【正文】 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 83 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 文獻綜述 17 世紀中期，“冰箱”這個詞才進入了美國語言，在那之前，冰只是剛剛開始影響美國普通市民的飲食。隨著城市的發(fā)展冰的買賣也逐漸發(fā)展起來。它漸漸地被旅館、酒館、醫(yī)院以及被譯些有眼光的城市商人用于肉、魚和黃油的保鮮。內戰(zhàn)（ 18611865）之后，冰被用于冷藏貨車，同時也進入了民用。到 1880 年以前，已經有半數(shù)在紐約、費城和巴爾的摩銷售的冰，三分之一在波士頓和芝加哥銷售的冰箱開始進入家庭使用，因為一種新的家庭設備 —— 冰箱 —— 即現(xiàn)代冰箱的前身，被發(fā)明了。 制造一臺有效率的冰箱不像我們想象的那么 簡單。 19 世紀早期，發(fā)明家們關于對冷藏科學至關重要的熱物理知識的了解是很淺陋的。人們認為最好的冰箱應該防止冰的融化，而這樣一個在當時非常普遍的觀點顯然是錯誤的，因為正是冰的融化起到了制冷作用。早期人們?yōu)楸４姹鞒隽舜罅康呐Γㄓ锰鹤影驯饋?，使得冰不能發(fā)揮它的作用。直到近 19 世紀末，發(fā)明家們才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔熱和循環(huán)精確的平衡。 其實冰箱是我國家電行業(yè)的傳統(tǒng)產品。我國社會的冰箱保有量已超過 億臺，每年更新的冰箱約 400萬臺。 2021年，我國冰箱產量為 3000多萬臺，電冰箱及電冰 箱壓縮機出口近 2021萬臺。在 2021年，冰箱出口量繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢，截止 1～ 3月，我國電冰箱的電冰箱壓縮機出口量已達 500 多萬臺。與我國世界冰箱制造大國不大相適應的是我國冰箱的設計理念與制造技術等與發(fā)達國家相比有一定差距，這制約著我國冰箱行業(yè)的發(fā)展。歐盟 2021年提出 ROHS和 WEEE兩個指令涉及到我國眾多家電行業(yè)。歐洲議會在 2021年提出的《使用能源產品的生態(tài)設計要求》的指令草案（ Ecodesign requirements for EnergyUsing Products，簡稱 EUP），要求生產 廠家需在產品設計及生產等多方面加以改進。 冰箱的發(fā)展是建立在制冷技術發(fā)展的基礎上的，隨著制冷技術的不斷進步，才有了冰箱現(xiàn)在的發(fā)展。 現(xiàn)代制冷技術是 18 世紀后期發(fā)展起來的。在此之前人們就已懂得冷的利用。我國古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降溫。馬可波羅在他的著作（馬可波羅游記）中，對中國制冷和造冰窯的方法有詳細的記述。 1755 年，愛丁堡的化學教師庫侖利用乙醚蒸發(fā)使水結冰。他的學生布拉克從本質上解釋了融化和汽化現(xiàn)象。提出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標志著現(xiàn)代制冷技術的開始。 1834 年，發(fā)明家波爾金斯制造出了第一臺以乙醚為工質的蒸發(fā)壓縮式制冷機，并正式申請了英國第 6662 號專利。這是后來所有蒸汽壓縮式制冷機的雛形，但使用的工質是乙醚，容易燃燒。到 1875 年卡利和林德用氨制冷劑，從此蒸汽壓縮式制冷機開始占有統(tǒng)治地位。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 83 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 在此前期，空氣絕熱膨脹會顯著降低空氣溫度的現(xiàn)象開始用于制冷。 1844 年，醫(yī)生高里用封閉循環(huán)的空氣制冷機為患者建立了一座空調站，空氣制冷機使他一舉成名。威廉西門斯在空氣制冷機中引入了回熱器，并提高了制冷機得性能。 1859 年，卡利發(fā)明了氨水吸收 式制冷系統(tǒng)，并申請了專利。 1910 年左右，馬利斯萊蘭克發(fā)明了蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)。 到 20 世紀，制冷技術有了更大的發(fā)展：全封閉制冷壓縮機的研制成功（美國通用電器公司），米里杰發(fā)現(xiàn)氟利昂制冷劑并用于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)以及混合制冷劑的應用，伯寧頓發(fā)明回熱式除濕器循環(huán)以及熱泵的出現(xiàn)，均推動了制冷技術的發(fā)展。 自《蒙特利爾議定書》實施以后 ,世界各國都加快了 CFCs制冷劑的替代研究 ,而且已經取得了明顯的進展和大量的成果。發(fā)達國家在 1996年就停止了 CFCs 制冷劑的生產 ,我國也簽署 了在 2021年以后所生產的電冰箱中停止使用 CFC12 的有關條約 。 目前 ,在電冰箱、冷柜行業(yè)中 ,CFCs物質已基本停止使用 ,HCFCs物質、 HFCs物質和天然工質已經被作為替代工質在實際中廣泛應用 。 目前 ,國際上對于冰箱制冷劑 CFC12 的替代主要采用 3種技術方案 :一種是以美國、日本為代表的 ,采用美國杜邦公司提出的HFC134a 替代 CFC12； 一種是以德國等歐洲國家為代表的 ,采用 HC600a (異丁烷 ) 替代CFC12； 另一種是采用西安交通大學提出的 HFC152a/ HCFC22 混合工質制冷劑替代CFC12。 其他的替代制冷劑還有美國杜邦的 MP39 (即 R401A) 、清華大學的 THR01 等 。上述 3 種主要方案各有優(yōu)缺點。 HC600a 為烴類天然工質 ,環(huán)境優(yōu)勢比較明顯 (見表 11)。盡管 HC600a 具有較高的比體積 ,但其臨界溫度 (135 ℃ ) 也較高 ,可以在較高的冷凝溫度下運行而沒有嚴重的效率損失 ,這使得其所需的冷凝器尺寸可以在家用限制以內 ,故被家用冰箱廣泛采用 。 表 1－ 1 幾種 CFC12 替代制冷劑與 CFC12 的環(huán)境及安全性能比較 工質 ODP GWP 毒性可燃性 CFC12 0～ 1820 10～ 600 無 不燃 HFC134a 0～ 1000 1～ 300 無 不燃 HC600a 01000 20 無 可燃 HFC152a/ HCFC22 約 0～ 1005 約 357 無 微燃 HFC152a/ HFC125 0～ 1000 約 612 無 微燃 另外 ,HC600a 的價格比較便宜 ,具有較高的制冷效率、與水不發(fā)生化學反應、與銅質管材和礦物潤滑油完全兼容等優(yōu)點 。 然而 ,采用 HC600a 替代方案的缺點也很明顯 ,由于其容積制冷量小 ,冰箱系統(tǒng)及主要配件需要重新設計 ,生產線需要改造 ,并且由 于其具有可燃性 ,可能產生易燃、易爆等安全問題 ,故生產及維修需要高標準的防火要求等 。 目前 ,采用 HC600a 為制冷劑的家用產品的安全運行記錄是非常好的 ,在我國《臭氧耗損物質國家替代方案》和《中國制冷工業(yè) CFCs 替代逐步淘汰戰(zhàn)略研究》中也都 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 83 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 把 HC600a 作為 CFC12 的主要替代品之一。美國等國家由于其政策法規(guī)的特點 ,導致各大廠商非常注重安全問題 ,故仍然堅持使用性能不是特別好但卻更加安全可靠的HFC134a 作為替代制冷劑 。 FC134a 的 ODP 值為 0 , 其蒸氣壓曲線和 CFC12的比較接近 ,而且 HFC134a的換熱性能比 CFC12 的好 。 然而 , HFC134a 在物性方面卻有許多弱點 ,如潛熱小、不溶于礦物油以及分子體積小等 ,這使得替代過程復雜 ,而且耗資巨大 ,需開發(fā)專用壓縮機、冷凍油、換熱器等 ,還要相應調節(jié)制冷系統(tǒng)和改造生產線 . 另外 ,盡管 HFC134a 具有與 CFC12 相似的熱力學性質 ,但是實際的運行效果卻并不十分令人滿意 ,尤其是應用在較低溫度時的制冷能力較低 。 此外 , HFC134a 的 GWP 值相對過高以及比 CFC12 更耗能 ,使其應用前景受到影響 ,已被列入《京都議定書》溫室氣體清單 。國際社會已公認 ,HFC134a 也只是一種過渡性替代制冷劑 。 總得來說制冷劑的發(fā)展趨勢應該 是 滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的 前提下盡可能的獲得最大的制冷性能 。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展中經濟發(fā)展與保護資源、保護生態(tài)環(huán)境的協(xié)調一致的核心要求，制冷劑的發(fā)展方向有兩個： 一個是環(huán)保，使用綠色環(huán)保的制冷劑已經是大勢所趨，綠色環(huán)保制冷劑可以是合成的，也可以是天然的，雖然合成的環(huán)保制冷劑也對臭氧不會造成破壞，但從地球生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展來看天然制冷劑是最理想的選擇，因為天然制冷劑本來就是地球生態(tài)系統(tǒng)中存在的，無論是使用還是排放到環(huán)境中 ，取之于自然回之于自然，對環(huán)境的 影響 比合成制冷劑都小的多，相信隨著技術的不斷進步，天然制冷劑必將大有發(fā)展。 第二個是節(jié)能，隨著人們生活水平的提高制冷空調等設備越來越普及，同時其消耗的大量的能源也越來越引起人們的注意，今夏我國 18個省市出現(xiàn)電力緊缺 問題 ， 中國 電監(jiān)會的一項調查顯示， 供需矛盾加劇造成今夏電力吃緊，其中空調制冷負荷快速增長是不可忽視因素。今夏我國華東、華中、華南地區(qū)持續(xù)高溫，空調制冷負荷猛增。華東電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、華中電網(wǎng)空調制冷負荷比重已超過 30％，個別省電網(wǎng)甚至接近40％。而電能的產生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃燒產物如 2CO 等還可引起溫室效應等環(huán)境問題。因此除了改進制冷技術外還可從制冷劑上下手，通過研制新型節(jié)能制冷劑降低制冷空調設備的能耗也是一個發(fā)展方向。 從制冷劑的替代過程以及 其替代研究與環(huán)境的關系中我們可以看到，在整個制冷劑的替代研究中環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的思想起了很重要的作用，應該說是環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求推動了制冷劑替代研究的發(fā)展，并且為其發(fā)展指明了方向，同時制冷劑的替代又進一步促進了環(huán)境的可持續(xù)的發(fā)展。 １、國內 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 83 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 政策的導向，決定了冰箱的節(jié)能化。近幾年我國冰箱生產將全面推行強制性節(jié)能標準，從 2021 年 7月份開始，中國市場上的電冰箱都必須貼上 能效標識 的標簽。這一政府行為將促使我國冰箱業(yè)繼續(xù)高走節(jié)能路線。 節(jié)能是冰箱業(yè)永恒的主題，目前全球已有 37 個國家和地區(qū)使用節(jié)能標識。早在1994 年，歐盟就規(guī)定了電冰箱、冷凍箱和冷藏冷凍箱、干衣機上必須加貼能耗標簽，并將節(jié)能設置為技術壁壘，抬高門檻。可見，中國實行節(jié)能政策是大勢所趨。目前，國內一些著名冰箱生產企業(yè)已經依靠技術實力展開了節(jié)能市場攻略。政策方向其實反映的是用戶的客觀需求。 2021 年，國內冰箱企業(yè)將開始重新 洗牌 ，圍繞節(jié)能冰箱這一核心主題，進一步與國際標準接軌，那些高能耗、無法實現(xiàn)節(jié)能技術升級的產品將不可避免地要被淘汰出局。 富裕的消費群體，決定了冰箱的多溫區(qū)方向。正在向全面小康社會邁進的中國消費 者對產品的要求從來沒有像現(xiàn)在這么 苛刻 過。人們在解決溫飽之后，對生活的要求理所當然要轉向舒適化和高品質化。他們所要求的冰箱已經不僅僅是簡單的能夠冷藏、冷凍食品的容器了，而且對食品的營養(yǎng)提出了更高的要求。同樣是應該放進冷藏室，但牛奶、蔬菜和啤酒所需要的最佳營養(yǎng)溫度是不一樣的；同樣是應該放進冷凍室，但冰凍一周和冰凍一個月的食物，其需要的冰凍溫度也是不一樣的。對于冰箱的營養(yǎng)化，中國冰箱業(yè)要走的路還很長。 生活頻率的加快，決定了冰箱的智能化、大容積方向。中國 “ 白領 ” 、 “ 金領 ”層的日益壯大和生活頻率的日益加快，又 決定了冰箱的大容積、智能化方向。視 “ 時間就是金錢 ” 第一要義的他們，再也不愿意在調節(jié)冰箱檔位這樣的小問題上浪費時間了，他們需要更智能、更簡單的冰箱產品，最好是幾個按鈕就能將所有問題全部解決。這將使冰箱大容