关于消耗臭氧层物质公约的蒙特利尔议定书和京都议定书两份文件明确指出了氯氟烃类CFCs和含氯氟烃类HCFCs制冷剂进行替代和淘汰的时间进度要求。1991年6月我国加入蒙特利尔议定书伦敦修正案，并逐步开展了淘汰CFCs制冷剂的具体工作。国际制冷界自蒙特利尔议定书制定以来就积极开展CFCs， HCFCs替代物质的研究，但多限于空调和商用冷冻领域，而对指蒸发温度为- 10 0 - 60复叠低温制领流域的CFCs低温制冷剂的替代物质应用研究的报导较少。
近几年随着我国经济的快速发展，蒸发温度为- 100 - 60的复叠低温机组得到广泛应用，但国内的复叠低温机组大部分还在使用R13等CFCs制冷剂。因此替代R13等CFCs制冷剂的新型HFCs制冷剂的复叠低温制冷机组的正在逐渐为人们所熟知和了解。本文将对用于两级复叠低温制冷系统低温制冷剂的各方面性能进行讨论。
1复叠低温制冷系统它由两个单级制冷压缩循环叠加组成，高温级制冷循环采用R22、R404A、R507A等中温制冷剂，低温级则采用R13、R23等低温制冷剂，高温级制冷剂的蒸发和低温级制冷剂的冷凝通过蒸发冷凝器连接。为了防止停机后因环境温度升高而使得低温级制冷系统制冷剂气化压力过高，通常在低温级吸气管路中并联一个膨胀容器。
2 HFCs低温制冷剂性能分析2. 1低温制冷剂的物理和化学性能通常希望适用于某一种蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂具有良好的热力学物性、良好的传热和流动性能、良好的物理化学性能、能与润滑油较好地互溶、环境友善、无毒、可燃性低以及良好的电气绝缘性能等，除此之外，人们还要求制冷剂具有较好的经济性，容易获得。综合以上几种因素，列出了可用于蒸发温度为- 100 - 60的复叠低温制冷系统的低温制冷剂及其部分物理和化学性能。
R13是CFCs制冷剂， R503是含有CFCs制冷剂的共沸混合制冷剂， R23是HFCs制冷剂， R508B是由质量百分比为46 54的R23和R116组成的HFCs共沸混合制冷剂，而R170则是HCs制冷剂。
因此，从环境友善角度来看， R13和R503属于被淘汰和禁用的制冷剂，而R23、R508B和R170则是可长期使用的制冷剂。所列的几种制冷剂都无毒性，除了R170外其他制冷剂都不可燃，因此从可燃性角度考虑R170的应用受到一定限制。从制冷剂获取的方便性和经济性角度考虑， R170比其他几种制冷都具有优势。R170尽管具有高可燃性，但其获取的经济性低、低温时热力学性能优良以及低温时和润滑油良好地互融性能等，使得其在大型工业制冷系统中得到广泛地应用。对中小型复叠低温制冷系统，考虑到制冷系统的整体经济性，通常采用R23和R508B作为低温制冷剂。本文主要讨论用于中小型复叠低温制冷系统的R23和R508B低温制冷剂。
2. 2 R23和R508B对系统性能的影响
对几种低温制冷剂在蒸发温度- 84 4，冷凝温度- 35 ，过冷度5 6 ，吸气温度- 17 8 ，压缩机的余隙容积为4%、等熵压缩指数0 7时理论性能进行了计算，结果如所示。从制冷系统制冷量和能效比等经济方面综合考虑， R503是性能*佳的低温制冷剂，但R503是被禁用的制冷剂，环境友善性差。对R23和R508B，综合比较其制冷量和能效比的性能可知， R508B的性能优于R23，尤其重要的是，在相同工况下R508B的排气温度较R23低得多并且在压缩机容许的安全运行排气温度范围内，这对保证润滑油的润滑性能和延长压缩寿命方面非常有利。
因此，综合考虑不同制冷剂对制冷系统制冷量、能效比的影响，并结合其对压缩机运行寿命的影响以及其对环境的影响等， R508B作为HFCs类型的共沸制冷剂是*合适用于中小型复叠低温制冷系统的低温制冷剂。
2. 3 R23和R508B的换热性能众所周知，制冷剂的热导率、粘性、汽化潜热、定压比热容和液体密度等直接影响其沸腾蒸发和冷凝换热性能。对低温制冷剂的本身特性及其在低温时的换热性能等，公开报道资料中很少涉及。定性地分析了低温制冷剂随着温度降低其本身性能对换热性能影响的变化趋势。对R23在强迫对流沸腾和膜式凝结情况下的换热系数进行分析。可知，随着温度降低低温制冷剂的换热系数也降低。
正是由于人们对低温制冷剂的换热性能了解得比较少，因此对设计和选用低温换热器造成一定的影响，建议系统设计人员对低温换热器应多做比较分析并用实验数据进行修正，以求低温换热器做到经济合理。
2. 4 R23和R508B润滑油的选择两级复叠低温制冷系统蒸发温度为- 100 - 60 ，因此低温级的润滑油除了具有一般制冷剂润滑油的特性外，还要有足够低的倾点温度以确保润滑油能从蒸发器等吸气侧回到压缩中，使得制冷系统能正常运行。
R13和R503制冷剂通常配用矿物油，如国产N46冷冻油，但矿物润滑油在低温下容易从制冷剂中分离并且凝结脱蜡，堵塞制冷机节流机构并积存于蒸发器中影响换热及系统正常运行，建议必要时可向制冷系统中添加类似脱水戊烷等物质，以防止润滑油脱蜡。需要注意的是，如果添加脱水戊烷等物质时，需要控制其比例，以免改变制冷剂的可燃性。
R23强迫对流沸腾换热系数和膜式冷凝换热系数随温度变化趋势R23和R508B是HFCs制冷剂，可和POE酯类润滑油配合使用，适用于R23的润滑油同样也适用于R508B，而且低温时润滑油在R508B中溶解度比R23好。根据各压缩机厂家的推荐及笔者所在单位实测， ISO粘度等级为22和32的POE酯类润滑油可作为R23和R508B制冷剂的润滑油，列出了部分推荐作为R23和R508B的润滑油及相关性能。需要注意的是，所列的润滑油用于不同压缩机时，还应该咨询压缩厂家是否需要添加适量的添加剂等。
POE酯类润滑油由于其固有的特性而不存在凝结脱蜡的问题，但润滑油存于蒸发器中同样影响换热，因此在低温级制冷系统中需要设置高效油分离器。只有排气含油量不超过5ppm才可确保润滑油不集中在蒸发器中，从而造成系统性能降低甚至压缩机故障。
3 R23和R508B在系统设计中的应用R23和R508B用于复叠低温制冷系统时，除了前面提到的一些问题外，在系统设计中还需要注意以下一些问题。
3. 1 R23制冷系统充注量相同温度和压力下R23气体和液体比容比R13及R503大，因此采用R23的复叠低温制冷系统需要重新校核膨胀容器的容积。文献
指出采用R23的制冷系统制冷剂充注量较采用R13或R503系统少10 20%左右，笔者实测数据表明其制冷剂充注量甚至能较R13减少达30%左右。因此笔者建议通过实验测试优化系统制冷剂充注量，使低温系统更加容易启动并且性能良好。
3. 2适用于R23和R508B的压缩机尽管复叠低温制冷系统已得到广泛应用，但几乎没有压缩机厂家公布其压缩机用于R23、R508B等制冷剂时的性能参数，也没有特别为R23、R508B等制冷剂开发的压缩机。市面上大部分用于复叠低温制冷系统的压缩机都是普通压缩机，因此选用压缩机时，可遵循以下原则：3 2 1选用为工商业制冷领域设计的低温型活塞式、螺杆式压缩机；3 2 2为了提高系统能效比，建议相同排气量下一般选用低功率电机的压缩机；3 2 3压缩机设计的运行压力范围要和复叠低温制冷系统低温级的设计运行压力范围相适应，以免引发安全事故；3 2 4所选用的压缩机的材料需和所选用的制冷剂及润滑油相适应，以免发生材料腐蚀等问题，必要时可从压缩机生产厂家取得相关资料；3 2 5注意压缩机的应用范围，尤其要注意压缩机的*低吸气温度和*高排气温度限制，在低温系统设计必须要看考虑到这一点并加以满足，以免造成压缩机故障；3 2 6选用螺杆压缩机时，可以根据设计运行范围，选择具有合适内容积比的压缩机，以充分提高系统效率。
4结束语本文对替代R13和R503的HFCs低温制冷剂- R23和R508B等对制冷系统性能的影响进行了讨论，指出了R508B是一种非常优秀的HFCs类替代制冷剂。
