二氧化碳制冷及其在冷冻、冷藏上的应用

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1、NH3/CO2覆叠式制冷及其在冷库上的应用（综述）郝敬熙唐建国江苏天缘物流集团有限公司（连云港市）摘要：本文在对二氧化碳的性质，用作制冷的发展历史，CO2的三种制冷循环及其与其他制冷剂的优缺点进行介绍之后，着重就NH3/CO2覆叠式制冷的几种流程，及其在冷冻、冷藏上的应用做了了重点叙述。关键词：二氧化碳氨氟利昂覆叠式制冷压焓图制冷循环5前言去年下半年以来，国内部分省市的涉氨制冷企业接二连三地发生了多起氨（NH3）泄露事故，造成人员重大伤亡。业界部分人士谈“氨”色变，甚至有将“氨”妖魔化的倾向。从而产生了用其他制冷剂替代氨的诉求，因此，二氧化

2、碳制冷再次被人提起，并在部分企业付诸使用。由于CO2以其良好的环保特性、优良的传热特性和相当大的单位容积制冷量等优点，前国际制冷学会主席洛伦森（G.Lorentzen）先生认为二氧化碳是无可取代的制冷工质，并提出跨临界循环理论，指出其可望在汽车空调和热泵领域发挥重要作用。他的主张得到众多学者的大力支持，从而在全球范围内掀起了一股CO2制冷工质的再开发与研究热潮。本文拟就CO2的物理化学性质和制冷特性，制冷循环的基本原理、发展历程及其应用，作以综合地阐述。一、二氧化碳（CO2/R744）制冷的发展过程与再次兴起二氧化碳制冷剂应用于压缩制冷，最

3、初是由美国人特维宁(A.Twining)在1850年提出的，并获得英国专利。1869年，美国人撒迪厄斯（ThaddeusS.C.Lowe）利用二氧化碳作为制冷剂制造了一台制冰机，由此拉开了应用二氧化碳制冷之序幕。1930年，80％的船舶采用二氧化碳制冷机，达到了历史的高峰。但由于受当时技术水平与材料基础的限制，在高压下防止泄漏很难做到，二氧化碳制冷技术并没有进一步开发运用。特别是1931年以R12为代表的CFCs（氯氟烃）制冷剂一经开发，便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率，很快取代了二氧化碳在制冷剂方面的位置，

4、迎来“氟利昂时代”。后来发现氟利昂对臭氧层有破坏作用，CO2反过来又要替代氟利昂。其发展的历程如上图所示。这一轮改用二氧化碳制冷初衷，首先是为了替代氟利昂制冷剂。根据1987年蒙特利尔协议和1997年京都议定书，由于氟利昂制冷剂对臭氧层有破坏作用，并影响全球气候变暖，将其列入淘汰或过渡性淘汰的品种—见上图。CFCS（如R12）我国已于2007年停止生产；HCFCs（如R22）在欧美也已停止使用，虽然规定发展中国家可以延长到2030年，但已开始限产。中国2012年开始实施HCFCs生产和使用配额许可证制度;2013年9月14日我国政府对含氢氯

5、氟烃生产行业淘汰计划正式启动;而在此之前国家主席习近平同美国总统奥巴马在庄园会晤中,也曾就气候变化等全球性问题上进行了有效地沟通和协调。随着我国综合国力的提高，我们随时都可能宣布其提前进入HFCS物质的淘汰冻结期，减少与终止它的使用。因此，寻找氟利昂的替代物已为当务之急，二氧化碳制冷的再起，缘此而生。其次、2013年6月份以来国内部分食品企业的泄氨事故，造成重大人员伤亡，让人揪心。事故之后企业法人首当其冲受到刑责处理。因而，业界部分人士产生了用其他制冷剂替代氨的诉求。氨（NH3/R717）本是一种最理想的制冷剂，它的ODP与GWP都为0，不

6、会破坏臭氧层及影响气候变暖；但氨有一种强烈的气味，会对人造成伤害。5不过氨的异味也有其两重性，它不要任何仪表即可感受到氨的泄漏，而及时采取应急措施处理。因此，只要加强管理，“氨”亦可安！二、二氧化碳及其制冷循环1、CO2的性质二氧化碳是空气中常见的化合物，它由两个氧原子与一个碳原子通过共价键构成。其化学式为CO₂，相对分子质量为44。所以作为制冷剂的符号为R744。CO₂在常压、常温下它是一种无色无味的气体，密度比空气大。空气中有微量的二氧化碳，约占0.03%。人呼出的气体中二氧化碳约占4％。大气中的二氧化碳含量随季节变化，这主要是由于植物

7、的光合作用光合作用即光能合成作用，是植物、藻类在可见光的照射下，经过光反应和碳反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程，是生物赖以生存的基础。消耗二氧化碳，而有所升降。2、二氧化碳的压焓图及其制冷循环系统CO2的压焓图：压缩式制冷是C02制冷应用的主要方式。C02的临界温度为31.1℃，接近环境温度。根据循环的外部条件可以实现以下三种制冷循环最近也有学者提出了CO2蒸气-固体颗粒的制冷循环。。⑴亚临界制冷循环—其循环过程如图1--压焓图‘下图’的1-2-3-4所示。此时压缩机的吸、排气压力都低于临界压

8、力，蒸发温度和冷凝温度也低于临界温度。循环的吸、放热过程都在亚临界条件下进行，换热过程主要依靠潜热来完成。亚临界循环时CO2常用在低温冷冻设备的复叠制冷系统的低温级，而高温级使用