制冷剂

制冷剂，又称冷媒、致冷剂、雪种，是各种热机中借以完成能量转化的媒介物质。这些物质通常以可逆的相变（如气-液相变）来增大功率。如蒸汽引擎中的蒸汽、制冷机中的雪种等等。一般的蒸汽机在工作时，将蒸汽的热能释放出来，转化为机械能以产生原动力；而制冷机的雪种则用来将低温处的热量传动到高温处。传统工业及生活中较常见的工作介质是部分卤代烃（尤其是氯氟烃），但现在由于它们会造成臭氧层空洞而逐渐被淘汰。其他应用较广的工作介质有氨气、二氧化硫和非卤代烃（例如甲烷）。理想的工作介质具有良好的热力学性能、具有化学惰性、安全环保且易于获取。所应满足的热力学性质条件有：沸点稍低于目标温度、具有较高汽化热、处于液态时密度中等、气态时的其相对密度较高、且需有较高的临界温度。由于沸点和气体密度与压强有关，一般要根据特定的运行压强选择合适的工质。现在满足这些条件的、性能优异的工作介质主要是氯氟烃。工质材料的腐蚀性和机械部件（如压缩机、管道、蒸发器及冷凝器）使用材料及润滑油之间的相容性有关，例如使用工作介质时，润滑油需使用矿物油，而使用工作介质时，润滑油需使用合成润滑油。在安全方面，则需要考虑到工质是否具有毒性或可燃性。在1980年代出现臭氧层空洞问题之前，世界上最广泛应用的工质是卤代甲烷——二氟二氯甲烷（R-12）及一氯二氟甲烷（R-22）。R-12较常运用于汽车空调和小型冰箱上，而R-22较常运用于住宅空调和轻型商用空调、冰箱和冷冻机上。一些较老的系统中还运用了三氯氟甲烷（R-11），因为它具有较高的沸点，可以配合低压系统使用，减轻了系统所需的组件的机械强度。不过因为氟氯碳化合物会造成臭氧层空洞问题，1987年签署的蒙特利尔议定书中规定减少及限制氟氯碳化物的生产。美国于1995年停止生产新的R-12，且已计划于2020年淘汰R-22。1,1,1,2-四氟乙烷（R-134a）及其他不含氯的混合物工作介质正在取代氯代烃。一种常用来取代R-22的混合物工作介质称为R-410A，是由二氟甲烷（R-32）与五氟乙烷（R-125）以1：1的比例混合的近共沸混合物。R-410A通常在市场上以商品名“Puron”销售。另一种常见的混合物工质是R-407C，由R-32、R-125及R-134a混合而成，其临界温度较R-410A高，且全球暖化潜势（GWP）较R-410A低，当其他会破坏臭氧层的工质淘汰后，上述的工质仍可以正常贩售。在氯氟碳化物（CFC）及氢氯氟碳化物（HCFC）被禁用之后，可以用全氟化碳（英语：Fluorocarbon）（FC）及氢氟碳化物（英语：Organofluorine_chemistry#Hydrofluorocarbons）（HFC）取代上述工作介质。不过新的工作介质属于温室气体，会使温室效应增强，促进全球暖化，近来也在讨论是否要限制或禁用这些工作介质。在1997年12月制定的京都议定书已将全氟碳化物及氢氟碳化物列入温室气体，欧盟也在2006年通过法律，限制全氟化碳及氢氟碳化物的使用，以减少温室气体的排放时。非温室气体的工作介质不在管制范围内。早期的机械冷涷系统会以二氧化硫或氨为其工作介质，二氧化硫主要使用在小型的家用冷涷系统中，不过由于其毒性，后来就被氯氟碳化物所取代。氨（R717）是一种不会破坏环境、经济而且省能的工作介质，应用在工业冷涷系统已超过130年。而二氧化碳（R744）和氨一样，很早应用在冷涷系统中。一些很早期的机器还使用其他传统的工作介质，如甲酸甲酯、氯甲烷、二氯甲烷等。高纯度的丙烷由于性质和R-22相近，而且无毒，但极易燃，也可以作为工作介质使用。丙烷工作介质会加入痕量的乙硫醇，可让人及早注意到工作介质的泄漏。天然的工作介质（如氨、二氧化碳及非卤代烃）不会破坏臭氧层，其全球暖化潜势为0（氨）或相当很低的值。这些工作介质常用在大楼的空调系统、体育及休闲设施、化工业及制药业、汽车工业中，最重要的是应用在食品工业中，包括在制造、储存及零售的过程。也有新的应用开始使用天然工作介质，例如车用空调。因为车用空调工作介质的排放影响全球气候，此议题已逐渐受到重视。欧盟自2011年起已禁止在汽车空调系统中使用全球暖化潜势超过150的工作介质。此措施禁止了一些高全球暖化潜势的温室气体，如GWP值为1410的工作介质，鼓励改用其他安全、省能的工作介质。其中天然工作介质二氧化碳（R-744）是其中最有潜力的方案之一。二氧化碳不可燃，不会破坏臭氧层，其全球暖化潜势为1，不过有毒，在体积浓度超过5%时足以致命。R-744可以用作车用空调、住宅空调、热水泵、商用空调、自动贩卖机中的工作介质。二甲醚也可以作为工作介质使用。HFO-1234yf（2,3,3,3-四氟丙烯）是一种部分氢原子被氟取代的烯烃，其GWP值只有4，非混合物，也是可取代R-134a的工作介质之一。通用汽车公司已宣布自2013年起开始在所有品牌的汽车中使用HFO-1234yf。由于氟氯烃一类的工作介质对臭氧层造成了严重破坏，从1992年7月1日开始，有意或无意地将这些物质释放到大气中都会被视为违法行为。当氟氯烃在被淘汰后，必须回收以除去杂质并使其回到可再次使用的状态。这类工作介质也被禁止随意混用。部分氟氯烃在回收后仍为危险品，在运输等过程中需根据当地政府的相关法令进行特殊的防护。工质依其从待冷却物体中吸收热的方式不同，可分为以下几种：R-# 编号系统是由杜邦公司所开发，可以系统化的识别由饱和卤化烃组成工作介质的分子结构，其编号意义如下：例如，R-134a有四个氟原子、二个氢原子和二个碳原子，其化学式是C2H2F4，字尾的a表示是差一个原子的非对称的异构物，因此是1,1,1,2-四氟乙烷。字尾没有a的R-134对应的化合物是1,1,2,2-四氟乙烷，不过其特性不适合当作工作介质使用。R-# 编号系统的数字也常用在其他的场合，像作用喷雾设备（香水、杀虫剂等）的分散剂时前面会加P-（如P-12），也可以配合商品名称（如Freon 12）。由于工作介质会依其种类不同，所受到的管制也有不同，最近也会在工作介质前面加上其种类的简称，如HFC-表示是氢氟碳化物、加CFC-表示是氯氟碳化物、加HCFC-表示是氢氯氟碳化物。空气工作介质已应用在住宅、车辆、及以涡轮飞机的空调及（或）冷却系统中。空气工作介质没有广为使用的原因，是因为一般认为空气作为工作介质时效率很低，不是可以实际使用的工作介质。不过配合适当的压缩及膨胀技术，可以提升空气工作介质的效率，这种情形下空气就是可以实际使用的工作介质。空气工作介质的优点是不会污染或破坏环境，对动植物的可能伤害非常的小（现有的空气冷却方式会把微量的油或润滑剂排放到大气中）。