二氧化碳制冷及其在冷冻冷藏上的应用.docx

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（）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，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。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，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/295202.htm"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，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/38960.htm"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HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/816978.htm"主要是由于植物的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/8885.htm"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