第三節 制冷劑

制冷劑是制冷機械中的工作介質，也稱工質或冷媒。在蒸氣壓縮式制冷循環中，制冷劑通過自身的熱力狀態的連續變化和流動，不斷與外界發生能量交換，完成熱量轉移，達到制冷的目的。

一、制冷劑的主要特性

制冷劑是一種化工產品，本身具備一定的特性，包括：

（1）熱力學性質：臨界參數、汽化潛熱、焓、熵、壓力、溫度、比體積等。

（2）環境影響指標：臭氧消耗潛能值（ODP）、全球溫室效應潛能值（GWP）、大氣壽命指數。

（3）物理化學性質：電絕緣性、導熱系數、黏度、表面張力、腐蝕性、溶水性、溶油性、水解性。

（4）安全性：毒性、燃燒性和爆炸性等。

通常所說的制冷劑，實際上指液體汽化式制冷劑，制冷劑在要求的低溫下汽化，從被冷卻對象中吸取熱量；然后在較高的溫度下液化，向外界排放熱量。所以，只有在工作溫度范圍內能夠汽化和凝結的物質才有可能作為制冷劑使用。多數制冷劑在常溫和常壓下呈氣態。在選擇制冷劑過程中，人們力圖選擇熱力學性能好、循環效率高、對環境影響指標系數小、物理參數合理、化學性能穩定和安全性比較好的物質作為制冷劑。

二、制冷劑的種類及命名

常用制冷劑按其化學組成可分為五類：無機化合物、鹵代烴、烯烴及其鹵族元素衍生物、混合制冷劑及其他有機化合物（含碳氫等）。

對于制冷劑，國際上統一規定了簡化代號。制冷劑符號由字母“R”和它后面的一組數字或字母組成。字母“R”表示制冷劑（Refrigerant），后面的字母或數字是根據制冷劑的化學組成按一定規則編寫的，即R（）（）（）表示制冷劑的符號。編寫規則如下。

1．無機化合物 無機化合物的制冷劑有氨（NH₃）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）等，其中氨是常用的一種制冷劑。對于無機化合物，其制冷劑的代號為R7（）（），其中7表示無機化合物，7后面的兩個數字是該物質相對分子質量的整數部分。如：氨的代號為R717。幾種無機化合物制冷劑的命名見表2-3。

表2-3 無機化合物制冷劑的命名

2．鹵代烴 鹵代烴是飽和烴類（飽和碳氫化合物）的鹵族衍生物的總稱，是20世紀30年代出現的制冷劑，其種類較多，它們的熱力學性質也有較大的區別，可分別適用于不同要求的制冷機組。

鹵代烴作為制冷劑，也用R和數字表示它的符號。鹵代烴的編號是根據化合物的結構確定的。烷烴化合物的分子通式為C_mH_2m+2，氟氯烴的分子通式為C_mH_nF_xCl_yBr_z（n+x+y+z=2m+2）。它們的簡寫符號為R（m-1）（n+1）（x）B（z）。R后面第一位數字為m-1，即氟氯烴分子式中碳原子數m減去1，該值為零時則省略不寫；R后面第二位數字為n+1；R后面第三位數字為x；R后面第四位數字為z，如果溴原子數z為零時，則與字母B一起省略。代號中氯原子數y不表示。例如，二氟一氯甲烷的化學分子式為CHClF₂，因為碳原子數m=1，則m-1=0，氫原子數n=1，則n+1=2，氟原子數x=2，溴原子數z=0，故代號為HCFC-22，符號表示為 R22。幾種鹵代烴和烷烴的命名見表2-4。

表2-4 鹵代烴和烷烴的命名

續表

根據上述規定，乙烷系的同分異構體都具有相同的編號，所以為區別起見，規定對最對稱的一種數字后不帶任何符號，而隨著不對稱性的增加，在符號后加a，b，…，以示區別。如：

二氟乙烷CH₃CHF₂──R152a  一氯二氟乙烷CH₃CClF₂──R142b

3.烯烴及其鹵族元素衍生物 烯烴屬于不飽和碳氫化合物，其分子通式為C_mH_2m，烯烴及其鹵族元素衍生物的編號為在R后先寫數字1，再寫按鹵代烴編寫規則的數字。例如：

4.混合制冷劑 對共沸混合物，符號為R5（）（）。括號中的數字為該混合物命名及應用先后的序號，從00開始。例如，最早命名的共沸混合制冷劑符號為R500，以后命名的按先后次序符號依次為R501，R502，…。對非共沸混合物，則依應用先后，以 R4（）（）進行編號。

5.其他有機化合物 符號為R6（）（），每種化合物的編號是任選的。例如：

乙醚C₂H₅OC₂H₅──R610  甲胺CH₃NH₂──R630

在當前對CFCs的替代物中，對上述鹵代烴和烯烴及其鹵族元素衍生物制冷劑的表示，可將首字母“R”換成物質分子中的組成元素符號。例如：

（1）CFC類： R11，R12，…，表示為CFC-11，CFC-12，…，即分子中含氯、氟、碳的完全鹵代物；

（2）HCFC類： R21，R22，…，表示為HCFC-21，HCFC-22，…，即分子中含氫、氯、氟、碳的不完全鹵代物；

（3）HFC類： R134a，R152a，…，表示為HFC-134a，HFC-152a，…，即分子中含氫、氟、碳的氫氟烴；

（4）FIC類：這是一種新的化學物質，含氟、碘和碳，包括CFC₃I，C₂F₅I，C₃F₇I等。

附錄一中的附表1為美國供暖制冷空調工程師協會（ASHRAE）頒布的制冷劑的標準符號。

三、制冷劑的使用及選擇原則

1.環境性能 20世紀70年代，人們發現鹵代烴會產生改變自然界臭氧生長和消亡平衡的氯，從而使臭氧層減薄甚至形成空洞；鹵代烴分子分解的氟原子彌漫在大氣層中會產生溫室效應。臭氧層的耗減和溫室效應的形成對地球的生態平衡造成一定的破壞，成為當今全球面臨的兩大主要環境問題。因此，在開發和使用制冷劑時，制冷劑的環境特性是重要的一環。CFC對臭氧層的破壞能力最強，HCFC次之，HFC因不含氯而無破壞作用，但它們的化學性質穩定，而且釋放后可以聚集，最終可能加速導致臭氧層消融和全球變暖。評價制冷劑的環境特性的指標如下：

（1）ODP（Ozone Depletion Potential ）值，即臭氧消耗潛能值。它是一個相對指數，用來表示某種化學物質對臭氧層的破壞程度，以CFC-11對臭氧的破壞可能性作為參考標準1，則CFC-12的ODP值為0.82，表明在同樣質量和時間的情況下，CFC-12破壞臭氧分子的數目是CFC-11的0.82倍。

（2）GWP（Global Warming Potential）值，即全球溫室效應潛能值。用來表示某種物質造成溫室效應的相對危害程度，通常以CO₂對氣候變化的影響作為參考標準值1，則CFC-12的GWP值為10600。GWP值的大小取決于氣體從被排放到被清除的時間以及該氣體對紅外線能量的吸收特性。

（3）TEWI（Total Equivalent Warming Impact）值，即總當量溫室效應指數。它考慮了設備在操作中所消耗的能量，如家用冰箱。計算TEWI值時不僅要考慮所充注的制冷劑對溫室效應的作用，還需考慮發泡劑的數量和類型以及在冰箱預期使用壽命中所消耗的能量。TEWI值的概念有利于新替代技術的應用及節能設備的開發。

（4）大氣壽命。指制冷劑排放到大氣中，一直到分解前的時間，也就是制冷劑在大氣中存留的時間。制冷劑壽命長，說明其潛在的破壞作用大。

部分制冷劑的環境性能見表2-5。

表2-5 部分制冷劑的環境特性

續表

 注 GWP是以CO₂為基準的積分時間100年的全球變暖潛值。

2.熱力學特性

（1）標準沸點。是指在一個標準大氣壓力下制冷劑的蒸發溫度。標準沸點應低于環境溫度，便于在低溫下蒸發吸熱。

（2）單位容積制冷量。表示制冷劑在規定的蒸發溫度和冷凝溫度下的容積制冷能力。單位容積制冷量大，可以減小壓縮機尺寸。表2-6是幾種常用制冷劑在t₀=-15℃，t_k=30℃，膨脹閥前制冷劑過冷度為5℃（吸氣為飽和狀態）時的單位容積制冷量。

表2-6 常用制冷劑單位容積制冷量

（3）臨界溫度。是制冷劑不可能加壓液化的最低溫度，即在該溫度以上，即使再提高壓力，制冷劑也不可能由氣體變成液體。制冷劑臨界溫度高，不但便于用一般的冷卻水或空氣進行冷凝，而且制冷循環的工況遠低于臨界溫度，節流損失小，單位質量制冷量大，制冷系數高。

（4）凝固點。是指制冷劑在標準大氣壓下，凝成固體時的溫度。選用制冷劑時，其凝固溫度應遠低于制冷機工作時的最低溫度，以防制冷劑在系統中凝固。凝固點要低，便于獲得較低的蒸發溫度。

（5）絕熱指數。是表示制冷劑本身分子熱動力特性的指標。絕熱指數小，壓縮機排氣溫度低，不但有利于降低壓縮功，提高壓縮機容積效率，而且有利于壓縮機的潤滑。通常，在相同溫度條件下，氨的絕熱指數比鹵代烴類制冷劑大，排氣溫度比鹵代烴類制冷劑高得多，所以氨壓縮機在氣缸頂部應設水套，以防氣缸過熱。

常見的一些制冷劑的熱力學性質見表2-7。

表2-7 制冷劑的熱力學性質

3.物理化學特性

（1）制冷劑導熱系數和放熱系數。高的導熱系數和放熱系數可提高熱交換效率，減小蒸發器、冷凝器等換熱設備的傳熱面積。

（2）制冷劑的密度和黏度。密度和黏度應盡量小，可減少制冷劑在系統中的流動阻力損失，降低壓縮機的功耗或減小管路直徑。

（3）制冷劑對金屬和其他材料（如橡膠等）應無腐蝕和侵蝕作用。氨對鋼鐵無腐蝕作用，對黃銅或類似的合金有輕微的腐蝕作用。但當氨中含有水分時，對銅、鋅及除磷青銅外的其他銅合金有強烈的腐蝕作用。

鹵代烴在通常使用條件下對所使用的金屬幾乎都無腐蝕作用，只對鎂和含鎂2%以上的鋁合金、鋅合金例外。但當制冷系統中有水分和空氣存在時，鹵代烴會水解而產生酸性物質（氯化氫、氟化氫）而引起金屬腐蝕。鹵代烴與潤滑油的混合物能夠溶解銅，被溶解的銅離子與鋼或鑄鐵件接觸時會析出并沉積在其表面，產生“鍍銅現象”，對制冷機的運行極為不利。

（4）制冷劑熱穩定性。熱穩定性好的制冷劑，在高溫下不分解。

（5）良好的電絕緣性。在封閉式壓縮機中，制冷劑與電動機的線圈直接接觸，要求制冷劑應具有良好的電絕緣性能，電擊穿強度要高。

（6）制冷劑的吸水性。制冷劑要具有一定的吸水性，當制冷系統中蓄存或者滲進極少量的水分時，雖會導致蒸發溫度稍有提高，但不會在低溫下產生“冰塞”，系統運行安全性好。

（7）制冷劑與潤滑油的溶解性。一般分為無限溶解和有限溶解，各有優缺點。有限溶解的制冷劑優點是蒸發溫度比較穩定，在制冷設備中制冷劑與潤滑油分層存在，因此易于分離，但會在蒸發器及冷凝器等設備的熱交換面上形成一層難以清除的油膜，增加熱阻，影響傳熱。與油無限溶解的制冷劑優點是壓縮機部件潤滑較好，在蒸發器和冷凝器等設備的熱交換面上不會形成油膜阻礙傳熱；其缺點是使蒸發溫度t_o有所提高，制冷劑溶于油會降低油的黏度，制冷劑沸騰時泡沫多，蒸發器中液面不穩定。實踐證明，對油有限溶解的制冷劑性能較好。

4.安全性 依據ASHRAE 34-2010，制冷劑的安全性包括毒性和可燃性。

（1）毒性?？煞譃閮深?，A類制冷劑和B類制冷劑。

A類制冷劑，為較低毒性物質，指容許接觸水平（PEL）或職業接觸限定值（OEL）為400mg/kg或更高的制冷劑。

B類制冷劑，為較高毒性物質，指容許接觸水平（PEL） 或職業接觸限定值（OEL）小于400mg/kg的制冷劑。

鹵代烴遇明火（800℃以上）會產生鹵烴氣體和微量的光氣（COCl₂）及一氧化碳，氟氯烴遇到明火會產生劇毒的光氣，可以使人中毒。有些制冷劑雖然無毒，但在空氣中的濃度高到一定程度時，會由于缺氧窒息造成對人體的傷害。通常，鹵代烴在單獨存在時，即使溫度高達500℃，仍然穩定；但有金屬催化劑存在時，或與油、水、空氣等接觸時，其分解溫度就要降低200～300℃。丙烷在有氧存在時，于460℃分解。乙烯有聚合傾向，在有催化劑時，100℃也能很快分解。氨在250℃時會分解成氮氣和氫氣，而氫具有很強的爆炸性。

為了防止制冷劑泄漏時對人體的毒害，應該使機房內空氣中制冷劑的含量不超過允許的限度，如氨0.02g/m³，碳氫化合物30～40g/m³，各種鹵代烴100～700g/m³（按其毒性級別而定）。

（2）可燃性。制冷劑根據低可燃性限定測試、燃燒熱值和可選的燃燒速度測量，被分成3類（1、2或3）和一個子類（2L）。

第1類——在60℃和101.3kPa條件下，在空氣中進行試驗時無火焰傳播。

第2類——同時滿足以下三個條件：

①當在60℃和101.3kPa的條件下進行試驗時，有火焰傳播。

②燃燒下限（LFL）>0.10kg/m³。

③燃燒熱<19000kJ/kg。

子類2L——在測試溫度23.0℃、壓力101.3kPa的條件下的最大燃燒速度≤10cm/s。

第3類——同時滿足以下兩個條件：

①在60℃和101.3kPa條件下進行試驗時，有火焰傳播。

②燃燒下限≤0.10kg/m³或燃燒熱≥19000kJ/kg。

因此，做好制冷設備的維護與維修不僅可以延長設備的使用壽命，而且對于我們生活環境的保護和保護維修人員自身的身體健康也起到關鍵作用。

制冷劑的安全分類標準見表2-8，其中，字母A、B表示毒性程度，字母后的數字1、2、2L或3表示可燃程度。常見制冷劑的安全性分類見表2-9。

表2-8 制冷劑安全性分類

表2-9 部分制冷劑的安全特性

制冷劑自身不可燃，但使用、維修過程中如操作不當也會帶來一定的危險。在有制冷劑的場所進行焊接，火焰或灼熱物體的高溫會使制冷劑氣體發生化學分解而產生一氧化碳和氯化氫等有害氣體，人吸入后會出現咳嗽和惡心等反應。制冷劑的回收儲存應按照標準進行，如回收瓶不可過量添加，存放時一定要在陰涼通風處，不可太陽直曬，否則容易使回收瓶發生爆炸。

四、對制冷劑影響環境的限制

1.臭氧層破壞及相關國際公約 CFCs和HCFCs制冷劑排放到大氣層中后，分解產生的氯離子會破壞臭氧層，因此，國際社會達成了《保護臭氧層的維也納公約》、《蒙特利爾議定書》來實現消耗臭氧層物質的逐步淘汰，詳細內容詳見本書第一章。

2.溫室效應及相關國際公約 天然溫室氣體二氧化碳和水蒸氣存在于地球周圍的大氣中。二氧化碳和水蒸氣能讓太陽短波光不受阻礙地通過，使地球加熱，而長波熱輻射被地球反射，使地球得以冷卻。二氧化碳和水蒸氣攔截反射的長波熱輻射，使地表氣溫達到入射到地球上的太陽能和被地球向空間輻射回去的能量處于平衡的溫度。大氣的這種保溫作用被稱為溫室效應。適當的溫室效應對于地球來說是必需的。如果沒有溫室效應，地球表面平均氣溫僅為-18℃，而實際地表平均氣溫為15℃，即地球大氣的溫室效應可使地球表面的氣溫增加33℃。溫室氣體還包括甲烷、近地面的臭氧、氧化亞氮（N₂O）及制冷劑等。圖2-62為溫室效應機理示意圖。

圖2-62 溫室效應機理示意圖

近百年來，人們大量燃燒礦物燃料，向大氣放出大量的二氧化碳氣體和其他氣體，使大氣層中溫室氣體濃度持續增高，人為造成的溫室效應會給人類的生存空間帶來負面影響，如全球氣溫升高、兩極的冰融化、海平面上升、中緯度地區氣候干旱化等一系列問題?？茖W家們估計，如果大氣中二氧化碳含量增加的趨勢保持下去，那么接下來的100年內，地球氣溫會提高1.5～4.5℃。因此，1992年6月，在巴西里約熱內盧召開的聯合國環境與發展大會上，有160多個國家的元首、政府首腦簽署了《氣候變化框架公約》，最終目的是將大氣中溫室氣體的含量穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上。特別是1997年12月，在日本京都召開的《聯合國氣候變化框架公約》第5次締約國會議上，與會代表簽署了《京都議定書》（Kyoto Protocol）。該議定書中確認了溫室氣體對全球氣候變化的影響，明確了CO₂、CH₄（甲烷）、N₂O（氧化亞氮）、SF₆（六氟化硫）、PFC（全氟化碳）和HFCs（氫氟烴類）六種溫室氣體作為受控氣體，并要求發達國家首先將溫室氣體的排放量凍結在20世紀90年代的水平。具體指標是在2008～2012年間，工業國溫室氣體排放量必須比1990年的排放總量減少5.2%。其中，美國排放總量比1990年水平減少7%，歐盟減少8%，日本、加拿大減少6%，俄羅斯維持在1990年的水平上。我國于2002年9月正式核準《京都議定書》，并承擔相應的國際義務。

《京都議定書》將六種主要溫室氣體作為控制目標，不包括氯氟烴（CFCs）和含氫氯氟烴（HCFCs）。但氯氟烴和含氫氯氟烴制冷劑如被排放到大氣中，同樣也會增強地球的溫室效應，同時也是《議定書》規定需要逐步淘汰的物質。CFCs和HCFCs的禁用及替代物的使用，不僅要考慮ODP值，而且應考慮到GWP值，即對溫室效應的影響。

五、 CFCs替代物性質

1.無機物制冷劑

（1）氨（R717）。氨制冷劑是冷庫和空調機組的主要制冷劑，它的ODP和GWP值為零，標準蒸發溫度為-33.3℃，凝固溫度為-77.7℃。單位容積制冷量大，黏性小，流動阻力小，相對密度小，傳熱性能好，是中溫制冷劑。主要用于低溫領域，適合在工業領域中應用，國內大中型冷庫用氨作制冷劑的較多。

氨的毒性大，易燃、易爆。氨液飛濺到人的皮膚上會引起腫脹甚至凍傷。氨蒸氣無色，有強烈的刺激性氣味。在空氣中氨蒸氣的容積濃度達到0.5%～0.6%時，人停留半小時就會中毒；容積濃度達到11%～14%時可點燃（黃色火焰）；容積濃度為15%～27%時，會引起爆炸。若制冷系統內部含有空氣，高溫下氨中會分解出游離態的氫，逐漸在壓縮機中積存到一定濃度時，遇到空氣會具有很強的爆炸性，可能引起惡性事故。所以，氨制冷系統中必須及時排除系統內的空氣或其他不凝性氣體。

氨與水能夠以任意比例互溶，形成氨水溶液。在普通低溫下，水分不會析出造成冰堵。氨非常難溶于潤滑油（溶解度不超過1%），氨制冷機的管道和熱交換器內部的傳熱表面上會積有油膜，影響傳熱效果。另外，潤滑油還會積存在冷凝器、儲液器以及蒸發器的下部，故對這些部位應定期放油。

純氨不腐蝕鋼鐵，但含有水分時會腐蝕鋅、銅、青銅及其他銅合金，只有磷青銅除外。因此，氨制冷機系統不允許使用銅或銅合金。

氨的檢漏方法：從刺激性氣味很容易發現系統漏氨。尋找漏氨部位可以在接頭、焊縫中涂肥皂水，若有氣泡，則說明受檢部位有泄漏。也可以用石蕊試紙或酚酞試紙化學檢漏，若有漏氨，石蕊試紙由紅變藍，酚酞試紙變成玫瑰紅色。

（2）水（R718）。水也是一種常用的制冷劑。它無毒、無味、不燃、不爆、來源廣；它的ODP和GWP值為零；高溫下的熱穩定性和化學穩定性好；高COP；導熱系數大。

水的標準沸點為100℃，冰點為0℃，因此用水作制冷劑所能達到的低溫僅限于0℃以上。水蒸氣的比體積很大，水的正常蒸發溫度較高，蒸發壓力又很低，使系統處于高真空狀態（例如5℃時，飽和水蒸氣的比體積達到147m³/kg，壓力僅為0.87kPa），導致壓縮機體積必須很大。因此，水適合在吸收式和蒸發噴射式冷水機組中作制冷劑。

（3）二氧化碳（R744）。CO₂無毒，比較安全，對環境無害。常溫下CO₂是一種無色、無味的氣體，其相對分子質量為44.01，臨界壓力為7.372MPa，臨界溫度為31.1℃，臨界容積為0.00214m³/kg，比熱容為0.833kJ/（kg·K），三相溫度為-56.57℃，三相點壓力為416kPa。

目前，CO₂成為汽車空調和復疊機組可選用的替代制冷劑。車用空調普遍使用的制冷劑為HFC-134a，試驗表明，二氧化碳空調工作效率與HFC-134a沒有任何區別，而且空調可以做得更緊湊。但CO₂在使用溫度下的壓力比較高（常溫下冷凝壓力高達8MPa），為此，系統需要增加一臺壓縮機和一臺熱交換器，否則室外氣溫高于30℃時空調便無法正常工作，但這會使機器設備體積增大。

2.有機物制冷劑 有機物制冷劑主要指鹵代烴。它們是無色、無味、基本無毒、化學性能穩定、不易燃和不爆炸的制冷劑。不同化學組成和結構的鹵代烴熱力學性質相差很大，分為高溫、中溫、低溫制冷劑。其共性是絕熱指數小，排氣溫度比較低；傳熱性能較差、相對分子質量較大、相對密度大、流動性差；遇明火時，鹵代烴中會分解出對人體有毒害的氟化氫、氯化氫或光氣等；溶水性差，系統中需嚴格控制含水量；鹵代烴因水解產生酸性物質而發生“鍍銅”腐蝕；滲透性強，在系統中使用時極易泄漏，而且泄漏不易被覺察。工商業用制冷設備中常用的有機制冷劑簡介如下。

（1）HCFC-123。HCFC-123 的ODP=0.02，GWP=93，毒性屬B1級，用來取代R11作為離心式冷水機組的制冷劑。

其優點是：

①屬高溫制冷劑，熱力學性質與R11相近。

②在原使用的R11冷水機組中改用HCFC-123，可不做大調整。

③其ODP和GWP均很低，特別是GWP在目前常用制冷劑中屬最低的范圍。

其缺點是：

①HCFC-123的循環效率比R11低，但通過技術改進，目前生產的HCFC-123離心式冷水機的COP已接近R11機組。

②HCFC-123的毒性屬B1級，比R11（A1）高，因此在使用HCFC-123冷水機組的機房中，應加強通風和安全保護措施，并設置制冷劑泄漏傳感器和事故報警器等。

（2）HCFC-22。HCFC-22的ODP和GWP比CFC-12都小得多，屬過渡性制冷劑。由于其分子組成中仍有氯的存在，所以對臭氧層仍有一定的破壞性的HCFC-22。HCFC-22的水溶解度很小，而且隨著溫度的降低，溶解度降低。當HCFC-22中溶解有水時，對金屬有腐蝕作用，并且在低溫時會發生“冰塞”現象。HCFC-22與礦物油部分溶解，其溶解度與潤滑油的種類和溫度有關，溫度高時，溶解度大；溫度低時，溶解度??；當溫度降至某一臨界溫度以下時，便開始分層，上層是油，下層是HCFC-22。HCFC-22不燃燒、不爆炸，毒性很小（A1）。HCFC-22的滲透能力很強，泄漏時難以發現，用鹵素燈檢漏時，若火焰呈藍綠色則表明有泄漏。

（3）HFC-134a。HFC-134a的熱力學性質與CFC-12相近；毒性A1級，與CFC-12相同。HFC-134a的ODP=0，GWP=1300，比HCFC-22（GWP=1700）的GWP小，相當于CFC-12（GWP=8500）的1/6.5。HFC-134a的氣、液體的導熱系數高于CFC-12。HFC-134a與礦物油不相溶，必須使用PAG（Polyalkyene Glycol，聚二醇）類合成潤滑油、POE（Poly Ester，聚酯）類合成潤滑油和改性POE油（在原POE油中添加了抗磨劑）。HFC-134a吸水性極強，系統內若有水分，則會與潤滑油反應產生酸，對金屬產生腐蝕和發生鍍銅現象。所以，HFC-134a系統中必須使用含有特殊干燥劑的干燥過濾器。

（4）HFC-152a。HFC-152a的ODP值為0，GWP值為140，其環境特性比HFC-134a更好。HFC-152a的熱力學特性與CFC-12相近，標準蒸發溫度為-24.7℃，在制冷循環特性上優于CFC-12，是CFC-12的較好的替代物。HFC-152a的燃燒性很強，具有爆炸性。HFC-152a在空氣中的體積濃度達4.5%～21.8%時，就會著火。HFC-152a是極性化合物，在與潤滑油相溶性方面的情況與HFC-134a類似。

3.碳氫化合物 碳氫化合物制冷劑具有凝固點低、與水不起反應、不腐蝕金屬、溶油性好等優點， 其缺點是燃爆性很強。主要用作石油化工制冷裝置中的制冷劑。石油化工生產中具有嚴格的防火防爆安全措施。用碳氫化合物作制冷劑的制冷系統，低壓側必須保持正壓，以防止空氣滲入系統而引起爆炸。

常用的碳氫化合物制冷劑主要有烷烴類和烯烴類，它們都不溶于水，但易溶于有機溶劑，如乙烷易溶于醚、醇類有機物；乙烯、丙烯易溶于酒精和其他有機溶劑。

丙烯的制冷溫度范圍與HCFC-22相當，可以用于兩級壓縮制冷裝置，也可以在復疊式制冷裝置中作高溫部分的制冷劑。

乙烷、乙烯的制冷溫度范圍與CFC-13相當，使用于復疊式制冷系統的低溫部分。

甲烷可以與乙烯、氨（或丙烷）組成三元復疊式制冷系統，可獲得-150℃左右的低溫，用于天然氣液化裝置。

用在家用冰箱中使用的碳氫化合物制冷劑主要是R290（丙烷）和R600a（異丁烷），這兩種物質在歐洲和一些發展中國家被廣泛用作為冰箱或冰柜的制冷劑，國內也有數家冰箱廠和冰柜廠采用，特別是R600a。

（1）R290和R600a的主要特點。

①ODP=0，GWP=20。

②溶油性好，可采用普通礦物性潤滑油，吸水性小。

③易獲得，價低。

④熱力學性能好，其COP比CFC-12高5%～8%，比HFC-134a高10%～15%。

⑤汽化潛熱大，系統流量小，流動阻力低，系統充液量僅相當于CFC-12的1/2、HFC-134a的40%。

⑥與CFC-12系統兼容，無須多加處理。

（2）使用R290和R600a的主要問題。

①具有可燃性、爆炸性，需加大安全措施，R290在空氣中的可燃極限為2%～10%，R600a為1.4%～8.4%。

碳氫化合物制冷劑在應用中的最大問題是安全問題，即可燃性。目前，美國和歐洲的有關標準中，對于封閉式壓縮機系統，如充注量少于150g就不限制使用。對R290，歐洲一些國家認為，2kg或2kg以下的充注量可以滿足安全要求。

②R600a的單位容積制冷量q_v比CFC-12小2/3，表明制取同樣冷量，壓縮機的吸氣容積需加大2/3；而R290的單位容積制冷量q_v比CFC-12大2/3，表明制取同樣冷量，壓縮機的吸氣容積需減小2/3。因此，一般傾向于采用R290/R600a的混合物（各為50%），此時q_v與CFC-12相近，壓縮機改動不大，COP可提高10%左右。

4.混合制冷劑 混合制冷劑是由兩種或兩種以上純制冷劑組成的混合物。由于純制冷劑在品種和性質上的局限性，采用混合物作制冷劑為調制制冷劑的性質和擴大制冷劑的選擇方面（尤其是在作CFC替代物的純制冷劑有限的情況下）提供了更大的自由度?；旌衔锇雌涠▔合孪嘧儠r的熱力學特征有共沸混合物和非共沸混合物之分。

（1）共沸混合物。共沸混合制冷劑同純制冷劑一樣，在定壓下蒸發，蒸發溫度恒定不變，而且氣相與液相的組成始終相同。

幾種共沸混合制冷劑的熱力學特性見表2-10。R500（CFC-12/HFC-152a）、R502（HCFC-22/CFC-115）及R503（HFC-23/CFC-13）等共沸混合物得到了商業應用。R502是一種性質優良的制冷劑，在許多場合都起到了HCFC-22難以替代的作用。但是根據《議定書》，CFC-115是被淘汰的工質。歐美國家普遍接受非共沸混合物R404A和共沸混合物R507A作為R502的替代物，還有國家用HCFC-22作為R502的過渡替代物。

共沸制冷劑R507A由相同質量的HFC-143a和HFC-125混合而成，其ODP值為零，有非常理想的蒸氣壓曲線（泡點溫度為-46.5℃），是R502理想的替代物。在一定的工況下，R507A與R502有十分相近的性質。采用R507A后，單位容積制冷量有較大的提高，單位容積制冷量的提高對實際應用意義明顯。

表2-10 幾種共沸制冷劑熱力特性

（2）非共沸混合物。非共沸混合物在定壓下沸騰時，露點線與泡點線呈魚形曲線，在蒸發器和冷凝器的相變過程中，溫度和組分相差很大，形成滑移溫度（即等壓下露點與泡點之間的溫度差）。幾種CFCs和HCFCs制冷劑替代中應用的非共沸混合制冷劑介紹如下。

①R404A。R404A是HFC混合物，其組成物質及質量分數為HFC-125/HFC-143a/HFC-134a（44%/52%/4%），ODP=0，GWP=3260，屬溫室氣體。毒性為A1/A1。R404A的相變滑移溫度為0.5℃，屬近共沸混合物。R404A的熱力學性質與HCFC-22接近，在中溫范圍時能耗比HCFC-22增加8%～20%；在低溫范圍時，兩者相當。在同溫度工況下，R404A壓縮機的容積效率比HCFC-22高。過冷溫度對R404A的性能影響大，因此提倡R404A系統中增設過冷器。R404A可用于-45～10℃的蒸發溫度范圍的商業及工業用制冷系統，替代HCFC-22。

②R407C。R407C是由HFC-32、HFC-125、HFC-134a三種工質按23%、25%和52%的質量分數混合而成的非共沸混合物，其相變滑移溫度為7.1℃。該制冷劑的ODP=0，GWP=1530，毒性為A1/A1。R407C的熱力性質與HCFC-22非常相似，其制冷劑的COP和GWP值與HCFC-22相近，ODP=0。R407C的臨界溫度、臨界壓力、標準沸點溫度、蒸發潛熱等都與HCFC-22相當。使用HCFC-22的制冷設備改用R407C，需要更換潤滑油，調整制冷劑的充灌量、節流組件和干燥劑等。由于R407C的相變滑移溫度較大，在發生泄漏、部分室內機不工作的多聯系統以及使用滿液式蒸發器的場合，混合物的配比發生變化，會影響運行效果。

③R410A。R410A是由HFC-32和HFC-125兩種工質按各50%的質量分數組成的，屬HFCs混合物，其ODP=0，GWP=1730，毒性為A1/A1，屬低毒不可燃制冷劑?；瘜W和熱穩定性高。溶水性與HCFC-22幾乎相同。不與礦物油相溶（與POE酯類油相溶）。R410A的相變滑移溫度為0.2℃，屬近共沸混合物，熱力學性能十分接近純工質。與HCFC-22相比，R410A的冷凝壓力增大近50%，是一種高壓制冷劑，需提高設備及系統的耐壓強度。由于R410A的高壓、高密度，所以可以減小制冷系統的管徑。