北京COOL青年”:制冷剂 - 冷和热的“搬运工”

2024-03-05 阅读次数:141次

你是否好奇在炎热的夏天,空调是怎么让我们感到凉爽的?冰箱又是怎么让食物保鲜的?没错,就是因为它们里面有制冷剂在工作!制冷剂,听起来好像是一个很陌生的东西,但其实它应用于我们生活的方方面面,包括家用冰箱、空调、冷藏车、冷冻仓库等。今天,我们就来一起探索制冷剂的神奇世界,看看它是如何运作的吧!

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图1 制冷剂的应用

制冷剂是什么?如何发挥作用?

制冷剂是用来搬运能量的媒介物质,可以把“冷”或“热”搬运到我们需要降温或升温的地方。大多数制冷剂对温度变化比较敏感,就是可以在不同的温度下变化其状态,像我们熟知的二氧化碳、氨气等都可以作为制冷剂。它们可以从液态变成气态,从而实现蒸发吸热(即制冷),或者从气态变成液态,从而实现冷凝放热(即制热)。这就好像我们夏天刚洗完澡,身上没擦干的液态水蒸发为水蒸气,带走了身上的热量,身体就会感觉凉爽。下边的图片就展示了夏季时候,制冷剂在家用空调系统中的相态变化。蓝色的盘管就是我们房间里安装的空调室内机部分,低温的制冷剂在空调的室内机发生液态到气态的转变,从而蒸发吸收大量的热,降低了房间空气的温度。然后从房间室内机出来的低温低压制冷剂蒸气经过压缩机压缩,变为了高温高压的气态。红色的盘管就是挂在房间外墙上的空调室外机,高温高压的制冷剂在空调室外机发生气态到液态的转变,从而向室外释放热量。之后,液态的制冷剂经过膨胀阀进行膨胀降压之后,返回房间里边的室内机盘管。如此一来,便把房间内的热量“搬”到了房间外面。制冷剂通过温度变化来被动转变自己的相态,从而携带冷量和热量,通过温差释放冷、热量到我们想要的地方,是名副其实的冷和热的“搬运工”。

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图2 制冷剂在空调系统中的相态变化原理图

制冷剂的发展

1834年由美国人珀金斯发明的世界上第一台制冷机采用乙醚作制冷剂。1866年二氧化碳被用作制冷剂[1]。1872年,英籍美国人波义耳又发明了以氨为制冷剂的压缩机。从19世纪30年代起,一系列的氟利昂(Freon,美国杜邦公司商标名)陆续出现。这些热力性能优良、无毒、不燃、能适应不同工作温度范围的制冷剂改善了制冷机的性能,大大促进了制冷与空调工业的发展[2]。除了氨在大型冷库中仍占有相当地位外,“氟利昂”(其化学成分主要由卤素氟、氯、碳和氢组成)几乎已风靡于制冷领域。直至19世纪八十年代,科学家们才发现这些氟利昂制冷剂,像CFCs和HCFCs,虽然很有效,但是却对环境造成了很大的伤害[3]。它们会破坏地球的臭氧层,这样一来,有害的太阳紫外线就会更容易地照射到地球上,对我们的健康和生态系统都是一个巨大的威胁。为了保护环境,我们需要选择更环保的制冷剂。

那么,什么样的制冷剂是环保的呢?首先,它们应该没有臭氧层破坏潜能(ODP),这样才不会破坏我们珍贵的臭氧层。其次,它们应该有较低的全球变暖潜能(GWP),也就是说,它们不会助长温室效应。

很多天然制冷剂对环境都比较友好,比如二氧化碳、氨、水,还有丙烷和异丁烷等。它们不仅环保,而且效率也很高。HFOs(氢氟烯烃)是近年来新开发的一类环保制冷剂,它们的GWP非常低,也是未来制冷剂的发展方向。

随着科技的发展,未来的制冷剂将会更加环保和高效,我们也可以为保护环境做出自己的贡献。了解和传播关于环保制冷剂的知识,鼓励家人和朋友选择使用环保制冷剂的设备。积极参与或发起环保活动,让更多的人意识到保护环境的重要性。通过我们的努力,促进社会对环保制冷技术的使用,共同保护我们美丽的地球!

参考文献

[1]吴业正. 小型制冷装置设计指导[M]. 北京:机械工业出版社,1998.

[2]马一太,孙志利,李敏霞.制冷剂发展历程综述[C]//2013中国制冷学会学术年会论文集.2013.DOI:ConferenceArticle/5af18d62c095d71bc8c6462e.

[3]许晨怡,郭智恺,史婉君,等.HFOs制冷剂在制冷空调领域的替代研究综述[J].制冷与空调, 2019, 19(8):13.


撰稿:北京制冷学会会员、中国家用电器研究院智能装备研究所项目工程师贾潇雅(入选北京市科协2024-2026年度青年人才托举工程)

审核:北京制冷学会理事、中国家用电器研究院智能装备研究所部长、高级工程师汪超

编辑:王晓童


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