用于冰箱、冰柜及空调器的天然制冷剂

　天然制冷剂(NaturalRefrigerant)是指天然存在不是用人工合成的可作制冷剂的物质，如水、空气、氮气，烃(甲烷、丙烷、丁烷等)、氨、二氧化碳、氦等。氮、甲烷、空气、氦等因标准蒸发温度很低，主要用于低温工程．其余的则可用于制冷工程．人工合成的化合物大量地释放到周围环境中．往往产生无法预计的后果。用HFC替代CFC，并可以缓解对臭氧层的破坏．但是没有解决另一个危害地球生态平衡的问题——温室效应。而氨、丙烷、丁烷及二氧化碳等用作制冷剂有许多突出的优点，如热力性质好，不破坏臭氧层也不产生温室效应(作制冷剂的CO2取自大气，不增加大气中CO2的含量)、价格低廉、可采用传统的润滑油等。当然．由于可燃性、毒性的问题，使用烃及氨时．务必注意安全问题；采用CO2，必须对压缩机及制冷系统进行重新设计。这些问题均可通过技术上的不断改进而解决。  

　1．CO2制冷剂的特性
　　
　　CO2制冷剂运用在制冷及空调L已有百年以上的历史。虽然C02制冷剂有许多优良的特性，但在高温环境运转时的容积损失大、系统效率低、操作压力高等．是以往一直无法解决的难题。1930年开始研究使用CFC为制冷剂时，未发现其对环境的影响，因此，CFC制冷剂便逐步取代了较有使用限制的天然制冷剂(如氨有毒、碳氧化合物易燃、CO2效率低等)，到了20世纪50年代．国际上运用CO2作制冷剂便停止了。

　经过半个多世纪的发展，也是由于环保需求．在CO2制冷剂运用领域上又开始了新的研究.1993年，挪威的GLorentzen和lPettersen首先提出了将C02制冷剂应用在汽车空冷系统上，并进行了一些实验研究。

　CO2与R12制冷剂相比具有如下一些性质：

　(1)CO2的临界温度低(31．1℃)，如以CO2为制冷剂进行压缩，则其放热区将超越I临界点温度以上，而处在超临界点的区域中工作。

　(2)CO2的临界点压力高(7．38MPa),约为R12的1．8倍，但是。因其临界点温度低，在进行压缩循环时，其工作压力将更高。

　CO2在超临界点区域进行放热有相当大的温差可实现，因此．该特性很适合应用于高效率的热泵系统中．如下表所示。

　从下表可以看出，0℃时CO2的饱和压力是其他制冷剂的8~10倍，这可以认为是它作为制冷剂的优势。CO2具有较高的绝热系数，将导致压缩机排气温度升高。但压缩比低。足以抵消绝热系数所带来的负效应，而且可以降低压缩机余隙容积再膨胀的损失。比热容、蒸发潜热、导热系数．以及动力黏度是与热交换和压降相关的重要性能参数．在这些性能参数方面，CO2要比卤代烃好。

　另外．从实用的观点来看．Co!与卤代烃制冷剂相比还有以下优点：

　1)与各种润滑油和常用机零部件材料相容；2)很容易获取．不受供应限制；3)运行维护方便，无需同收再生，价格低廉。
　　
　　2．丙烷制冷荆的特性
　　
　　丙烷广泛地存在于石油、天然气中，提炼方便、价格便宜，在石油化工产业得到广泛应用。丙烷是一种非常廉价的天然制冷剂，其ODP和GWP值均为零。丙烷(R290)是饱和碳氢化合物，化学性质很不活泼，难溶于水。它能使润滑油溶解，让润滑油黏度下降，因此．需选用黏度较大的润滑油。

　丙烷属于中温制冷剂，标准蒸发温度低于0T：、高于-60％：，冷凝压力高于0．3MPa、低于2．0MPa。丙烷是非极性化合物，它的压缩性能比R134a好。在空调工况下，丙烷的压力比要比相应条件下的R134a低，这对于提高压缩机的输气系数、降低压缩机的排温是有利的。丙烷具有很大的汽化潜热，这不仅可以提高冷凝和蒸发传热系数，而且表明在系统中可以减少丙烷的充注量。丙烷的气相和液相导热系数比R134a高，这也在一定程度上提高了丙烷的冷凝和蒸发传热系数，降低了不可逆损失，同时也可以减少换热器的换热结构尺寸。另外，丙烷的黏性系数比　　R134a低，而丙烷的分子量又比R134a小得多。

　丙烷在00c时的单位容积制冷量比R1．34a高35％，这样就可以减少空调系统的尺寸．降低制造成本。丙烷具有优良的热力学性能，且与R12系统相容，具有良好的经济性。虽然有人对它的可燃性表示担忧，但这已不能成为新技术发展的障碍．现代的管理制度使人们完全可以控制丙烷使用时的可燃性。

项目	R22人工合成	R134a人工台成	R290天然	R744天然	R717天然	R410a人工合成
ODP	0.05	0	0	0	O	0
GWP	1700	1300	3	1		1900
分子量	86	102	44	44	17	73
临界温度(℃)	96	101	97	31	133	73
在-15℃时的各项饱和点的数据
饱和压力(kPa)	296	164	292	2288	236	47
液态比热容kJ／(kg·K)	1.15	1.29	2.41	2.19	4.53	1.41
气态比热容kJ／(kg·K)	O．70	0.82	1.65	1.39	2.42	0.81
液态密度kg／立方米	1331	1341	549	1008	658	1284
气态密度kg／立方米	13．O	8.3	6.5	60.6	2	19.2
气化热kJ／kg	214	210	394	268	1313	230
液态导热系数w(m·K)	O．104	0.102	O．115	0.13	0.552	0.124
气态导热系数W(m·K)	0.092	0.01	0.015	O．015	0.026	0.01
理想制冷循环(蒸发温度为-15℃、冷凝温度为30℃、无过冷过热)的数据
制冷系数C0P	4.66	4.61	4.54	2.53	4．7S	4.39
压缩比	4.03	4.7	3.68	3.15	4.95	3.92
过热损失(％)	2.1	0.3	0.2	9.6	7.9	2
膨胀节流损失(％)	14.2	16.5	17.7	39.5	7.9	18.3
制冷量损失(％)	3．O	3.6	7.1	15.6	1.7	4.2
单位制冷量(kJ／kg)	162.9	147.4	279．O	123.1	1102.3	168.4