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CO2制冷技术在冷库行业是否为最好选择

  一、CO2作为制冷剂的历史


  在19世纪末至20世纪30年代前,CO2(R744),氨(R717),SO2(R764),氯甲烷(R40)等曾被广泛应用。

  1850年,最初是由美国人Alexander Twining提出在蒸汽压缩系统中采用CO2作为制冷剂,并获英国专利[1]。

  1867年,Thaddeus S C Lowe首次成功使用CO2应用于商业机,获得了英国专利。于1869年制造了一台制冰机。

  1882年,Carl von Linde为德国埃森的F Krupp公司设计和开发了采用CO2作为工质的制冷机。

  1884年,W Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国15475号专利。澳大利亚的J Harrison设计了一台用于制冷的CO2装置获得了英国1890号专利。

  1886年,德国人Franz Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利。英国的J&E Hall公司收购了该专利,将其改进后于1890年开始投入生产。

  19世纪90年代美国开始将CO2应用于制冷。

  1897年Kroeschell Bros锅炉公司在芝加哥成立了分公司,生产CO2压缩机。

  1919年前后,CO2制冷压缩机才被广泛应用在舒适性空调中。

  1920年,在教堂的空调系统中得到应用。

  1925年,干冰循环用于空气调节。

  1927年,在办公室的空调系统中得到使用。

  1930年,在住宅的空调系统中得到使用,后来又被用于各种商业建筑和公共设施的空调制冷系统。


  CO2制冷曾经达到很辉煌的程度。据统计,1900年全世界范围内的356艘船舶中,37%用空气循环制冷机,pk彩票苹果版下载,37%用氨吸收式制冷机,25%使用CO2蒸气压缩式制冷机。发展到1930年,80%的船舶采用CO2制冷机,其余的20%则用氨制冷机。由于当时的技术水平比较差,CO2较低的临界温度(31.1℃)和较高的临界压力 (7.37MPa),使得CO2系统的效率较低。加上其冷凝器的冷却介质多采用温度较低的地下水或海水,基本属于亚临界循环。当水温较高时(如热带海洋上行驶的轮船其冷却水的温度可接近30℃),其制冷效率会更加下降。所以CO2制冷技术并没有进一步开发运用于汽车空调、热泵等。


  1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不成燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在安适制冷剂方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用。


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  CO2制冷剂的再受重视

  由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的倒霉影响,掩护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。从1985年的《掩护臭氧层的维也纳公约》到1987年的《蒙特利尔议定书》,以及1990年伦敦会议和1992年哥本哈根会议对蒙特利尔议定书的修正,世界范围内的CFCs替代进程在不停加快。1991年6月,我国在修改的《蒙特利尔议定书》上签字,成为缔约国之一。1992年5~7月体例了“中国消耗臭氧层物逐步淘汰国家方案”,并于1993年1月经国务院批准。这样按国家方案,逐步淘汰消耗臭氧层物质已经成为一项国际责任。


  CFCs替代的首要原因是因为它们破坏臭氧层,因此新的替代工质必需对于臭氧层没有破坏。HFC类工质,因为对于臭氧层没有破坏力,成为替代CFCs的重要工质。特别是HFC134a作为CFC12的替代物已被大规模生产与应用。HFCs虽然不破坏臭氧层,但它们化学性不变,释放后能够积累,这最终导致明显的温室效应。虽然人们可以努力合成性能更佳的工质,但由于制冷剂的使用量非常大,最终将不成制止地有相当部分泄漏到大气中去。任何大量人工合成物质排放到自然界中,都会对于环境造成影响,因此现在一种遍及的不雅观点是采用自然工质。前国际制冷学会主席,挪威的G Lorentzen在1989~1994年大力提倡使用自然工质[2,3],特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的带头作用。从此CO2制冷装置的研究与应用又一次成为在全球范围内受重视的热点。


  二、CO2制冷剂的性质


  CO2(R744)是在19世纪60年代研究成功的一种制冷剂,它的尺度沸点-78.2℃,凝固温度-56.55℃,临界压力7.372Mpa,临界温度31.1℃。0℃时的容积制冷量5398Kcal/m3,ODP为0,GWP为1。


  (一)CO2制冷剂具有的主要优势

  1、环境友好性。CO2是天然物质,ODP=0(臭氧层潜能值为0),GWP=1(全球气候变暖潜能值为1)。对大气臭氧层没有破坏作用,可以减少全球温室效应。

  2、无毒、不燃。CO2安适无毒、不成燃,并具有良好的热不变性,即使在高温下也不会分解出有害的气体。

  3、价格自制(不需要回收设备)。来源广泛,勿需回收,可以大大降低制冷剂替代成本,节约能源,解决化合物对环境的污染问题,具有良好的经济性。

  4、单位容积制冷量大(系统体积小)。分子量小,制冷能力大。可减少制冷设备与管道尺寸。

  5、与普通润滑剂和结构材料相兼容。可适应各种润滑油和常见机械零部件材料。

  6、传热性能和流动性能好。CO2黏度小,流体的流动阻力小,传热性能比CFC类制冷剂好。


  (二)CO2制冷剂存在的主要缺点


  1、运行压力高。CO2临界压力7.38MPa,CO2跨临界制冷循环的工作压力最高可达到10MPa约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的6~8倍。