制冷剂必须具备一定的特性,包括热力学性质(即沸点、蒸发与冷凝压力、单位容积制冷量、循环效率、压缩终了温度等)、安全性(毒性、燃烧性和爆炸性)、腐蚀性与润滑油的溶解性、水溶性、充注量、导热系数等。 臭氧层的破坏和全球气候变化是当今全球面临的两大主要环境问题。因此,在开发制冷剂时除考虑以上性质外,还需遵循两个重要的选择原则(1)ODP值,即臭氧层破坏潜能;(2)GWP值,即温室效应能力。 制冷剂本身所必须具备的特性和所要遵循的原则决定了制冷剂的发展方向和演变过程。同时,正因为这样,决定了寻找理想的或者环保的制冷剂之路是非常困难和漫长的。为此,本文回顾了制冷剂的发展历史,探讨了未来发展趋势。
2.制冷剂的发展史 从时间上看,制冷剂的发展经历了三个阶段。第一阶段是十九世纪的早期制冷剂;第二阶段是二十世纪时代的CFC与HCFC类制冷剂;第三阶段是二十一世纪的绿色环保制冷剂。
2.1 早期制冷剂 1805年,Oliver Evans最早提出了在封闭循环中,使用挥发性流体的思路,用以将水冷冻成冰。具体描述为,在真空下将乙醚蒸发,并将蒸汽泵到水冷式换热器,冷凝后再利用。1824年, Richard Trevithick首先提出了空气制冷循环设想,但未建成此装置。1834年, Jacob Perkins则第一次开发了蒸气压缩制冷循环,并获得了英国专利(6662号)[1]。在他所设计的蒸气压缩制冷设备中使用二乙醚(乙基醚)作为制冷剂。 随着Jacob Perkins所发明的蒸气压缩式制冷设备正式投入使用,从十九世纪三十年代开始陆续开发了一些早期实用的制冷剂。[2] Jacob Perkins的助手John Hegel 对这套设备进行了改造并且换了一种特殊的制冷剂-—生橡胶,那是天然橡胶分解蒸馏后得到的挥发性溶液。19世纪,天然橡胶只能从印度进口。因此,乙醚、甲醚作为主要制冷剂的地位延续到19世纪60年代才逐渐被氨所取代。 氨/水作为制冷剂是1869年首次应用于美国新奥尔良一家酿造厂的冷冻设备中,设计者是两位法国人。最初没有氨气来源,只能使用氨水,而水份易对制冷系统造成损害,故早期的制冷设备不得不采用一些临时性的应急手段,如用生石灰或氢氧化钠对氨/水制冷剂进行干燥处理。直到1876年,由克利夫兰的麦克米兰公司推出了直接适于制冷设备应用的氨/水制冷剂。继氨/水之后又推出了二氧化碳、氯甲烷等早期制冷剂
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