生活中的分子

【生活中的分子】空调制冷剂那些事儿

本文投稿作者 栗子球

夏天到了,人们又到了热死的季节。小编猜测你很有可能是在空调房里打开这篇文章的。只是当你享受着空调带来的清凉时,你知道其中的制冷剂是什么吗?

制冷剂其实就是一种媒介,在热机中通过可逆相变完成能量的转化和传递。

▲制冷剂气化吸热、液化放热、能量转化过程

 

最初的空调使用氨、氯甲烷之类的有毒气体,一旦泄露,后果严重。

较传统的空调制冷剂是氟利昂,也就是一系列的氢氯氟烃。由于沸点低,汽化热高等性质,氟利昂一度被广泛使用。但是由于它对臭氧空洞的破坏作用,根据蒙特利尔公约,国际上已经逐渐被禁用,逐步由氢氟烃代替。

▲左为一种氟利昂分子,右为臭氧层破洞(2006年9月),来自维基百科

 

氢氟烃和氢氟氯烃,相差的只是一个氯字。事实上,氟利昂的臭氧破坏作用正是来自于其中的氯成份。目前认为是在紫外线照射下,氯原子被释放,成为臭氧分解的催化剂,直至其与其他粒子组成稳定状态为止。方程式可以表示如下(以CF2Cl2为例):

O3 → O2 + O

CF2Cl2 → CF2Cl· + ·Cl

Cl· + O3 → ClO· + O2

ClO· + O → Cl· + O2

改用氢氟烃后,大致保持了卤代烷的特性,制冷效果并不比氟利昂差。目前使用较多的氢氟烃是R-410A(一种由二氟甲烷五氟乙烷混合而成的近共沸制冷剂)。

▲粉红色罐装R-410A,R代表refrigerant(制冷剂)

 

但是新的问题也随之出现了,尽管R-410A对臭氧层没有破坏作用,温室效却格外显著,全球暖化潜势达二氧化碳的1725倍。1997年12月,京都议定书已将其列入温室气体,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。其第三代制冷剂的地位岌岌可危。

目前,一些新型制冷剂已经被开发并开始投入应用。HFO-1234yf(四氟丙烯)就是其中之一。其不仅温室效应低,而且大气寿命短,容易降解。

在车用空调应用方面,其发展极为迅速。以通用汽车(GM)为例,到2017年,其大部分汽车都将转用四氟丙烯作为车用空调制冷剂。

▲使用四氟丙烯的丰田汽车空调系统

 

另一种颇负潜力的是CO2. 尽管系统需要在高压下工作,但由于其来源广泛,温室效应较卤化烃低很多,愈发引人关注。仍以车用空调为例,汽车巨头梅赛德斯-奔驰( Mercedes-Benz)即正计划在2017年将其应用在S级和E级车型,其它车型则将暂时继续以四氟丙烯作为制冷剂。

总的来说,第四代制冷剂的发展也正逐渐走向成熟,我们也可以继续享受空调带来的透心凉了。

 

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