【正文】 1960 年以后，人們對非共沸混合工質的應用 進行了大量的試驗研究，并已將其用于天然氣的液化和分離等方面。 學位論文指導教師簽名： 年 月 日 制冷劑的發(fā)展與概述 Development and overview of refrigerant 年 月 日東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 摘要 Ⅰ 摘 要 隨著制冷技術的不斷改進，制冷劑的選擇也隨之改變 。本畢業(yè)設計（論文）引起的法律結果完全由本人承擔。 本 科 生 畢 業(yè) 設 計（論 文） 論文題目 ： 制冷劑的發(fā)展與概述 姓名 ： 學號 ： 09027101 班級 ： 物理（ 1）班 年級 ： 09 級 專業(yè) ： 物理學 學院 ： 理學院 指導教師 ： 完成時間 ： 2021 年 6 月 1 日 作 者 聲 明 本人以信譽鄭重聲明：所呈交的學位畢業(yè)設計（論文），是本人在指導教師指導下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學術規(guī)范和其他侵權行為。 本畢業(yè)設計（論文）成果歸東華理工大學所有。 制冷劑又稱制冷工質，在南方一些地區(qū)俗稱雪種。應用非共沸混合工質單級壓縮可得到很低的蒸發(fā)溫度，且可增加制冷量，減少功耗。 關鍵詞： 制冷技術 ； 制冷劑 ； 制冷循環(huán) ； 制冷機 ； 前 景。 1834 年， Jacob Perkins 則第一次開發(fā)了蒸氣壓縮制冷循環(huán)，并獲得了英國專利。 人 工制冷的方法是隨著工業(yè)革命而開始的 。 1834 年美國人 J。 美國人 D。直至 1929 年氟利昂發(fā)現(xiàn)之后。 Gorrie 發(fā)明了空氣循環(huán)式制冷機， 并于 1851 年獲得美國專利， 這是世界第一臺制冷和空調用機器 。自此以后，制冷技術在人民生活中獲得應用。最早在壓縮制冷機中應用有的制冷劑是空氣、二氧化碳、乙醚。 隨著制冷的發(fā)展， 制冷技術的 應用范圍也越來越廣泛，從工業(yè)生產到我們的日常生活，應用范圍一般可分為三個溫區(qū)： 低溫區(qū)（約 120 度以下）主要用于氣體分離、氣體液化、超導和宇航等。采用的制冷裝置有冷庫、冷藏汽車、冷藏船、冷藏列車、冷藏商品陳列柜、冷柜和家用冰箱等 空氣調節(jié) 隨著人們生活水平的提高，為了滿足人們舒適的生活和工作環(huán)境，空調技術的使用得到了很大的發(fā)展。 除濕 高溫生產車間，紡織廠、造紙廠、印刷廠。利用制冷可以對鋼進行低溫處理（ 70 度至 90 度），可以改變其金相組織、是奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強度，在機器的裝配過程中，利用低溫能方便地實現(xiàn)過盈配合。在挖掘礦井、隧道、建筑江河堤壩時，或在泥沼、砂 水處挖井時，可采用凍土法使工作地面不坍塌，保證施工安全，拌合東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 3 混泥土時，用冰代替水，借冰的融化熱補償水泥的固化反應熱，可以制出大型混凝土構件，有效地避免了大型構件因得不到充分散熱而產生內應力和裂縫等缺陷。 此外，電子技術、能源、新型愿材料、宇宙開發(fā)、生物技術等尖端科學領域中，制冷技術也起著重要的作用。過程可重復的特性使得系統(tǒng)能夠被連續(xù)操作，從而熱力學循環(huán)是熱力學中一個很重要的概念。 卡諾 （ S． Carnot， 1796— 1832）于 1824 年出版了《關于火的動力的思考》一書，總結了他早期的研究成果。 ” 他構造了在加熱器與冷凝器之間的一個理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽缸內的工作物質水和 飽和蒸汽 就與加熱器的溫度相同，汽缸內的蒸汽如此緩慢地膨脹著，以致在整個過程中，蒸汽和水都處于 熱平衡 。 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 5 圖（ ） 卡諾循環(huán)四個過程 卡諾 循環(huán)包括四個步驟：等溫膨脹，在這個過程中系統(tǒng)從高溫熱源中吸收熱量，對外作功； 絕熱膨脹，在這 個過程中系統(tǒng)對環(huán)境作功，溫度降低； 等溫壓縮，在這個過程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量，體積壓縮； 絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復原來狀態(tài)，在等溫壓縮和絕熱壓縮過程中系統(tǒng)對環(huán)境作負功 。 薩 迪 因限制只與兩 熱源 交換熱量，脫離熱源后只能是 絕熱過程 。 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 6 1． 22 卡諾循環(huán)效率 卡諾 循環(huán)分正、逆兩種。因為不能獲得 T1→∞ 的高溫熱源或 T2=0K（ 273℃ ）的低溫熱源，所以， 卡諾 循環(huán)的效率必定小于 1。林德循環(huán)系統(tǒng)由制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四大部件構成。對應于 20公斤 /平方厘米的蒸氣壓力，氨氣的液化溫度為 50℃左右。高壓氣體經冷卻器冷至常溫 T1（點 2）后，經換熱器冷卻到適當?shù)臏囟龋c 3），然后經節(jié)流閥膨脹變?yōu)閴毫?P1 的氣體混合物（點 4）送入氣液分離器，飽和液體沉降于分離器底部，未液化的氣體（點 5）送入熱交換器與點 2的高壓氣體換熱，自身溫度回升返回到壓縮機 。這時 ,部分氣體轉變?yōu)橐后w從貯液器排出；未液化的部分氣體在換熱器 E3 中復熱至狀態(tài) 8，再匯合另一部分在膨脹機中等熵膨脹至狀態(tài) 8 的氣體，最后在換熱器 E E1 中復熱至狀態(tài)1,從而形成一個熱力循環(huán)。如圖（ ）所示。３、輸送并推動制冷劑在系統(tǒng)內流動，完成制冷循環(huán)?？諝饪梢允亲匀粚α?，也可以利用風機作強制流動。這類冷凝器按其結構型式的不同又可分為蒸發(fā)式和淋激式兩種。它利用稱為“制冷劑”的液體，將食品中的熱量“抽取”出來并轉移到冰箱外面。這些處于高溫高壓狀態(tài)下的氟利昂蒸氣離開壓縮機后被送往冷凝器。這個蛇形管比冷凝器的蛇形管要細一些，因此氟利昂的流動速度就加快了，隨之而來的就是壓力驟然下降 這符合所謂的伯努利原理。 由于氟利昂會破壞臭氧層，現(xiàn)在已經被 逐漸淘汰，改用其他的制冷劑，但它們的制冷原理都是一樣的。事實上，每次打開家用冰箱的門時，由于冷空氣比重大，大量冷空氣會向下流動并被熱空氣替代。 然后氣態(tài)的氟利昂回到壓縮機繼續(xù)壓縮，繼續(xù)循環(huán)。其中低沸點的物質為制冷劑，高沸點的物質為吸收劑。 其制冷原理分為兩部分 二元溶液在發(fā)生器內被熱源加熱沸騰，產生出制冷劑蒸汽在冷凝器中被冷凝為冷劑液體。稀溶液由發(fā)生器泵送達發(fā)生器，重新被熱源產生制冷劑蒸汽再次形成濃溶液，進入下一個循環(huán)周期。 CO2（二氧化碳） 制冷劑的優(yōu)缺點 優(yōu)點、 1． CO2 是天然物質， ODP=0， GWP=1。 CO2 具有與制冷循環(huán)和設備相適應的熱物性。 2． CO2 單級 壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù) COP 比相同溫度條件下的 R1 R2 R134a 等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。這導致了 1987 年蒙特利爾議定書的通過，議定書要 求淘汰 CFC 和 HCFC 族。 氟利昂 12（ CF2CL2， R12） 氟利昂 12 是 氟利昂制冷劑 中應用較多的一種， CFC 制冷劑 ，主要以中、小型食品庫、家 用電冰箱 以及水、路冷藏運輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。 電冰箱 的代替冷媒R134a。無色氣體 [2]。 R22 不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。 R502與 R115． R22 相比具有更好的 熱力學性能，更適用于低溫。 R502 在冷藏柜中使用較多。 氟利昂 134a（ C2H2F4， R134a） 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 15 氟利昂 134a 是一種較新型的制冷劑， HFC 制冷劑，其蒸發(fā)溫度為 ℃ 。 氟利昂 R410A 氟利昂 R410A 是一種新型環(huán)保制冷劑， HFC 制冷劑，由二氟甲烷 R32(CH2F2)，五氟乙烷 R125(C2HF5)以 50%， 50%的質量百分比混合而成的非 (近 )共沸制冷劑，溫度滑移較小，發(fā)生相變時兩組分比例基本保持恒定，物性接近單組分制冷劑。 優(yōu)點： 氟利昂化學性質穩(wěn)定，具有不燃、低毒、介電常數(shù)低、 臨界溫度 高、易液化等特性 。此法有液相法和氣相法兩種： ①液相法技術較成熟， 溫度易控制，副產物少，是工業(yè)上采用的主要方法。反應生成物一般要經水洗、堿洗、干燥、壓縮和蒸餾等后處理，才制得純品。新的解決方案是開發(fā) HFC族， 來擔當制冷劑的主要角色。 幾種常見的新型制冷劑的特性 ： CO2 制冷劑 在常用的自然工質中 ,CO2 最具競爭力 ,在可燃性和毒性有嚴格限制的場合 ,CO2 是最理想的。因此 CO2 系統(tǒng)成為新一代制冷劑中關注的重點。美國 Andersen 認為 ,R152a 和 CO2將首先得到美國 SNAP 的正式批準 ,并首先允許在北美市場汽車空調中使用 ,而對于 R1234y,f他認為間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)將更加安全可靠 [10]。 8%,R1234yf 的 COP約是 R134a 的 95. 4%,因此 , R1234yf 的模擬結果是根據 R134a 近似計算。對于汽車空調 ,R152a 的替代成本主要來自于制冷劑的價格差和二次循環(huán)系統(tǒng)的初投資。德國的 VDA 也支持用 CO2 作為汽車空調用制冷劑 。 我國 制冷劑市場 情況 我國市場上 R22 的市場占有率依然很高，依然是市場的主流。日前，國家工業(yè)和信息化部近日公布 2021 年第 14號公告，其中公告目錄第 9 條，要求淘汰以 CFCS(氯氟烴 )為制冷劑的制冷空調產品， R22 也將在 2020 年全部淘汰?？照{制冷大市場專家預計，明年全世界的 R134a 的需求將到達 16 萬噸左右，明年生產R134a 的廠家產能將達到 25 萬噸左右。 R134a 的全球變暖潛能值 (GWP)為 ， R22 為 ，同屬于溫室氣體。 R134a 的熱傳導率比 R22 下降 10%，因此 R134a 機組的換熱器的換熱面積需要更大。 R134a 系統(tǒng)需要專用的壓縮機及專用的脂類潤滑油，脂類潤滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高擴散性，在系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性上劣于 R22系統(tǒng)所使用的礦物油。 理想制冷劑 理想的制冷劑： 無毒 、不爆炸、對金屬及非金屬無腐蝕作用、不燃燒、泄漏時東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 19 易于察覺、化學性安定、對潤滑油無破壞性、具有較的蒸發(fā)潛熱、對環(huán)境無害 。 冷凝壓力要低 冷凝壓力低，表示用較低壓力即可將 制冷劑 液化，壓縮機之壓縮比小，可節(jié)省壓縮機之馬力。縱觀制冷劑的發(fā)展歷史，我們不難看出環(huán)保是其中的決定性因素。而每年的用電高峰空調耗能也是很大的一項，而電能的產生又要消耗大量的礦石能源，帶來更嚴重的溫室效應。 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 正文 20 總結 本文在給出制冷的定義和制冷的發(fā)展的基礎上，引出與本文的主題，即制冷劑。 社會在發(fā)展，許多新興企業(yè)正在建立，我堅信未來的制冷領域一定非常廣泛，此時，新型制冷劑的開發(fā)迫在眉睫，既能不破壞環(huán)境，又能提高制冷效率的環(huán)保型制冷劑一定可以替代現(xiàn)使用的制冷劑。在陳老師的指導下，我的論文也終于順利完成。QA9wkxFyeQ^! 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