制冷劑的性質

壓縮蒸氣制冷循環(huán)具有單位工質制冷量大，制冷系數(shù)更接近于同溫限的逆向卡諾循環(huán)等優(yōu)點，因此得到了廣泛應用。由于實際裝置的運行和性能與制冷工質的性質密切相關，因此在熱力性質和環(huán)境保護等方面對制冷劑提出了要求。對制冷劑的熱力性質的主要要求如下：

1.對應于裝置的工作溫度(蒸發(fā)溫度、冷凝溫度），要有適中的壓力。若蒸發(fā)壓力過低，密封容易出問題;冷凝壓力過高，冷凝系統(tǒng)材料的耐壓強度提高，增加了成本也對焊接等工藝提出了更高要求。

2.在工作溫度下汽化潛熱要大，使單位質量工質具備較大的制冷能力。

3.臨界溫度應高于環(huán)境溫度，使冷凝過程能更多地利用定溫排熱。

4.制冷劑的上、下界限線要陡峭，以便使冷凝過程更加接近定溫放熱過程，并可減少節(jié)流引起的制冷能力下降。

5.工質的三相點溫度要低于制冷循環(huán)的下限溫度，以免造成凝固阻塞。

6.蒸氣的比體積要小，工質的傳熱特性要好，以使裝置更緊湊。

此外，還要求制冷劑溶油性好，化學性質穩(wěn)定，與金屬材料及壓縮機中的密封材料等有良好的相容性，安全無毒，價格低廉等。

常用的制冷劑有氨(NH3)和多種商品名叫氟里昂的氣氟烴和含氫氣氟烴等。氨是一種良好的制冷劑，對應于制冷溫度范圍有合適的壓力，汽化潛熱大,制冷能力較強，價格低廉，對環(huán)境破壞小，但有較大的毒性，對銅有腐蝕性，具有氣味，應用場合受到一定限制。氟里昂類制冷劑汽化時吸熱能力適中，性能穩(wěn)定，能夠滿足不同溫度范圍對制冷劑的要求，由于其優(yōu)異的使用性能，應用尤為廣泛，例如CFC12(R12)、CFC11(R11)和HCPC22(R22)等曾分別作為家用冰箱、汽車空調和熱泵型空調的重要制冷劑。

但是，20世紀70年代美國科學家Molina和Rowland首先發(fā)現(xiàn)，由于CFC和HCFC類物質相當穩(wěn)定，進入大氣后能逐漸穿越大氣對流層而進入同溫層，在紫外線的照射下,CFC:和HCFC類物質中的氣游離成氯離子C1'與臭氧發(fā)生連鎖反應，使臭氧濃度急劇減小。南極上空臭氧層已出現(xiàn)巨大空洞，且呈蔓延之勢。臭氧層阻擋了太陽輻射中的紫外線，臭氧層變薄甚至出現(xiàn)大面積空洞將大大削弱對紫外線的吸收能力，使大fi紫外線直接照射到地球表面，導致人體免疫功能降低，皮膚癌增加并使農(nóng)、畜、水產(chǎn)品減產(chǎn)，破壞原有的生態(tài)平衡。此外，地球上空大量積聚CFC和HCFC類物質還加劇了溫室效應。因此，雖然CFC和HCFC類物質有優(yōu)異的熱力性能，但是必須限制進而禁止使用。我國政府于1992年8月起正式成為保護臭氧層的“蒙特利爾協(xié)定書”的締約國。按照該協(xié)定書的規(guī)定，我國將在2010年前禁止使用與生產(chǎn)CFC類物質。因此，加速幵發(fā)CFC和HCFC的替代物是放在科技工作者前的緊迫任務。

作為替代物，首先必須滿足環(huán)境保護方面的要求，而且也應該滿足前述對制冷劑的熱力性質及其他方面的要求?？紤]到不可能拋棄現(xiàn)有的冰箱、空調等設備，因此荇代物的熱物理性質愈接近被荇代的CFC或HCFC物質愈好，以實現(xiàn)現(xiàn)有設備順利改用新工質。目前的研究和試驗表明，HCFC134a很有希望成為CFC12的替代物的新工質。它是一種含氫的氟代烴物質，由于不含氣原子，因而不會破壞臭氧層，溫室效應也僅為CFC12的30%左右。它的正常沸點和蒸氣壓曲線與CFC12十分接近，熱工性能也接近CFC12。其他有關性能也較為有利，有希望在中溫制冷與空調系統(tǒng)，如家用冰箱、汽車空調等設備中成功荇代CFC12。為了使替代工質的性質更完善，常釆用兩種甚至多種純物質的混合物作為制冷劑。