制冷剂的性质

制冷剂的性质

压缩蒸气制冷循环具有单位工质制冷量大，制冷系数更接近于同温限的逆向卡诺循环等优点，因此得到了广泛应用。由于实际装置的运行和性能与制冷工质的性质密切相关，因此在热力性质和环境保护等方面对制冷剂提出了要求。对制冷剂的热力性质的主要要求如下：

1.对应于装置的工作温度(蒸发温度、冷凝温度），要有适中的压力。若蒸发压力过低，密封容易出问题;冷凝压力过高，冷凝系统材料的耐压强度提高，增加了成本也对焊接等工艺提出了更高要求。

2.在工作温度下汽化潜热要大，使单位质量工质具备较大的制冷能力。

3.临界温度应高于环境温度，使冷凝过程能更多地利用定温排热。

4.制冷剂的上、下界限线要陡峭，以便使冷凝过程更加接近定温放热过程，并可减少节流引起的制冷能力下降。

5.工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度，以免造成凝固阻塞。

6.蒸气的比体积要小，工质的传热特性要好，以使装置更紧凑。

此外，还要求制冷剂溶油性好，化学性质稳定，与金属材料及压缩机中的密封材料等有良好的相容性，安全无毒，价格低廉等。

常用的制冷剂有氨(NH3)和多种商品名叫氟里昂的氣氟烃和含氢氣氟烃等。氨是一种良好的制冷剂，对应于制冷温度范围有合适的压力，汽化潜热大,制冷能力较强，价格低廉，对环境破坏小，但有较大的毒性，对铜有腐蚀性，具有气味，应用场合受到一定限制。氟里昂类制冷剂汽化时吸热能力适中，性能稳定，能够满足不同温度范围对制冷剂的要求，由于其优异的使用性能，应用尤为广泛，例如CFC12(R12)、CFC11(R11)和HCPC22(R22)等曾分别作为家用冰箱、汽车空调和热泵型空调的重要制冷剂。

但是，20世纪70年代美国科学家Molina和Rowland首先发现，由于CFC和HCFC类物质相当稳定，进入大气后能逐渐穿越大气对流层而进入同温层，在紫外线的照射下,CFC:和HCFC类物质中的氣游离成氯离子C1'与臭氧发生连锁反应，使臭氧浓度急剧减小。南极上空臭氧层已出现巨大空洞，且呈蔓延之势。臭氧层阻挡了太阳辐射中的紫外线，臭氧层变薄甚至出现大面积空洞将大大削弱对紫外线的吸收能力，使大fi紫外线直接照射到地球表面，导致人体免疫功能降低，皮肤癌增加并使农、畜、水产品减产，破坏原有的生态平衡。此外，地球上空大量积聚CFC和HCFC类物质还加剧了温室效应。因此，虽然CFC和HCFC类物质有优异的热力性能，但是必须限制进而禁止使用。我国政府于1992年8月起正式成为保护臭氧层的“蒙特利尔协定书”的缔约国。按照该协定书的规定，我国将在2010年前禁止使用与生产CFC类物质。因此，加速幵发CFC和HCFC的替代物是放在科技工作者前的紧迫任务。

作为替代物，首先必须满足环境保护方面的要求，而且也应该满足前述对制冷剂的热力性质及其他方面的要求。考虑到不可能抛弃现有的冰箱、空调等设备，因此荇代物的热物理性质愈接近被荇代的CFC或HCFC物质愈好，以实现现有设备顺利改用新工质。目前的研究和试验表明，HCFC134a很有希望成为CFC12的替代物的新工质。它是一种含氢的氟代烃物质，由于不含氣原子，因而不会破坏臭氧层，温室效应也仅为CFC12的30%左右。它的正常沸点和蒸气压曲线与CFC12十分接近，热工性能也接近CFC12。其他有关性能也较为有利，有希望在中温制冷与空调系统，如家用冰箱、汽车空调等设备中成功荇代CFC12。为了使替代工质的性质更完善，常釆用两种甚至多种纯物质的混合物作为制冷剂。