La historia del desarrollo de la tecnología de refrigeración
La tecnología de refrigeración moderna se desarrolló a finales del siglo XVIII.
Antes de eso, la gente sabía cómo utilizar el frío hace mucho tiempo.
En la antigua China, la gente utilizaba hielo natural para almacenar alimentos y prevenir golpes de calor y refrescarse.
En su libro "Los viajes de Marco Polo", Kyle Polo dio una introducción detallada a los métodos de refrigeración y fabricación de frigoríficos de China.
En 1755, el profesor de química de Edimburgo, Coulomb, utilizó éter para evaporarlo y congelar el agua.
Su alumno Braque explicó esencialmente los fenómenos de fusión y vaporización, propuso el concepto de calor latente, inventó el calorímetro de hielo, marcando el inicio de la tecnología de refrigeración moderna.
En términos de refrigeración general, el inventor Polkins fabricó el primer refrigerador por compresión de vapor utilizando éter como fluido de trabajo en 1834, y solicitó oficialmente la patente británica nº 6662.
Este fue el prototipo de todos los refrigeradores de compresión de vapor posteriores, pero el fluido de trabajo utilizado era éter, que era fácil de quemar.
En 1875, Calley y Linde utilizaron amoníaco como refrigerante y los refrigeradores por compresión de vapor comenzaron a dominar.
Durante este periodo se empezó a utilizar para la refrigeración el fenómeno de que la expansión adiabática del aire puede reducir significativamente la temperatura del aire.
En 1844, el Dr. Koryo estableció una estación de aire acondicionado para pacientes utilizando un refrigerador de aire de circulación cerrada, lo que lo hizo famoso.
William Simmons introdujo el recuperador en la máquina de refrigeración de aire, mejorando el rendimiento de la máquina de refrigeración.
En 1859, Carré inventó el sistema de refrigeración por absorción de amoníaco y solicitó una patente sobre el principio.
Hacia 1910, Mahlis Leblanc inventó el sistema de refrigeración por inyección de vapor.
En el siglo XX la tecnología de la refrigeración tuvo un mayor desarrollo.
Se desarrolló con éxito el compresor de refrigeración completamente cerrado (General Electric Company de Estados Unidos); Milijie descubrió el refrigerante freón y lo utilizó en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor y en aplicaciones de regeneración de refrigerantes mixtos. La invención del ciclo deshumidificador; y la aparición de las bombas de calor impulsó el desarrollo de la tecnología de refrigeración.
En términos de baja temperatura, en 1877, Calit oxígeno líquido; en 1895, Linde licuó aire y estableció equipos de separación de aire; en 1898, Dewar utilizó aire líquido para preenfriar hidrógeno y luego produjo hidrógeno mediante estrangulamiento adiabático. Se convierte en líquido y la temperatura desciende a 20,4 K; en 1908, Kamelin Annas usó aire líquido e hidrógeno líquido para preenfriar el helio, y luego utilizó estrangulamiento adiabático para licuar el helio para obtener una temperatura baja de 4,2 K.
El matraz Dewar, inventado por Dewar en 1892, se utiliza para almacenar líquidos criogénicos y proporciona condiciones importantes para la investigación en el campo de la criogenia.
En 1934, Kapitsa inventó el licuador de helio, que primero utilizaba un expansor para enfriar el helio y luego utilizaba una estrangulación adiabática para licuarlo. En 1947, Collins utilizó expansores dobles para preenfriar el helio.
La mayoría de los licuadores de helio utilizan ahora expansores, que se han utilizado ampliamente en el desarrollo y uso práctico de la tecnología de refrigeración.
La invención de un nuevo método de enfriamiento ha ampliado el alcance de la baja temperatura y ha entrado en el campo de la temperatura ultrabaja.
Debye y Joke propusieron en 1926 y 1927 respectivamente un método para obtener baja temperatura mediante desmagnetización adiabática de sales paramagnéticas. La baja temperatura obtenida mediante este método ha alcanzado actualmente (1×10-3 ~ 5× 10-). 3)K; El método de desmagnetización adiabática nuclear propuesto por Kuti y Simon puede reducir la temperatura. Kuti tenía un 20×10-3K en 1956.
El método de refrigeración por dilución de la mezcla 3He-4He propuesto por Londres en 1951 y desarrollado en 1965 puede alcanzar 4×10-3K; el método propuesto por Pomerancek en 1950 utiliza la solidificación adiabática del líquido comprimido 3He para alcanzar 1×10-3k.
El reciente desarrollo de la tecnología de refrigeración se debe principalmente a la demanda mundial de alimentos, comodidad y salud, así como a la tecnología aeroespacial, la construcción de defensa nacional y los experimentos científicos, lo que hizo que esta tecnología ganara rápidamente popularidad en el se desarrolla la segunda mitad del siglo XX.
Con la penetración y promoción de los avances tecnológicos en microelectrónica, computadoras, nuevas materias primas y otras industrias relacionadas, la tecnología de refrigeración ha logrado algunos avances, pero también enfrenta nuevos desafíos.
El gran avance radica en:
(1) La aplicación de la microelectrónica y la tecnología informática
La ola de "mecatrónica" ha promovido enormemente la tecnología de refrigeración.
Investigación básica: La simulación por ordenador de ciclos de refrigeración se inició en 1960.
En la actualidad existen varios ciclos en los campos de enfriamiento general y baja temperatura, tales como: ciclo de refrigeración de estrangulamiento Jiaotang (ciclo J-T), ciclo de refrigeración Stirling, ciclo Willimir (ciclo VM), ciclo Gifford-McMahon ( El ciclo G-M), el ciclo Solvin (ciclo SV), el ciclo Brayton inverso, el ciclo de pulso, el ciclo de refrigeración por absorción y el ciclo de refrigeración termoeléctrica se utilizan ampliamente en la investigación de ciclos; en varios ciclos híbridos nuevos, como el ciclo refrigerador de tubo de pulso pequeño impulsado por un motor Stirling termoacústico.
Estudiar el proceso termofísico del sistema de refrigeración, las características de estado estacionario y transitorio del sistema y sus componentes, las propiedades del fluido de trabajo único y del fluido de trabajo mixto, etc. , y también es inseparable de la aplicación de la microelectrónica y la tecnología informática.
En el diseño y fabricación de productos de refrigeración, los ordenadores se han utilizado ampliamente en CAD y CAM.
Por ejemplo: método de elementos finitos y método de diferencias finitas para el diseño de piezas estructurales y mecanizado de precisión controlados por ordenador.
El mayor impacto de los ordenadores y microprocesadores en la tecnología de la refrigeración radica en el desarrollo de sistemas avanzados de control automático.
Se trata de una tecnología integral que incluye métodos de control avanzados, chips integrados fiables, módulos de control especiales y sensores excelentes.
En la actualidad, el uso del control por ordenador en los sistemas de refrigeración se ha vuelto muy común, y los métodos de control están cambiando, pasando del simple control mecánico al control integral, lo que ayuda a mejorar el rendimiento del producto.
(2) Aplicación de nuevos materiales en productos de refrigeración
Las cerámicas y los materiales compuestos cerámicos (como circonia fundida, circonia estabilizada, boruro de titanio, óxido de silicio, etc.) tienen una serie de excelentes propiedades: más ligero que el acero, fuerte y resistente, resistente al desgaste, baja conductividad térmica, alto acabado superficial.
El rendimiento de las piezas se puede mejorar infiltrando cerámica en el sol mediante sinterización, o utilizando cerámica como esmalte en la superficie de las piezas.
Los materiales poliméricos (plásticos de ingeniería, caucho sintético y materiales compuestos) se utilizan como materiales de aislamiento eléctrico y componentes amortiguadores de vibraciones en productos de refrigeración.
Y los materiales de las mangueras; utilizando la termoplasticidad de los materiales poliméricos, se fabrican piezas complejas (rotor, placa de válvula, etc.) utilizando nuevas tecnologías y métodos de termofijación.
La aplicación de estos nuevos materiales ha supuesto mejoras en el rendimiento y la vida útil del producto y ha reducido costes.
(3) Desarrollo de equipos mecánicos
Para satisfacer diversas necesidades de refrigeración, constantemente se introducen nuevos productos y el grado de comercialización aumenta constantemente.
Los compresores están evolucionando desde alternativos hasta rotativos. Los objetivos son alta eficiencia, confiabilidad, baja vibración, bajo nivel de ruido, estructura simple y bajo costo.
Por ejemplo, los nuevos compresores de tornillo, compresores scroll, compresores cicloidales, etc., tienen excelentes características y competitividad.
En el dispositivo de accionamiento del compresor, se utilizan convertidores de frecuencia para accionar aparatos de aire acondicionado, bombas de calor y sistemas de refrigeración centralizados a velocidades variables, lo que produce efectos de ahorro de energía.
En cuanto a maquinaria y equipos de baja temperatura, si bien los distintos ciclos de baja temperatura mencionados anteriormente se han propuesto desde hace mucho tiempo, los productos producidos y desarrollados en los últimos años tienen diferentes características en términos de temperatura, capacidad de enfriamiento, velocidad de arranque, fiabilidad, consumo de energía, volumen, etc. Se han logrado grandes avances en todos los aspectos.
En la actualidad, la mayoría de licuadores de helio son del tipo expansión, los de tamaño mediano son máquinas Collins compuestas por doble expansores, y los grandes utilizan turboexpansores.
En la práctica se ha utilizado la refrigeración por radiación y la refrigeración de estado sólido.
Se han comercializado refrigeradores criogénicos basados en el principio de refrigeración de dilución mixta 3He-4He y pueden utilizarse como equipos de preenfriamiento para refrigeradores magnéticos.
Varios equipos de separación de gases, intercambiadores de calor y criostatos también han logrado grandes avances en eficiencia, compacidad y confiabilidad.
(4) Medio de trabajo
Después de los refrigerantes freón y * * * mixtos, debido a la crisis del petróleo de 1970, la conciencia del ahorro de energía pasó a ocupar un lugar importante, y en el desarrollo de nuevos refrigerantes Durante el desarrollo, se desarrolló dramáticamente una serie de refrigerantes que no hierven para lograr efectos de ahorro de energía y satisfacer algunas necesidades específicas.
El agotamiento del ozono y el efecto invernadero causaron graves problemas ambientales, que llevaron a la prohibición mundial de los CFC a finales de los años 1980 y luego se extendieron a los HCFC. Esto fue a la vez un impacto histórico y una nueva oportunidad de desarrollo.
En los últimos años, el desarrollo de refrigerantes alternativos y los resultados de las investigaciones sobre sus propiedades termofísicas son prueba de ello.
Cuando el fluido de trabajo está a una temperatura muy baja, sus propiedades cuánticas se vuelven muy importantes y hay que considerar sus efectos cuánticos. En este momento, el coeficiente de rendimiento y la capacidad de enfriamiento del ciclo son diferentes de las expresiones clásicas y deben obtenerse mediante el estudio de ciclos termodinámicos cuánticos.
La refrigeración y la tecnología criogénica son campos académicos e industriales dinámicos.
El enorme potencial de crecimiento del mercado y la penetración cruzada de nuevas tecnologías le han abierto un amplio mundo de desarrollo.
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La historia del desarrollo de la refrigeración y el aire acondicionado
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En la historia del aire acondicionado, Estados Unidos ha desarrollado y mejorado el sistema de aire acondicionado de unidad central con conductos, y ha conseguido distribuidores y distribuidores de equipos de aire acondicionado que están instalando y reparando sistemas de aire acondicionado de unidad central con conductos. en el sitio.
WRAC es el sistema más simple y económico, puede comprarlo fácilmente en una tienda minorista e instalarlo usted mismo cuando lleguen las altas temperaturas sostenidas.
Al mismo tiempo, desde la década de 1970 también se han desarrollado y mejorado en Japón SRAC sin ductos y empresas de adquisición con fines especiales, impulsadas por mercados diferentes a los de Estados Unidos.
Luego, la tecnología de diseño y fabricación de equipos se transfirió a China en la década de 1990, a través de la cooperación con empresas locales (incluida la fabricación local de componentes importantes como compresores, intercambiadores de calor, actuadores eléctricos, válvulas de precisión y controladores electrónicos). ) empresa conjunta.
En la década de 1990, China también absorbió la tecnología avanzada de equipos de aire acondicionado a gran escala de otros países avanzados y formó empresas conjuntas con la mayoría de las grandes empresas de Estados Unidos.
Hoy en día, China es un país líder con importantes fábricas locales y empresas conjuntas que producen grandes cantidades de SRAC y SPAC para satisfacer el creciente mercado interno y la demanda de exportación.
En los últimos años, Japón ha estado exportando productos SRAC y de empresas de adquisición con fines especiales a China, Europa y Oriente Medio para abrir nuevos mercados.
Sin embargo, China es ahora el mayor exportador de aparatos de aire acondicionado. En 2001, el volumen total de exportación de las empresas WRAC, SRAC y de adquisición con fines especiales alcanzó los 5 millones de unidades, y se espera que exporten 7,5 millones u 8 millones de unidades en 2002, mientras que el Japón está perdiendo su condición de exportador.
Revisión por país:
++++Estados Unidos
Estados Unidos es el mercado de aire acondicionado más grande y representa el 28 % del total del aire acondicionado a nivel mundial. venta de equipos, y es un gran Algunos son sistemas de aire acondicionado unificados con ductos.
La proporción de bombas de calor es relativamente baja: representó el 20% en cantidad y el 30% en ventas en 2001.
Hay algunas razones obvias para las diferencias entre el mercado de aire acondicionado de EE. UU. y otros países:
La mayoría de la gente vive en casas unifamiliares suburbanas con espacios amplios para la comodidad de todo el interior. espacio, instalación Los conductos son más convenientes.
Los precios de la energía son relativamente bajos, la electricidad y el gas se pueden suministrar en todo el país y las estufas de gas se pueden utilizar para calentar en invierno a través de la red de gasoductos.
La mayoría de los terrenos no son adecuados para bombas de calor sin calefacción eléctrica auxiliar en climas fríos de invierno, y la calefacción eléctrica auxiliar no es económica.
Una sólida red de distribuidores industriales y agentes económicos promueven sistemas de aire acondicionado central por conductos con costes de instalación relativamente bajos y soporte de mantenimiento diferido.
++++Japón
Los aires acondicionados domésticos comenzaron en la década de 1960, cuando WRAC los producía localmente o los importaba de Estados Unidos. Debido a que la mayoría de las personas viven en salas de estar y solo tienen fuertes necesidades de aire acondicionado en una habitación, los sistemas centrales generalmente no se utilizan para ahorrar costosas facturas de electricidad.
Sin embargo, muchas personas se quejan de que el ruido y las vibraciones elevados son inaceptables en el dormitorio.
Al mismo tiempo, no es conveniente instalarlo en la habitación.
Después de la trágica experiencia de WRAC, SRAC se desarrolló posteriormente para instalación montada en la pared en interiores, lo que hace que la unidad de aire acondicionado de la habitación funcione de forma silenciosa y fácil de instalar.
Funcionalmente hablando, aunque SRAC ha perdido las funciones de entrada de aire fresco y salida de aire de retorno, los aires acondicionados para habitaciones individuales de WRAC y SRAC son casi iguales cuando hay personas.
En el mercado de compradores, existe la necesidad de unidades SRAC pequeñas adicionales que ofrezcan poco ruido y puedan instalarse fácilmente como "unidades complementarias" en los dormitorios.
El tipo bomba de calor tiene buena aceptación por parte de las personas tanto en temporada de refrigeración como de calefacción.
Características como menor ruido, capacidad de calefacción más adecuada, menor consumo de energía (es decir, mayor eficiencia), tamaño de unidad más pequeño o mejor distribución del aire interior atraen la atención y el interés de los usuarios.
Las estufas de queroseno todavía se utilizan ampliamente para calentar espacios interiores porque los costos de energía son más baratos que la electricidad y su capacidad de calefacción es mayor a temperaturas ambiente más bajas.
Sin embargo, las bombas de calor SRAC son indispensables para muchas personas en sus dormitorios. Puede funcionar de forma segura y es a prueba de fuego, porque la temperatura interior es baja cuando se duerme y el espacio de la habitación es bastante bueno.
El estilo de vida ha cambiado de dejar puertas y ventanas abiertas para poder entrar aire fresco mientras se duerme, a cerrar puertas y ventanas con dispositivos de bloqueo por seguridad urbana, lo que requiere la compra de más unidades SRAC en el interior.
También se instala un ventilador forzado en el interior para inhalar aire fresco del exterior, descargar el aire interior y utilizar elementos de intercambio de calor para lograr el ahorro de energía.
La década de 1980 implicó tecnologías innovadoras que abordaron las deficiencias inherentes de las bombas de calor e impulsaron las ventas de unidades SRAC.
En las tiendas de descuento, artículos como los electrodomésticos incluyen importantes costes de envío e instalación, lo que ha desencadenado una guerra de precios.
La instalación de SRAC es muy sencilla y rápida, y el personal con pocas habilidades técnicas en el sitio puede completar la instalación de la unidad, las tuberías de refrigerante y el cableado en unas pocas horas.
En el pasado, algunos problemas de calidad, como fugas de refrigerante, fallas de componentes, fallas integrales, etc., estaban directamente relacionados con el mantenimiento del fabricante o con las unidades de mantenimiento subcontratadas.
Ahora, con la mejora de la confiabilidad del producto, las llamadas de mantenimiento posventa se han reducido considerablemente.
Pero el modelo de negocio sigue siendo el mismo que antes. SRAC se vende a través de tiendas de descuento a bajo costo y el servicio posventa lo proporciona directamente el fabricante o su unidad de mantenimiento subcontratada.
Las ventas de empresas de adquisición con fines especiales son similares al mercado comercial ligero de SRAC.
Los fabricantes están más comprometidos con las ventas de los llamados "sistemas de empresas de adquisición de propósitos especiales múltiples en edificios", colaborando con diseñadores de sistemas de aire acondicionado y contratistas mecánicos, y manteniendo un alto valor agregado con los fabricantes.
1Las empresas de adquisición con fines especiales que combinan unidades de condensación por compresión con múltiples unidades interiores se están volviendo cada vez más populares en hogares nuevos con tuberías de refrigerante instaladas en las paredes.
* * *Las empresas de servicios públicos (como las de electricidad y gas) y los responsables de fijar la política energética nacional están subsidiando el desarrollo de nuevas tecnologías y promoviendo la instalación de nuevos sistemas de aire acondicionado con esquemas atractivos.
Estos productos incluyen bombas de calor comerciales de bajo consumo, GHP y enfriadores de absorción directa de gas.
Los beneficios que aportan los descuentos en el precio de la energía hacen que los usuarios estén dispuestos a instalar nuevos sistemas de aire acondicionado que ahorren energía o a realizar renovaciones técnicas con costes energéticos operativos mucho más bajos.
De esta forma, aunque el coste inicial aumente, la recuperación de la inversión sigue siendo muy atractiva.
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Eventos en el desarrollo de la refrigeración:
1820 - Se fabrica por primera vez hielo artificial en un laboratorio.
1824-Revelación del principio de refrigeración por absorción
Se inicia la producción de hielo artificial.
1855-Fabricación de equipos frigoríficos de absorción.
1890 - Pequeños trozos de hielo artificial entran en el mercado - Comienza la industria de fabricación mecánica de hielo.
1910 - Aparece el frigorífico mecánico para uso doméstico.
1913 - Se construye el primer frigorífico doméstico manual.