文档介绍：制冷剂的演变及展望热能 091 班朱国强张炜孔锐江黄志超在这里介绍了制冷剂发展史中三个具有代表性的阶段,提供了几种常用制冷剂的替代方案并展望了制冷剂的未来。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。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。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***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。 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,***、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、***甲烷等早期制冷剂。多数早期的制冷剂是可燃的或有毒的,或两者兼而有之,而且有些还有很强的反应性。第二阶段―制冷剂 CFC 和 HCFC CFC 和 HCFC 制冷剂的发现和开发,源于 1928 年有人给 Thomas Midgley 爵士的一个电话。当时他已开发了用四乙化铅改进正辛烷汽油的性能。电话中说,“制冷工业需要一种新制冷剂,而且希望这种制冷剂很易获得。”于是他与其助手 Albert . 和 Robert R. M 从当时的物性表中搜寻具有合适沸点的化合物,条件是有好的稳定性,无毒和不燃。当时出版的四***化碳沸点,引导他们的注意力集中到了有机***化物。***本身有毒,但他们认识到含***的化合物可以是无毒的。当他们意识到当时出版的四***化碳沸点数据有误后,他们就转向了元素周期表,并且很快地从元素周期表中删除了不理想的挥发物元素,然后又删除了会导致不稳定、有毒化合物的那些元素以及低沸点的惰性气体元素。最后只剩下 8种元素, 即C ,N,O,S,H,F,C 1,和 Br。他们将元素周期表的“行”与“列”组合后,发现元素F位于这 8个元素的“行”与“列”的交点。他们进而作了三种有趣的观察并发现:第一,这几种元素从左到右,可燃性下降;第二,从底下的重元素到顶部的轻元素,毒性下降;第三,当时众所周知的制冷剂无非是除F元素以外的 7种元素的组合,唯独没有含F元素的。于是, 他们确定了元素F这个目标。他们通过碳氢化合物***化或***化, 并说明了化合物成分将如何影响可燃性和毒性。 1931 年,使得 CFC -12( R -12) 商业化。随后, 1932 年CFC -11( R -11) 也被商业化。于是,出于安全性的考虑,一些CFC和HCFC制冷剂陆续得到了开发,逐渐替代了已使用 100 年之久的那些早期制冷剂(除NH 3外),而成为二十世纪制冷剂的主要潮流,在制冷空调和热泵系统中得到了广泛应用。到目前为止, CFC 拥有量大约为 × 106t 第三阶段——— HFC和天然制冷剂(1990 s—) Molina . 和 Rowla