以選用這種流體,主要是由于當時(shí)能較易獲得。由此可見(jiàn),從早期開(kāi)始,易獲得性始終成為制冷劑篩選的一條重要準則。

        (圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))


        (二)第二階段:19301990

        第二階段的制冷劑,以安全與耐久性為選擇標準。

         1930年,Medgley發(fā)表的第一份關(guān)于氟化制冷劑的文獻中,說(shuō)明了如何根據所要求的沸點(diǎn),將碳氫化合物氟化或氯化,并說(shuō)明了化合物成分將如何影響可燃性和毒性。CFC-12R-12的商業(yè)化開(kāi)始于1931年。隨后,1932CFC-11R-11也被商業(yè)化。于是,出于安全性的考慮,一些CFCsHCFCs陸續得到了開(kāi)發(fā),逐漸替代了已使用100年之久的那些早期制冷劑NH3外),而成為二十世紀制冷劑的主要潮流,在制冷空調和熱泵系統中得到了廣泛應用。

        (三)第三階段:19902010

        第三階段的制冷劑,以臭氧層保護為選擇標準。

        《蒙特利爾議定書(shū)》及其修正案對發(fā)達國家和發(fā)展中國家分別要求和規定了CFCsHCFCs制冷劑的淘汰進(jìn)程。CFCsHCFCs制冷劑的替代成為近十多年來(lái)國際性的熱門(mén)話(huà)題。國際上,為了應對環(huán)保要求的挑戰,在尋找、開(kāi)發(fā)替代制冷劑的過(guò)程中,逐漸形成了下列兩種基本思路和兩種替代路線(xiàn),即:

        1.仍以元素周期表中的F元素為中心,在剔除了ClBr元素后,開(kāi)發(fā)了以F、H、C元素組成的化合物,即HFCs制冷劑,如HFC-134a、HFC-32、HFC-152a、HFC-143aHFC-125等及其混合物R407CR410A等。

        2.以元素周期表中的C、H、N、O等元素組成的天然工質(zhì)為對象,重新回到了早期制冷劑中的碳氫化合物HCs、CO2、和NH3等制冷劑。但其中HCs制冷劑具有強可燃性,CO2的的壓力很高.制冷效率較低,在實(shí)際應用中還受到一定的限制。

        (圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))


        (四)第四階段:2010-至今

        第四階段的制冷劑,以全球變暖效應為選擇標準。主要以GWP ODP(臭氧消耗潛勢)為主要指標來(lái)衡量新型制冷劑的性能指標。同時(shí),應在低GWP、低ODP的標準下,提高制冷效率,或者說(shuō)為了解決低GWP所做的變動(dòng)應當同時(shí)提高制冷效率而不是反過(guò)來(lái)使凈GHG(溫室氣體)排放量增加。

        二、制冷劑的發(fā)展趨勢

         20079月在加拿大蒙特利爾召開(kāi)的《蒙特利爾議定書(shū)》第19次締約方會(huì )議,通過(guò)了加速淘汰HCFCs的調整方案。其中規定發(fā)達國家2010HCFCs的使用量減少75%,2015年減少90%,2020-2030年只保留0.5%用于維修;對于發(fā)展中國家,HCFCs的用量以2009年和2010的平均水平為基準,2015年減少15%,2020年減少35%,2025年減少67.5%,2030-2040年,只留2.5%用于平時(shí)的維修使用。

        目前,一些國際上制冷劑研究前沿領(lǐng)域的一些研究成果,主要是一些代表性的高性能環(huán)保制冷劑和制冷系統,具有很大的潛力和研究?jì)r(jià)值:

        1.HFO-1234yf制冷劑

        HFO-1234yf制冷劑是由美國霍尼維爾和杜邦兩大國際化學(xué)公司聯(lián)手研發(fā)的。根據報告,R1234yf的熱物理性質(zhì)與R134a近似,其制冷量以及COP等性能參數與R134a的系統很相近。在實(shí)際汽車(chē)空調系統中,美國和日本的相關(guān)汽車(chē)空調行業(yè)也進(jìn)行了測試,原R134a熱泵空調系統可以不用改動(dòng)就可直接用此新型制冷劑進(jìn)行替代,被認為是潛在的更優(yōu)越于R134a的替代物。以下,是這兩種制冷劑的熱力性質(zhì)比較:

        (圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))


        2.二甲醚(DME)制冷劑

        二甲醚(Dimethyl Ether,簡(jiǎn)稱(chēng)DME),其分子式為CH3OCH3是目前世界上普遍看好的未來(lái)超清潔燃料。從已有的DME各種性質(zhì)看,DME具有作為綠色環(huán)保制冷劑的潛質(zhì)。

        3.CO2與氨復疊式系統

        10年替代物的發(fā)展看,無(wú)論從理論上或從實(shí)踐上,很難找到一種不影響環(huán)境的完全理想的替代物,高效、安全且價(jià)格不貴。因此,許多專(zhuān)家提出,第四代制冷劑退回自然工質(zhì)是必然的趨勢。在常用的自然工質(zhì)中,CO2最具競爭力,在可燃性和毒性有嚴格限制的場(chǎng)合,CO2是最理想的。CO2制冷劑是一種安全無(wú)毒、不可燃的自然工質(zhì),不破壞臭氧層,溫室效應系數GWP=1,價(jià)格低廉,不需回收,可降低設備報廢處理成本。

        4.太陽(yáng)能吸收式制冷系統

        常規壓縮制冷裝置中通常含有氯、氟、烴類(lèi)等對大氣有害的物質(zhì),而采用溴化鋰作為吸收制冷的工質(zhì),其對環(huán)境是無(wú)污染的同時(shí),吸收制冷系統可以利用太陽(yáng)能熱源作為驅動(dòng)力,具有非常經(jīng)濟的特點(diǎn),因此,溴化鋰吸收式制冷系統是最適合利用太陽(yáng)能的制冷系統。


        (本文章內容參考:來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))



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